毕业设计（论文）开题报告姓名：学号：学院：专业：题目：指导教师:年 月 日1 .本课题研究的目的与意义微弱电信号是生物体内最重要的物理信号，它在外界刺激-细胞偶联中起到 重要的作用，并与多种生理活动密切相关，植物自身原有的电信号特性，如信 号幅度的量级、信号频率范围、数据模型化研究以及利用前景等，有待进一步 探索植物电信号是一种相当复杂的信号，伴随着植物周而复始的生命活动， 通常采集到的植物电信号噪声背景强，有用信号不便别离，科学地提取电信号 是对植物电信号进行特征分析，信号传递机理、信号与环境因子关系研究的前 提，随着微弱信号检测及处理技术的开展，计算机信息采集和数据处理系统的 实现，微弱植物电信号的提取和分析将更具可行性和科学性其次由于植物电信号具有时变特点，不同的植物具有不同的波形，同一种 植物处于不同生长期时采集的波形也不一样，植物在各种刺激下产生的波形幅 度不一样，对刺激的反响灵敏程度也不一样，这些电信号具有何种特征和规律 ,有待研究和探索随着微弱信号测试技术、计算机技术及信号处理技术的飞 速开展，计算机信息采集系统实现了智能化采集，现代先进的信号处理算法有 利于实现对植物电生理信号的分析处理。
本研究参照生物电信号的处理方法， 将提取的植物电信号运用时域分析、频域分析、小波分析，探讨不同植物、不 同胁迫下的植物电信号特征差异，探索特征值与环境刺激间存在的相关性综 合运用自适应理论，建立植物电信号AR模型，实现对植物电信号的预测小波 分析具有良好的时频局部化特性，非常适合于分析非平稳信号的瞬态特性和时 变特性，根据小波分析的这些特点，我们将首先用于对植物电信号的降噪预处 理，然后结合模糊理论和神经网络理论应用于植物胁迫的识别这些先进技术 在植物电信号分析处理方面的应用，将进一步充实新兴交叉学科“植物生物信息 学”的内容2 .本课题的研究现状当植物耗水大于吸水时，植物体内出现的水分亏缺现象，称为干旱，是植 物逆境胁迫因子之一干旱胁迫的及时监测、植物的抗旱性等是近年来众多学 者研究的课题胡俊海以建立一个检测植物电信号变化的系统为出发点，进行 了植物电信号监测系统的实验研究，并利用监测系统对芦荟、番茄、黄瓜等作 物在水胁迫时以及水分充足时电信号的变化进行采样，并对采集到的植物电信 号数据进行存储、处理与分析，找出水胁迫下植物电信号与环境因子的关系， 为进一步的深入研究做一些前期的准备工作。
张晓东［39等针对油菜水分胁迫的 无损探测，探讨了基于多光谱图像的油菜含水率定量关系模型的建立，首先采 用中值滤波法对图像进行降噪处理，为了对多光谱图像进行背景分割，采用了 二维最大信息燧阈值分割法，提取了油菜冠层多光谱图像的均值和比值特征， 在逐步回归法基础上，建立了不同发育期油菜含水率的多光谱图像特征预测模 型结果说明，该方法能够实现对油菜水分胁迫的定量分析，可为科学精确地 指导灌溉提供依据杨洪强140从水分胁迫感受、第二信使系统及蛋白质可逆磷 酸化等方面，阐述了植物细胞对水分胁迫(原初)信号和胁迫信号分子(脱落 酸)识别转导的研究进展王强以PC为硬件平台，以美国国家仪器(NI)公司开发的LabView为软件开发 平台，配合必要的传感器、信号调理器和数据采集卡组成的多通道水胁迫声发 射监测及灌溉控制系统，以杨树苗木为研究对象进行的，研究了声发射信号同 植株的生理需水及环境因子间的关系王静英［2等总结了植物干旱胁迫信号的 感知、传递及其诱导的基因表达调控等方面的研究进展，对植物抗旱性的分子 机理进行了展望卢琼琼分析了干旱胁迫对大豆苗期光合生理特性的影响，结果显示：随着 干旱胁迫的加强，叶片中叶绿素含量降低，游离脯氨酸含量逐渐增加，可溶性 糖含量显著升高。
3 .本课题的研究内容根据以上分析，本文运用经典及现代信号处理方法，借助于MATLAB软件 1001001,首先对所采集的植物电信号进行降噪预处理，其次从时域、频域、时 频域角度分别获取植物电信号的各个域特征值，并将特征值应用于植物电信号 传递速度的测试、植物电信号的预测、植物缺水的判断、植物胁迫因子的识别 、适合植物生长的最正确环境因子模型的建立等方面，主要研究内容如下：(1)植物电信号的采集与预处理介绍了采集植物电信号所用硬件装置的 组成、工作原理等，测试电极的选择，讨论不同电极对测量的影响，测试系统 整个组成框图由于植物电信号属于微弱信号的测试领域，针对植物电信号的 噪声特点，探寻最优的植物电信号降噪方法，为后期对信号的分析及处理打下 基础2)植物电信号的时域特征及应用对四种典型盆栽植物在正常状态、七 种胁迫状态下的时域统计特征参数进行分析，研究其自相关性，从时域参数角 度出发，探寻统计特征参数在植物不同胁迫下的改变情况利用相关技术测量 植物受灼伤、烧伤、刺伤等刺激后产生的变异信号的传递速度，为科学精确测 量植物电信号的传递速度提供切实可行的方法将时域中的自回归模型法应用 于观音莲、君子兰两种植物电信号的建模及预测，首先利用无偏且精度高的最 小二乘算法进行参数估计，并建立两种植物电信号AR模型。
