文摘

Fisher线性判别(盛名)模型对小麦品种分类开发和验证。盛名模型的输入电容()、阻抗()和相位角(),在两个频率测量。小麦品种的分类是获得盛名的输出模型。和平行板电容系统,小麦样本,使用一个阻抗计测量,值计算。小麦品种的最佳模型分类,精度为95.4%,超过6个小麦品种进行测试。该方法简单、快速、无损和有用的育种者和花生产业。

1。介绍

小麦(小麦l .)是一个全球著名的作物种植,也是最重要的一个食品消费等不同形式的面包,饼干,和意大利面。这也是一个重要的因素在数以百计的其他食物和饮料准备,比如披萨,蛋糕,汤,和啤酒。存在许多小麦品种,特定于本地文化在世界上的不同地区。小麦育种者不仅开发了数百个品种,提高产量,而且这样的农艺和质量属性,如抵抗害虫和疾病,身高和稳定增长。在过去的几年中,生产者在不同的地理区域开始倾向于特定的小麦品种生产最终产品,如面包和啤酒,根据当地口味。因此,各种识别中扮演一个重要的角色在选择正确的类型的小麦为特定的产品,并保证其质量。许多产品制造商面包店和餐馆等要求较高的纯度对品种。各种识别技术目前包括凝胶电泳和高效液相色谱法(HPLC)。澳大利亚CSIRO植物行业(1)开发了一个测试系统使用一组DNA标记来识别小麦和大麦品种。然而,这些方法是费时,需要一定程度的专业知识。因此,物理方法快速、无损将有用的增殖和行业,在维护所需的小麦和其产品的质量。

2。材料和方法

发现之前存在一个高水材料的介电性能之间的相关性及其含水率(MC)。介电常数的变化与MC炮击黄色饲料玉米被发现1和5 MHz[之间更明显2]。由于介电常数变化的程度与水分含量随频率增大而减小的变化(3],平行板电容器的介电常数的差异,板块之间的小麦样品,测量两个频率(1 MHz和5 MHz)应该是一个很好的估计量的水分含量。由于电容介电常数的函数,在这两个频率的电容差异也应该是一个很好的指示器的水分含量4]。然而,试图估计MC的小麦样品的平行板系统正如上面提到的,使用两个频率,并没有产生足够准确的结果(5]。这部分是因为样品的体积空间奇形怪状的材料,如谷物,占据了两个平行板之间将每次不同材料之间放置盘子。颗粒之间的空气间隙内核,内核和电容器之间的墙壁会发生不同,引入错误。为了弥补这些错误,两个其他相关电气参数、相位角()和阻抗(),也以这两个频率使用CI计(CI米沙里河的阻抗计设计和建造由通讯作者)。平行板电容的系统计算的值和。MC的依赖,,之前研究过,发现有用的MC测定小麦(6]。因此,这三个参数,,测量和/或计算在两个频率可以用来确定6个小麦品种的MC与可接受的精度(1%的烘箱内值)(7]。Fisher线性判别分析法(盛名)是一种方法,找到一个系数,与相关变量的线性组合可以区分不同群体(8]。早些时候盛名分析用于牛肉温柔分类(9]。在目前的工作,盛名小麦品种分类和识别模型开发三个变量,,早些时候,发现对MC决定有用。模型6个小麦品种进行了测试和验证。

2.1。CI计

词表的设计和运行是前面描述的10]。简要描述,三个频率(1、5、9 MHz)是由3个福克斯晶体振荡器(美国福克斯电子、迈尔斯堡FL)为这些频率和应用交替平行板系统板块之间的样本,它充当阻抗负载(通过一个多路复用器(图),通过切换1)。这些晶体(模型HC-49U)±50 PPM的频率稳定度,在他们的工作温度范围,三个频率的电路是相似的。最初,在1 MHz,电流通过系统阻抗输入一个运放。

相同的电流将流过反馈电阻器。运放的输出电压和原始信号的振荡器是纠正和衡量和,分别。目前通过是计算和阻抗的大小,得到它们之间的平行板系统的一个示例。

1 MHz的相位角是由比较新兴的信号放大器和原始信号,使用比较器和相位探测器输出电压成正比的相位角在两个之间。然后电脑开关5 MHz的多路复用器,和阻抗和相角测量。的真实和想象的成分在每个频率计算和。平行板电容的系统与样本之间的盘子了在每个频率。测量系统如图2。CI计配备稳压电源,可以插入一个110伏线和两个12 v直流充电电池领域业务。一台笔记本电脑控制过程和从CI计收集数据。的数据存储在计算机程序来识别小麦品种。一个圆柱形丙烯酸管,安装了一组平行板电极(图2),担任样品持有人和传感器,如前所述[10]。缸内电极装配组成的两个矩形铝板安装约25毫米从地极缸。平行之间的差距——盘子装满了样本,如图2。除了两个电极,没有金属部件装配中使用的电极系统或样品收集系统,以防止任何交互使用的射频信号测量。一路与气缸推动下面的抽屉,汽缸充满了小麦样本,阻抗测量。完成测量后,抽屉里慢慢退出,让样本掉进了抽屉里。抽屉被清空,在另一个示例是放在缸之前,测量。与小麦样本占据电极之间的空间,分析仪测量阻抗和相位角三电极系统的频率。数据收集和受盛名的分析。

