一种田间作物表型垂直信息监测方法技术

本发明专利技术涉及一种田间作物表型垂直信息监测方法，监测方法基于田间作物表型垂直信息监测系统，该系统包括：暗箱平台，用于搭载传感器及相关设备，构造稳定的暗室监测环境；冠层分层机构，设置于暗箱平台上，用于定量分割冠层层次，并粉碎成均匀样品；落料机构，用于承接切割粉碎的样品；样品输送机构，设置于暗箱平台内，用于传送冠层分层机构粉碎的样品到不同的工位；监测机构，设置于暗箱平台内，用于监测样品的表型数据；控制机构，设置于暗箱平台内，用于控制整个监测系统及相关参数设置。本发明专利技术方法实现了作物冠层垂直信息的监测，有助于实现作物表型垂直分布信息更为翔实、精细的快速估算。算。算。

【技术实现步骤摘要】
一种田间作物表型垂直信息监测方法


[0001]本专利技术涉及一种田间作物表型垂直信息监测方法，属于作物表型监测


技术介绍

[0002]作物表型是基因型与复杂环境动态交互影响的生长发育过程中物理、生理、生化特征和性状，是解释作物生长发育规律及其与环境关系的重要依据。例如氮元素，以多种形态参与光合、呼吸、组织形成等多种生理过程；冠层生物量影响冠层光截获，也是判定光合积累量的重要指标；水作为作物生命过程必不可少的能量来源和驱动力，对作物生长具有直接影响，这些冠层信息能够直观的表征作物的生长发育状态。而在作物生长发育过程中，不同位置叶片的营养、功能、叶龄和光线等因素造成生化成分在冠层分布存在异质性，准确监测冠层表型的垂直分布是探讨作物生理机制和品种筛选的重要依据。
[0003]传统冠层信息获取往往通过破坏性的化学方法，操作繁琐、费时费力，作业效率低，误差较大，难以满足当前智慧农业和智能育种需求。近年来，得益于信息技术的快速发展，高光谱遥感因其高分辨率波段信息丰富在作物冠层监测中占据重要地位，但以往针对冠层表型信息监测都是将冠层假设为均一的整体，忽略了垂直分布，造成监测精度有限，相关实用价值较低。
[0004]目前基于高光谱垂直监测主要分为三种：1.冠层光谱监测：利用冠层光谱与不同层的实测生化成分含量建立量化模型。但冠层反射率主要来自冠层顶部，不能获取下层有效光谱信息。2.多角度观测：通过筛选最佳观测角度组合，以该组合的光谱信息与分层实测值进行建模。但，不同生长时期筛选的最佳角度组合不同，难以推广应用。3.分层光谱监测：根据作物高度进行层次划分，依层次剪切掉植被，垂直获取每层光谱信息，并与对应层实测值建模。但该方法数据获取复杂，且改变了光线在冠层中的实际分布。以上原位垂直监测方法，光谱信息都易受视野内植被观测量、背景环境、以及BRDF(双向反射分布函数)等因素影响。
[0005]现有对于冠层信息的垂直监测操作繁琐、效率低下，受环境干扰较大，模型泛化能力差，且对冠层分层粗糙、层次少，获取的信息不足，难以满足数据挖掘的需求，因此，急需开发准确、高效、及时、快速的、更加翔实精细的全生育期冠层信息监测手段。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术提供一种田间作物表型垂直信息监测方法，该方法实现了作物表型垂直信息的准确监测，同时兼顾监测效率和精度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供一种田间作物表型垂直信息监测系统，包括：暗箱平台，用于搭载传感器及相关设备，构造稳定的暗室监测环境；冠层分层机构，设置于暗箱平台上，用于定量分割冠层层次，并粉碎成均匀样品；落料机构，用于承接切割粉碎的样品；样品输送机构，设置于暗箱平台内，用于传送冠层分层机构粉碎的样品到不同的工位；监测机构，设
置于暗箱平台内，用于监测样品的表型数据；控制机构，设置于暗箱平台上，用于控制整个监测系统及相关参数设置。
[0009]所述的田间作物表型垂直信息监测系统，优选的，暗落料机构包括：落料漏斗，落料漏斗位于冠层分层机构的下方，用于承接切割粉碎的样品，设置于暗箱平台的内部；暗箱平台还包括机架，机架位于暗箱平台的四周，支撑起暗箱平台；板材，位于机架的四周，与机架共同组成暗箱平台。
[0010]所述的田间作物表型垂直信息监测系统，优选的，冠层分层机构包括：输送带；压料皮带，位于输送带的上方；旋转刀片，位于输送带的出口处；调速按钮，用于调节输送带和旋转刀片的转速；防护门，罩设在旋转刀片的外侧，以防止人员接触旋转刀片。
[0011]所述的田间作物表型垂直信息监测系统，优选的，样品输送机构包括：样品盒和运动直线模组，运动直线模组上架着所述的样品盒在暗箱平台内不同工位移动。
[0012]所述的田间作物表型垂直信息监测系统，优选的，监测机构包括：高光谱仪ASD，高光谱仪ASD的波长范围为350
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2500nm，扫描时间为100ms，波长精度为0.5nm；RGB相机，位于所述高光谱仪ASD光纤探头的一侧；卤素灯，卤素灯为石英
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钨
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卤素灯，规格为70W，15V的照明系统，位于高光谱仪ASD光纤探头的另一侧；天平，位于高光谱仪ASD光纤探头的斜下方。
[0013]所述的田间作物表型垂直信息监测系统，优选的，控制机构与冠层分层机构中的输送带，旋转刀片和调速按钮连接，控制样品的定量切割与均匀粉碎；控制机构与样品输送机构中的运动直线模组连接，控制样品的移动；控制机构与监测机构中的高光谱仪ASD，RGB相机，天平和卤素灯连接，控制高光谱仪ASD的监测模式，RGB相机拍摄模式，天平的称重模式，卤素灯的照明模式。
[0014]本专利技术第二方面提供一种田间作物表型垂直信息监测方法，采用上述田间作物表型垂直信息监测系统，该方法包括以下步骤：
