PL213091B1 - Sposób oznaczania krzewistości traw - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oznaczania krzewistości traw, pozwalający na zmechanizowanie i zobiektywizowanie pomiarów dla różnych gatunków i odmian traw.

Krzewistość traw, rozumiana jako ilość wytworzonych pędów nadziemnych przez pojedynczą roślinę, jest jedną z ważniejszych charakterystycznych cech dla różnych gatunków i odmian traw. Cecha ta jest również uzależniona od szeregu czynników siedliskowych, takich jak warunki glebowe, klimat, czynniki chorobotwórcze, czy szkodniki. Pomiary krzewistości traw są jednym z parametrów pozwalających ocenić odporność gatunku, czy odmiany na czynniki stresowe, np. zimotrwałość. Oznaczenia krzewistości są wykonywane w stacjach hodowli roślin, czy też stacjach oceny odmian, jak też w jednostkach naukowych, instytutach i wyższych uczelniach, zajmujących się badaniem wpływu czynników stresowych na rośliny.

Dotychczas krzewistość traw jest oznaczana zazwyczaj na roślinach wysiewanych do inspektów, a następnie wysadzanych pojedynczo do gruntu, co pozwala na uzyskanie odizolowanej kępy pojedynczej rośliny. Pomiar krzewistości wykonuje się przez liczenie pędów w kępie. Ilość pędów może być zróżnicowana w bardzo szerokim zakresie od kilku do kilkuset sztuk w zależności od gatunku, wieku rośliny i czynników siedliskowych. Czas pomiaru krzewistości pojedynczej kępy zajmuje często od kilku do kilkunastu minut, w zależności od ilości obiektów, na których należy wykonać pomiary. Zebranie kompletnych wyników może zająć jednemu pracownikowi kilka dni. Poza bardzo wysoką pracochłonnością, metodę tę cechuje duży błąd pomiarowy związany z możliwością występowania pomyłek w trakcie liczenia oraz z trudnością rozpoznania i wydzielenia pędów, zwłaszcza młodych odrostów. Badania przeprowadzone tą metodą w Katedrze Eksploatacji Maszyn, Ergonomii i Podstaw Rolnictwa Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie wskazują, że błąd pomiarowy przy oznaczaniu krzewistości przez różne osoby może przekroczyć 50%. Błąd ten można wyeliminować poprzez zlecenie pomiarów jednej osobie, co nie zmienia faktu, iż oznaczona liczba pędów może dość znaczenie odbiegać od rzeczywistej ilości pędów w kępie.

Inną metodą stosowaną w oznaczaniu krzewistości traw jest metoda bonitacyjna, polegająca na wzrokowej ocenie krzewistości roślin i przyznaniu punktacji w zakresie 0-9 pkt. Metoda ta jest szybka, pozwala w krótkim czasie oznaczyć krzewistość dziesiątek czy setek kęp, często równocześnie z oceną innych cech roślin. Należy sobie zdawać sprawę, że jest to jedynie ocena szacunkowa i mało precyzyjna, wystarczająca jedynie dla wyznaczenia ogólnej tendencji zmian krzewistości.

Celem wynalazku jest opracowanie metody oznaczania krzewistości, która cechowałaby się małą pracochłonnością, dużą dokładnością i powtarzalnością pomiarów.

Istota rozwiązania charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie kępy traw ścina się kosiarką. Ścinanie korzystnie wykonuje się kosiarką listwową na wysokość ok. 5 cm. W drugim etapie końcówki pędów w badanej kępie maluje się białą farbą.

Malowanie korzystnie wykonuje się farbą akrylową bez rozcieńczania wodą przy pomocy wałka malarskiego o średnicy 3-5 cm. W trzecim etapie fotografuje się aparatem cyfrowym całą powierzchnię wybranej kępy.

