一种田间作物表型垂直信息监测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115165436A(43)申请公布日2022.10.11(21)申请号202210758452.0(22)申请日2022.06.30(71)申请人南京农业大学地址210014江苏省南京市玄武区卫岗1号(72)发明人刘守阳刘若雯李朋彦姜东(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245专利代理师任文娟(51)Int.Cl.G01N1/06(2006.01)G01N1/28(2006.01)G01N5/00(2006.01)G01N21/01(2006.01)G01N21/27(2006.01)G01N21/55(2014.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种田间作物表型垂直信息监测方法(57)摘要本发明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。CN115165436ACN115165436A权利要求书1/2页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‑Master系统，并使Bio‑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‑Master系统界面中；步骤三：在Bio‑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‑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‑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‑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‑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所述的田间作物表型垂直信息监测方法，其特征在于，步骤五包括如下具体步骤：步骤1：所述高光谱仪获取的反射率数据和所述分析天平获取的鲜重数据，通过偏最小二乘回归，实现样品含水量和干重的反演；步骤2：获取的反射率数据，通过机器学习算法耦合辐射传输物理模型，实现样品氮含量和叶绿素含量的反演；步骤3：反演获得的表型估算信息与处理编号及其层次编号实现逻辑对应，并按层次编号逐个添加到冠层垂直分布模型中；步骤4：获取的RGB图像和光谱曲线图，用于核验异常值，将异常值从步骤3中的模型中剔除，实现最终的冠层垂直分布模型；同时将有效数据自动