[0015]步骤一:该系统包括：暗箱平台，用于搭载传感器及相关设备，构造暗室监测环境；冠层分层机构，设置于暗箱平台上，用于定量分割冠层层次，并粉碎成均匀样品；落料机构，用于承接切割粉碎的样品；样品输送机构，设置于暗箱平台内，用于传送冠层分层机构粉碎的样品到不同的工位；监测机构，设置于暗箱平台内，用于监测样品的表型信息；控制机构，设置于暗箱平台内，用于控制整个监测系统及参数设置；所述监测机构包括：全波段稳定光源卤素灯和角度刻度板，所述全波段稳定光源卤素灯通过第一搭载板安装在暗箱平台内部上端第一根横梁上，所述角度刻度板安装在第一搭载板上，用于调节光源角度；RGB相机，所述RGB相机通过第二搭载板安装在暗箱平台内部上端第二根横梁上；高光谱仪，所述高光谱仪的光纤探测头与所述RGB相机共用一个搭载板，其通过光纤固定器调节监测高度，所述高光谱仪的两种传感器监测中心及光线中心与其监测盒的中心位置保持一致，所述高光谱仪的主机放置在暗箱平台上的滑动桌板上；分析天平，所述分析天平安装在暗箱平台内底部保持平衡。
[0016]步骤二：在PC端安装Bio
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Master系统，并使Bio
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Master系统与控制机构相匹配，界面窗口实时预览监测盒内样品状态，各层次表型估算结果实时添加并显示在Bio
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Master系统界面中；
[0017]步骤三：在Bio
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Master系统中添加样点采集基本信息，设置冠层切割长度和粉碎程度，系统自动生成逻辑编号；基本信息包括但不限于：品种、生育期、施肥量等试验处理；
[0018]步骤四：通过Bio
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Master系统控制冠层分层机构对样品定量切割和均匀粉碎，并通过落料机构掉落至样品输送机构的样品盒里，控制样品输送机构运送样品盒至监测机构下方；
[0019]步骤五：通过操作Bio
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Master系统，设定卤素灯的照明模式及RGB相机的拍摄模式，软件界面窗口实时预览样品状态及光谱反射曲线，操作软件一键同时获取样品的反射率数据和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种田间作物表型垂直信息监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：设置一田间作物表型垂直信息监测系统，该系统包括：暗箱平台，用于搭载传感器及相关设备，构造暗室监测环境；冠层分层机构，设置于暗箱平台上，用于定量分割冠层层次，并粉碎成均匀样品；落料机构，用于承接切割粉碎的样品；样品输送机构，设置于暗箱平台内，用于传送冠层分层机构粉碎的样品到不同的工位；监测机构，设置于暗箱平台内，用于监测样品的表型信息；控制机构，设置于暗箱平台内，用于控制整个监测系统及参数设置；所述监测机构包括：全波段稳定光源卤素灯和角度刻度板，所述全波段稳定光源卤素灯通过第一搭载板安装在暗箱平台内部上端第一根横梁上，所述角度刻度板安装在第一搭载板上，用于调节光源角度；RGB相机，所述RGB相机通过第二搭载板安装在暗箱平台内部上端第二根横梁上；高光谱仪，所述高光谱仪的光纤探测头与所述RGB相机共用一个搭载板，其通过光纤固定器调节监测高度，所述高光谱仪的两种传感器监测中心及光线中心与其监测盒的中心位置保持一致，所述高光谱仪的主机放置在暗箱平台上的滑动桌板上；分析天平，所述分析天平安装在暗箱平台内底部保持平衡；步骤二：在PC端安装Bio
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Master系统，并使Bio
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Master系统与控制机构相匹配，界面窗口实时预览监测盒内样品状态，各层次表型估算结果实时添加并显示在Bio
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Master系统界面中；步骤三：在Bio
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Master系统中添加样点采集基本信息，设置冠层切割长度和粉碎程度，系统自动生成逻辑编号，基本信息包括但不限于：品种、生育期、施肥量等试验处理；步骤四：通过Bio
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Master系统控制冠层分层机构对样品定量切割和均匀粉碎，并通过落料机构掉落至样品输送机构的样品盒里，控制样品输送机构运送样品盒至监测机构下方；步骤五：通过操作Bio
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Master系统，设定卤素灯的照明模式及RGB相机的拍摄模式，软件界面窗口实时预览样品状态及光谱反射曲线，操作软件一键同时获取样品的反射率数据和图像数据；在控制机构的作用下，样品输送机构运送样品至监测机构的天平上，通过操作Bio
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Master系统准确获取样品的净鲜重数据；通过系统内部架构算法进行表型估算，结果实时添加显示于系统界面，同时压缩保存原始数据及估算结果在系统的数据库中；步骤六：重复步骤四和步骤五，实现单个样品的冠层表型垂直信息获取；步骤七：返回步骤三选择处理编号，进行其他处理监测，待所有处理数据采集完成后，通过操作Bio
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Master系统，将系统数据库中的数据批量或选择性下载到电脑本地存储。2.根据权利要求1所述的田间作...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘守阳，刘若雯，李朋彦，姜东，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：