2.2。小麦样品

六个品种的小麦,种植和收获在德州狭长地带和新墨西哥州立大学站附近克洛维,被用于这项研究[11]。小麦品种Tam三世,掸子,Scoutt 66年,耐力,贾格尔和策划者,种植在2010年10月和2011年7月期间的收获。所有样品很多都储存在4°C和40%相对湿度。当样本收到USDA-ARS国家花生研究实验室(NPRL),他们的MC约9%(所有水分内容摘要用湿基百分比表示)。每一个小麦品种分为两个小批一个用于训练,另一个用于验证和存储在单独密封的容器。

2.3。程序

从每个sublot阻抗测量了75个样本的掸子,耐力,孵卵器,和杰奎琳品种,同时测量了135个样本的Tam三世和60 Scoutt样品66按照样品的可用性。每个小麦样本从容器转移到气缸配有电极系统,直到两平行板之间的空间是完全填满。汽缸容纳约150 g的小麦样品。室温测量期间保持在21°C±1°C。与样品缸,阻抗()和相位角(与CI)测量计,5、9 MHz。计算机程序重复每个测量30次,计算平均值,并将其保存到Excel电子表格。下面的示例收集在抽屉里轻轻地把抽屉拉出的汽缸和敲缸样例下降。抽屉清空,重置的盒子。这个过程被重复所有小麦样品(两个小批)的容器。

2.4。数据分析

Fisher线性判别(盛名)模型是使用统计工具盒MATLAB (Mathworks Inc .,纳蒂克,MA)。盛名模型的输入电容()、相位角()和阻抗()测量的阻抗计的小麦品种。495年的样本数据集包含测量每个训练和验证,对6个品种。开发盛名模型,所使用的495个样本训练sublot。盛名的模型进行测试与495年sublot测量进行了验证。的总体分类精度得到了模型训练和验证过程被用来作为评价指标。最初,模型被开发使用,,值分别以1 MHz和5 MHz (9 MHz值没有用于小麦分类)。之后,在两个频率的测量值相结合以获得最好的模型。

3所示。结果与讨论

如图3分类结果使用吗,,值在1 MHz单独和与某些组合如图所示进行训练和验证组。虽然分类精度提高三个参数同时考虑时,仍不超过40%。如图4分类结果的测量5 MHz,单独使用相同的参数及其不同的组合。然而,结果显示相当大的改善在5 MHz,和和,和组合给约85%的准确度,是觉得在两个频率的组合测量会给更好的分类精度比参数只有一个频率。早些时候,测量的结合,和和,和两个频率效果最好的预测MC与单个校准(不同品种的小麦7]。因此,执行一次由盛名分析结合,和在两个频率的测量。如图5盛名的分类结果分析,结合1 MHz和5 MHz三个参数的测量。如预期相结合产生更好的结果。培训和验证集显示分类精度95%或更好的6个小麦品种。这个模型的分类精度如表所示1训练集和表2对验证集。495个样本用于验证不同的用于训练(校准)。分类精度的百分比(%)最后一列在表中所示1和2喷粉机的品种,例如,是样本的数量,可以认定为喷粉机共有75喷粉机的样本,使用盛名分析,分别训练和验证组。喷粉机的品种73个样本75人被确认为喷粉机,给分类精度为97.3%。同样,分类精度的杰奎琳Tam III是100%和89%。其他三个品种的分类精度超过90%,最后一列所示。培训组的分类精度,在所有的品种,为94.5%。最后一行所示的比例的准确性是每个品种的分类精度,预测的品种495个样本组成。因此,在喷粉机共有91个样本确认为喷粉机的共有495人。分手就像73掸子,样本1样本耐力,从孵卵器2,从Tam三世15,没有从杰奎琳和斯科特66年。这相当于73 91识别掸子,精度80.2%。顺便说一下,喷粉机是唯一品种识别精度较低。 All other varieties showed accuracy better than 91%. Similarly, from the validation sublot classification results, shown in Table2所示的分类比例的准确性,最后一列个别品种,从样品的总数的预测,保持相同或略好,相比之下,培训组。对所有品种的分类精度超过95%。

耐力和杰奎琳品种显示分类精度为100%而Tam三世的分类精度保持不变在89%。其他三组显示分类精度超过90%。然而,最后一行所示的分类精度的数字显示,改进培训组分类精度。喷粉机各种显示82%的准确率而其他品种显示分类精度超过93%的495个样本测试。对所有品种分类精度确定集团内部或从495个样本(最后一列或表最后一行1和2)是相同的。因此,总体精度得到训练和验证样本的分类表明盛名的适宜性模型,组成的电容,相角,和阻抗测量1和5 MHz,作为一个有用的工具确定小麦品种的快速、无损的方法。

4所示。结论

可以确定几个小麦品种,从对方,用Fisher线性判别分析(盛名)。该方法快速、无损。阻抗测量在两个频率都是采用低成本的阻抗分析仪在美国农业部实验室设计和开发相应的作者。有可能应用这种方法确定花生品种有高和低的总油或油酸的内容。这种类型的识别将是有用的增殖以及花生产业。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。