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申请/专利权人：北京麦麦趣耕科技有限公司

摘要：本发明涉及番茄品质预测技术领域，具体涉及一种用于番茄品质预测的方法及系统，包括以下步骤：S1，数据采集与预处理：使用传感器采集土壤数据，在番茄成熟期，测量番茄的品质参数；S2，特征提取：从预处理后的土壤数据以及品质参数提取相关特征；S3，土壤微生物代谢产物的品质分析：分析土壤微生物代谢产物对番茄品质的影响；S4，番茄品质预测：通过番茄品质预测模型对番茄品质进行预测；S5，结果分析：对番茄品质的预测结果进行分析，识别影响番茄品质的土壤因素，并将分析结果反馈给种植者，提供管理建议。本发明，能够显著改善土壤环境，提升番茄的生长条件，最终提高番茄的品质和产量。

主权项：1.一种用于番茄品质预测的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，数据采集与预处理：使用传感器采集土壤数据，包括土壤湿度、温度、pH值、电导率、有机质含量和养分成分，在番茄成熟期，测量番茄的品质参数，包括糖度、酸度、颜色、硬度和维生素含量，并对采集到的土壤数据以及品质参数进行预处理；S2，特征提取：从预处理后的土壤数据以及品质参数提取相关特征，包括土壤特征以及番茄品质特征；S3，土壤微生物代谢产物的品质分析：实时检测土壤中的微生物代谢产物，分析土壤微生物代谢产物对番茄品质的影响，并根据分析结果优化土壤管理和施肥策略，具体包括：S31，土壤微生物代谢产物检测：通过高通量测序技术和生物传感器网络，实时检测土壤中的微生物代谢产物，包括挥发性有机化合物和酶活性；S32，土壤微生物代谢产物分析：通过微生物代谢产物品质模型分析土壤微生物代谢产物对番茄品质的影响，所述微生物代谢产物品质模型采用高斯过程回归模型，所述高斯过程回归模型包括：S321，多任务高斯过程建模：引入多任务高斯过程来同时建模土壤数据和微生物代谢产物对番茄品质的影响，增加任务间的相关性建模，表示为： 其中，Kij是任务i和任务j之间的协方差矩阵，kxi,xj是标准RBF核函数，B是任务间的协方差矩阵；S322，自适应核函数选择：在初始的RBF核函数的基础上，引入自适应核函数，表示为： 其中，是信号方差，l是长度尺度，wm是第m个局部核的权重，vm是第m个局部核的中心，是第m个局部核的尺度参数，M是局部核函数的数量；S323，多任务联合预测：综合土壤数据、微生物代谢产物数据和番茄品质数据进行预测，表示为： 其中，f*是预测的番茄品质，K*是新输入数据与历史数据之间的协方差矩阵，K是历史数据的协方差矩阵，是噪声方差，Y是历史数据的输出，I是单位矩阵；S324，不确定性估计：通过联合预测的协方差矩阵估计预测结果的不确定性，表示为： 其中，Varf*是预测结果的不确定性，K**是新输入数据之间的协方差矩阵；S325，模型训练与优化：利用梯度下降法优化模型参数，表示为： 其中，是对数似然函数，θ是模型参数，是协方差矩阵对模型参数的导数，T是矩阵的转置操作，Tr是矩阵的迹运算；S33，优化土壤管理：根据微生物代谢产物分析结果，优化土壤管理和施肥策略，包括调节有机质投入以及调整微生物群落结构；S4，番茄品质预测：基于提取的相关特征，结合优化后的土壤管理和施肥策略，通过番茄品质预测模型对番茄品质进行预测，所述番茄品质预测包括：S41，特征输入：利用从土壤数据和番茄品质参数中提取的相关特征，作为番茄品质预测模型输入数据；S42，变量结合：将优化后的土壤管理和施肥策略的相关参数纳入番茄品质预测模型，相关参数包括有机质投入量以及微生物群落结构调整量；S43，番茄品质预测：通过番茄品质预测模型对番茄的品质进行预测；所述番茄品质预测模型采用径向基函数神经网络模型，所述径向基函数神经网络模型包括：多模态输入特征构建：将土壤数据、微生物代谢产物数据和优化后的管理策略参数作为输入特征；自适应核函数选择：采用自适应径向基函数，结合数据特征自适应调整核函数的宽度参数，表示为： 其中，是径向基函数，x是输入特征向量，ci是第i个核函数的中心，σi是第i个核函数的宽度参数；核函数中心和宽度参数优化：通过K-means算法确定核函数的中心，并通过交叉验证自适应调整宽度参数，表示为： 其中，ci是第i个簇的中心，Ci是第i个簇，xj是属于第i个簇的样本； 其中，σi是第i个核函数的宽度参数，xj是属于第i个簇的样本，ci是第i个簇的中心；模型训练：通过历史的土壤数据、微生物代谢产物数据以及品质参数优化模型参数，表示为： 其中，yx是预测的番茄品质，wi是第i个核函数的连接权重，是第i个核函数的输出，b是偏置项，N表示径向基函数神经网络中使用的径向基函数的数量；模型预测：利用训练好的模型对新输入数据进行番茄品质预测，表示为： 其中，是新输入数据x*的预测值，是训练好的连接权重，是训练好的核函数输出，是训练好的核函数中心，是训练好的偏置项；S5，结果分析：对番茄品质的预测结果进行分析，识别影响番茄品质的土壤因素，并将分析结果反馈给种植者，提供管理建议。

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