Fotografowanie korzystnie wykonuje sie z odległości ok. 150 cm przy aparacie ustawionym prostopadle nad powierzchnią ściętej kępy. Następnie, w czwartym etapie kolorowy obraz cyfrowy kępy trawy, korzystnie zapisany w rozdzielczości 300 dpi, poddaje się obróbce komputerowej poprzez wykonanie operacji rozdzielenia kolorowego obrazu na składowe RGB i wydzielenia do dalszych operacji składowej BLUE. Po wydzieleniu wykonuje się binaryzację jednoprogową obrazu, korzystnie z granicą odpowiadającą wartości 230 w skali szarości. Następnie, filtruje się otrzymany obraz, z którego wydziela się obiekty odpowiadające kształtowi i powierzchni przekroju pędów, a w końcowym etapie określa się ilość obiektów na obrazie, która oznacza wartość krzewistości danej kępy trawy.

Korzystnie, filtrowanie obrazu dokonuje się poprzez usuwanie z obrazu obiektów o powierzchni mniejszej od 200 pikseli kwadratowych oraz obiektów o wydłużonym kształcie, z których to pozostawia się obiekty o wartości wskaźnika wydłużenia E > 0,8, przy czym do określania wskaźnika wydłużonych obiektów wykorzystuje się zależność:

E = (a - b) / (a + b) gdzie:

a - długość w mm większej osi elipsy opisanej na obiekcie, b - długość w mm mniejszej osi elipsy opisanej na obiekcie.

PL 213 091 B1

Zaletą sposobu jest duża oszczędność czasu przy zadowalającej dokładności pomiarów.

Sposób oznaczania krzewistości traw polegający na analizie obrazów kęp traw, przeprowadzanej za pomocą komputera pozwala uzyskiwać wynikowy obrazu o odpowiedniej jakości, a jego analiza daje zadowalające wyniki.

Sposób stanowi rozwiązanie przydatne dla precyzyjnego i szybkiego oznaczania krzewistości traw.

Procedura oznaczania krzewistości traw w przeliczeniu na pojedynczą kępę zajmuje od kilkunastu do kilkudziesięciu sekund. Ponadto, sposób przeprowadzania pomiarów zapewnia dużą powtarzalność pomiarów oraz umożliwia ich wykonywanie przez różne osoby, również przez osoby niewykwalifikowane, nieznające cech budowy morfologicznej pędów traw.

Przykład realizacji sposobu jest zilustrowany na rysunku, na którym pokazano schematycznie stanowisko pomiarowe ze skoszoną kępą trawy przygotowaną do pomiaru, gdzie zaznaczono ścięte pędy 1, sposób prowadzenia wałka malarskiego 2 i aparat cyfrowy do wykonania zdjęć 3. Sposób według wynalazku przeprowadza się wieloetapowo.

W pierwszym etapie kępy traw ścina się kosiarką, najlepiej listwową, na wysokość ok. 5 cm. Ścięte pędy należy usunąć, przez zgrabienie, ze stanowiska pomiarowego.

W drugim etapie końcówki pędów 1 maluje się białą farbą, najlepiej akrylową bez rozcieńczania wodą, przy pomocy wałka malarskiego 2 o średnicy 3-5 cm. Malowanie końcówek pędów 1 pozwala na uzyskanie wyraźnego, kontrastowego ich obrazu, co umożliwia ich precyzyjne wydzielenie z tła obrazu.

W trzecim etapie fotografuje się aparatem cyfrowym 3 wybrane kępy. Fotografowana powierzchnia powinna mieć wymiary ok. 50 x 50 cm i musi obejmować całą kępę trawy. Zdjęcia najlepiej wykonywać z odległości ok. 150 cm przy aparacie ustawionym prostopadle nad powierzchnią ściętej kępy. Zdjęcia przenosi się do komputera i zapisuje w formacie tiff w rozdzielczości 300 dpi.

