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基于多模态数据融合的番茄粘弹性参数在线估计新方法研究

一、引言

1.1研究背景与意义

番茄作为全球广泛种植和消费的蔬菜，在农业生产与食品加工领域占据重要地位。在农业生产环节，从番茄的种植、培育、采摘，到后续的运输、贮藏，各个阶段都与番茄的粘弹性参数密切相关。例如，在种植过程中，了解番茄植株及果实的粘弹性，有助于优化灌溉、施肥等农事操作，避免因外力不当造成植株损伤，保障作物的正常生长发育。在采摘时，依据番茄的粘弹性特性，可研发出更适配的采摘设备和技术，减少果实的机械损伤，提高采摘效率和果实的完好率。

在食品加工行业，番茄被用于制作番茄酱、番茄汁、番茄罐头等多种产品。不同的加工工艺对番茄原料的粘弹性有着特定要求。以番茄酱生产为例，原料番茄的粘弹性影响着其在加工过程中的流动性、混合均匀度以及最终产品的质地和口感。若番茄粘弹性参数不适宜，可能导致番茄酱过于稀薄或浓稠，影响产品的品质和市场接受度。

传统的番茄粘弹性参数测量方法，大多是离线进行的，需要将番茄样本采集后，在实验室利用专业设备进行检测分析。这种方式存在诸多局限性，如检测周期长，无法及时为生产过程提供数据支持；样本在采集、运输和存储过程中，其粘弹性可能发生变化，导致检测结果不能真实反映生产现场的实际情况；而且离线检测无法对生产过程进行实时监控，难以及时发现和解决生产中的问题，容易造成生产损失。

相比之下，在线估计方法具有显著优势。它能够实时获取番茄在生产线上的粘弹性参数，及时反馈生产过程中的质量变化，为生产决策提供即时的数据依据。在线估计方法可以避免样本采集和处理过程中的误差，提高检测结果的准确性和可靠性。在番茄的连续化加工生产中，通过在线估计粘弹性参数，可实时调整加工工艺参数，确保产品质量的稳定性，降低次品率，提高生产效率和经济效益。

研究番茄粘弹性参数在线估计方法，对于提升农业生产智能化水平、保障番茄供应链各环节的品质稳定以及推动食品加工行业的高效发展具有重要的理论意义和实践价值，有助于实现从农田到餐桌全产业链的精细化管理和质量控制。

1.2国内外研究现状

在果蔬粘弹性研究领域，国外起步较早，积累了较为丰富的研究成果。早在20世纪中叶，随着材料科学和食品科学的交叉发展，国外学者就开始关注果蔬的流变学特性，其中粘弹性是重要研究方向之一。早期的研究主要聚焦于采用传统的流变仪对果蔬进行粘弹性参数测定，如利用旋转流变仪、毛细管流变仪等设备，分析不同果蔬在不同条件下的应力-应变关系，建立初步的粘弹性模型。随着传感器技术的发展，一些新型传感器被应用于果蔬粘弹性测量，如基于微机电系统（MEMS）技术的应力传感器，能够更精确地测量微小力作用下果蔬的粘弹性响应，提高了测量的灵敏度和准确性。在理论研究方面，国外学者深入探讨了粘弹性模型的构建和优化，提出了多种复杂的本构方程来描述果蔬的粘弹性行为，如广义Maxwell模型、分数阶导数模型等，这些模型考虑了更多的影响因素，能够更准确地拟合实验数据，但模型参数的求解往往较为复杂，对实验设备和数据处理能力要求较高。

国内在果蔬粘弹性研究方面虽然起步相对较晚，但近年来发展迅速。早期主要是引进国外的研究方法和设备，开展一些基础性的研究工作，对不同品种果蔬的粘弹性参数进行测定和分析，为后续研究提供数据基础。随着国内科研实力的提升，开始注重自主研发和创新。在测量技术上，结合国内实际情况，开发出一些具有特色的测量方法和设备。例如，利用计算机视觉技术与力学测量相结合的方式，通过分析果蔬在受力变形过程中的图像特征，获取其粘弹性相关信息，这种方法具有非接触、快速测量的优点，为在线估计提供了新的思路。在理论研究方面，国内学者也积极探索适合我国果蔬特点的粘弹性模型，对国外经典模型进行改进和优化，使其更符合国内果蔬的实际情况。同时，注重将粘弹性研究与农业生产、食品加工实际应用相结合，开展了一系列针对性的研究，如研究果蔬粘弹性与贮藏保鲜、加工工艺之间的关系，为提高果蔬产品质量和附加值提供理论支持。

针对番茄这一特定果蔬的粘弹性研究也取得了不少成果。国外研究中，部分学者通过对不同生长阶段番茄果实的粘弹性参数进行连续监测，分析其生长发育过程中粘弹性的变化规律，为番茄种植管理提供了科学依据。在番茄采摘机器人研发方面，基于对番茄粘弹性的研究，优化夹持机构的设计和控制策略，减少采摘过程中的果实损伤。国内则在番茄粘弹性与品质评价方面开展了深入研究，发现番茄的粘弹性参数与果实的硬度、可溶性固形物含量、呼吸强度等品质指标之间存在显著相关性，可通过粘弹性参数来评估番茄的品质和耐贮藏性。在番茄加工过程中，研究粘弹性对番茄酱、番茄汁等产品加工工艺和品质的影响，通过调控粘弹性参数来优化加工工艺，提高产品质量。

然而，目前无论是国内还是国外，在番茄粘弹性参数在