其次利用自适应滤 波算法对AR模型参数进行估计，基于Kalman滤波算法的AR模型计算量上较最小二乘算法要少，且不存在失调量问题，所以收敛速度越快，在对植物 电信号序列的分析中，易于实现实时预报3)植物电信号的频域特征及应用对四种典型盆栽植物在正常状态、七 种胁迫状态下的频域特征参数进行分析，从频域参数角度探寻信号功率谱特征 、边缘频率等参数在不同胁迫时的差异以碧玉、虎皮兰为测试对象，初步研 究不同土壤含水量时，两种植物叶片电信号功率谱参数的变化规律，实现对该 植物需水状况的诊断和预警4)植物电信号的时频域特征及应用对四种典型盆栽植物在正常状态、 七种胁迫状态下的时频域特征参数进行分析，将信号进行5尺度小波分解，探寻 低频、高频分解信号当植物在不同胁迫时的差异其次对芦荟、碧玉、虎皮兰 和蟹爪兰四种植物所处的干旱胁迫、盐胁迫、热激胁迫、紫外光胁迫、渍水胁 迫、冻伤胁迫及重金属胁迫进行正确的识别，取正常状态下无胁迫的植株作为 对照，探索应用小波包分解提取特征值能力强的优点，进而应用模糊准那么来优 化小波包分解，以此来提取植物电信号中各种胁迫的特征，实现胁迫因子的识别， 为防止植物逆境下受到伤害，及时调控植物生长环境提供科学依据。
5)研究植物电信号特征值与温度、湿度、光照度及土壤含水量之间的关 系其他环境因子条件一定时，分别改变其中一个因子，分析该因子与时域特 征参数、频域特征参数、时频域特征参数的变化关系；计算这些特征值与变化 因子之间的相关系数；建立与对应环境因子相关系数最大的时域特征参数与该 环境因子之间的数量关系模型；建立相关系数最大的频域特征参数与该环境因 子之间的数量关系模型；建立相关系数最大的小波分解系数能量值与该环境因 子之间的数量关系模型6）将植物信号的典型特征值作为反响输入量，结合环境中温度变化、± 壤含水量变化、光照变化、湿度变化，通过对优势环境下生长的健壮植株的反 复学习，那么可形成对温度等环境因子的调节本文基于极限学习机，建立适合 碧玉生长的环境因子与信号特征值的关系模型在温室作物生产中，我们可应 用建立的模型预测理想值，并进行调控环境因子，以更好地满足作物生长需要O4 .本课题的研究方案、进度及预期取得的成果.研究方案第一阶段，确立选题，文献资料，制订实验方案和工作计划；第二阶段，修改并完善实施方案，科学有序地进行实验并验证假说；第三阶段，整理研究成果，撰写研究报告或学术论文，推广实验经验。
1 .进度和预期取得的成果植物电信号是植物生理活动的一种反响，植物电信号的变化与环境因子的 改变密切相关针对目前植物电信号方面研究的现状，研究了植物电信号各个 域内的特征值参数特点，利用这些特征值进行植物胁迫的识别，植物电信号的 预测等，探寻现代先进的信号处理方法进行植物变异信号传递速度的测试，建 立特征值与环境因子的定量关系，为节水灌溉、实施植物生长的调节和干预提 供科学的决 策依据5 .参考文献[1]季忠，秦树人时频测试方法在脑电信号分析中的应用[M].重庆大学学报 ,2003, 26 (11) ： 1-5.⑵刘建平，陶伟忠，郑崇勋时频分析用于睡眠脑电图的梭形波识别[J].中国 生物医学工程学报，1999, 18 (3) ： 317-324.[3]沈民奋，孙丽莎，沈凤麟，基于小波变换的动态脑电节律提取[J].数据采 集与处理，1999, 14 (2) ： 183-186.[4]叶继伦，郑崇勋，郭耸峰，等运动心电信号特征提取的小波变换方法[J]. 中国医疗器械杂志，1999, 23 (5) ： 268-271.[5]吴效明，岑人经，梁家定，等心功能参数小波分析原理[J]暨南大学学报 (自然科学版)，1997, 18 (增刊)：53-57.[6]张勇，王介生基于多分辨率分析的心电图信号去噪算法[J].系统工程与电 子技术，2002, 24 (12) ： 32-34.[7]李光林，吕维雪基于小波变换的心电信号的分析与处理[J].浙江大学学报 (自然科学版)，1998, 32 (1) ： 82-87.[8]龙胜春，翁剑枫，肌电信号的检测与分析方法[J].国外医学生物医学工程 分册,199821 (2) ： 78-83.[9]杨基海，周平，章劲松，等利用小波变换去除针电极肌电信号噪声的实 验研究[J].生物医学工程学杂志，2000, 17 (1) ： 44-46.[10]葛哲学，陈仲生.MATLAB时频分析技术及其应用[M].北京：人民邮电 出版社，20061.[11]李海霞植物微弱电波信号的研究[D].中国计量科学研究院硕士学位论文 ,2006, 5.[12]Zhang XH, Yu N M, Xi G, et al.Changes in the power spectrum of electrical signals in maize leaf induced by osmotic stress[J].Chinese Sci Bull, 2012, 57 (4) ： 413-420.[13]张晓东，毛罕平，左志宇，等.基于多光谱视觉技术的油菜水分胁迫诊 断[J].农业工程学,2011, 27 (3) ： 152-157.[14]冷强，黄岚，花宝光，等环境因素引起植物外表电位变化的小波分析[J ].生物物理学报，1998, 14 (1) ： 140-144.[15]黄岚，王忠义，植物电信号的解析方法初探(英文)[J].农业工程学报 ,2002, 18 (5) ： 39-42.指导教师意见指导教师：年 月日二级学院审查意见二级学院领导签字（公章）：年 月日。