W czwartym etapie dokonuje się komputerowej obróbki kolorowego obrazu polegającej na kolejno wykonywanych operacjach:

1. Rozdzielenie kolorowego obrazu na składowe RGB, dalsze operacje wykonywane są na składowej BLUE.

2. Binaryzacja jednoprogowa z granicą odpowiadającą wartości 230 w skali szarości.

3. Filtrowanie obrazu poprzez usuwanie obiektów o powierzchni mniejszej od 200 pikseli kwadratowych.

4. Filtrowanie obrazu poprzez usuwanie obiektów o wydłużonym kształcie, przy czym do określania tych obiektów wykorzystano wskaźnik wydłużenia E obliczany ze wzoru:

E = (a - b) / (a + b) gdzie:

a - długość w mm większej osi elipsy opisanej na obiekcie, b - długość w mm mniejszej osi elipsy opisanej na obiekcie, a na obrazie pozostawia się obiekty, dla których wartość E > 0,8.

W ostatnim, piątym etapie, po uzyskaniu obrobionego komputerowo obrazu, obliczana jest liczba obiektów otrzymanych na obrazie stanowiąca wartość krzewistości danej kępy, która jest równoważna liczbie pędów w badanej kępie trawy.

Metodę oznaczania krzewistości traw opartą na analizie obrazu przetestowano w trakcie trzyletnich badań na kępach różnych gatunków traw, różniących się kształtem i średnicą pędów. Badania przeprowadzono na kępach traw uzyskanych z pojedynczo wysadzanych roślin. Do testów wykorzystano sześć gatunków traw:

tymotka łąkowa (Phleum pratense), życica trwała (Lolium perenne), wiechlina łąkowa (Poa pratensis), kupkówka pospolita (Dactylis glomerata), kostrzewa łąkowa (Festuca pratensis), stokłosa uniolowata (Bromus unioloides).

Przykładowe porównanie wyników dla tymotki łąkowej, uzyskanych metodą tradycyjną poprzez ręczne liczenie pędów oraz metodą analizy obrazu wg przedmiotowego wynalazku, przedstawiono na ₂ wykresie w tab. 1. Wysoka wartość współczynnika korelacji (rxy = 0,951) oraz wskaźnika R² (> 0,9) świadczy o bardzo silnej liniowej zależności pomiędzy wartościami krzewistości dla porównywanych metod.

Claims (2)

1. Sposób oznaczania krzewistości traw, znamienny tym, że w pierwszym etapie kępy traw ścina się kosiarką, korzystnie listwową, na wysokość ok. 5 cm, w drugim etapie końcówki pędów (1) w badanej kępie maluje się białą farbą, korzystnie akrylową, bez rozcieńczania wodą przy pomocy wałka malarskiego (2) o średnicy 3-5 cm, w trzecim etapie fotografuje się aparatem cyfrowym (3) całą powierzchnię wybranej kępy, korzystnie z odległości ok. 150 cm przy aparacie ustawionym prostopadle nad powierzchnią ściętej kępy, a następnie w czwartym etapie kolorowy obraz cyfrowy kępy trawy, korzystnie zapisany w rozdzielczości 300 dpi, poddaje się obróbce komputerowej poprzez wykonanie operacji rozdzielenia kolorowego obrazu na składowe RGB i wydzielenia do dalszych operacji składowej BLUE, po czym wykonuje się binaryzację jednoprogową obrazu, korzystnie z granicą odpowiadającą wartości 230 w skali szarości, a następnie filtruje się obraz, z którego wydziela się obiekty odpowiadające kształtowi i powierzchni przekroju pędów (1), a w końcowym etapie określa się ilość obiektów na obrazie, która oznacza wartość krzewistości danej kępy trawy.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że filtrowanie obrazu dokonuje się poprzez usuwanie z obrazu obiektów o powierzchni mniejszej od 200 pikseli kwadratowych oraz obiektów o wydłużonym kształcie, z których to pozostawia się obiekty o wartości wskaźnika wydłużenia E > 0,8, przy czym do określania tego wskaźnika wykorzystuje się zależność E = (a - b) / (a + b), gdzie: a długość w mm większej osi elipsy opisanej na obiekcie, b - długość w mm mniejszej osi elipsy opisanej na obiekcie.