無人車式表型平臺(tái)可進(jìn)行田間或溫室內(nèi)場(chǎng)景下的地栽和盆栽作物高通量表型參數(shù)的采集與應(yīng)用，適應(yīng)田間環(huán)境、作物栽培要求、用戶實(shí)驗(yàn)要求以及作物生理要求，可用于實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的生長(zhǎng)研究、逆境響應(yīng)、病害研究等多種場(chǎng)景。

系統(tǒng)組成

1. 無人車移動(dòng)單元：采用輪式/履帶式無人車，配備北斗定位/自主導(dǎo)航系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等，無人車具備自主避障的能力，實(shí)現(xiàn)采集路線的自主巡航，可搭載成像傳感器對(duì)作物側(cè)面或頂面進(jìn)行掃描成像，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集上傳。
2. 多維傳感融合圖像成像單元：可配置包含可見光成像、激光雷達(dá)成像、高光譜成像、紅外熱成像模塊。各成像模塊均支持獨(dú)立或組合工作，并配有專業(yè)表型軟件進(jìn)行采集成像和解析。支持成像模塊擴(kuò)展。
3. 邊緣計(jì)算與解析單元：平臺(tái)采用全自研算法，可對(duì)多種常見植物的冠層信息、長(zhǎng)勢(shì)信息、營(yíng)養(yǎng)信息進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)客戶需求，各模塊支持設(shè)計(jì)定制關(guān)聯(lián)模型，支持對(duì)特定類型脅迫響應(yīng)程度或病害等級(jí)進(jìn)行具體分析。
4. 數(shù)據(jù)管理單元：配備專業(yè)分析軟件，支持用戶通過自建實(shí)驗(yàn)工程，對(duì)不同成像單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集成像，圖像分析，圖像處理，數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等，也可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)課題、實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期數(shù)據(jù)管理。

成像單元模塊：

可配置可見光成像、激光雷達(dá)成像、高光譜成像、紅外熱成像等多種類型的成像模塊。

1. 可見光成像模塊：主要分析作物顏色、形態(tài)及紋理參數(shù)，包含作物總面積、綠葉面積占比、可見葉片邊緣長(zhǎng)度、作物持綠特性、卷葉程度、枯死葉比例、植株緊湊度、植株伸展度、株型分散度等。
2. 激光雷達(dá)成像單元：獲取高精度植物點(diǎn)云，基于算法生成植物的高精度三維模型，精確測(cè)量作物的高度、冠幅等生長(zhǎng)參數(shù)；分析植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，如葉片分布、枝條形態(tài)，可以用于監(jiān)測(cè)植物在不同生育期的動(dòng)態(tài)變化。
3. 高光譜/多光譜成像單元：基于多個(gè)波段的植物光譜反射信息，可實(shí)現(xiàn)植物NDVI等植被指數(shù)的獲取，通過不同光譜波段數(shù)據(jù)分析植物健康狀況，評(píng)估養(yǎng)分狀態(tài)；用于解析植物組分含量變化、營(yíng)養(yǎng)狀況以及生長(zhǎng)狀況。
4. 紅外熱成像單元：檢測(cè)植物表面的溫度分布，可實(shí)現(xiàn)識(shí)別缺水或過水等生理狀態(tài)，識(shí)別病蟲害或脅迫反應(yīng)，并通過智能算法推測(cè)植物的蒸騰作用強(qiáng)度。評(píng)估植物對(duì)不同環(huán)境條件的響應(yīng)。

功能特點(diǎn)

1. 高度集成：高度集成控制與成像技術(shù)，高度集成可見光成像、高光譜成像單元的采集與分析，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、高通量對(duì)植物成像解析；
2. 自動(dòng)化移動(dòng)系統(tǒng)：系統(tǒng)采用全自動(dòng)移動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)前后左右掉頭移動(dòng)，配備智能化圖像采集模塊采集植株側(cè)面或頂面圖像，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全程自動(dòng)化運(yùn)行，減少人工操作誤差；
3. 自動(dòng)化參數(shù)解析：系統(tǒng)自動(dòng)內(nèi)置作物解析模型算法，根據(jù)配置的成像模塊直接自動(dòng)解析多項(xiàng)作物表型參數(shù)和生理參數(shù)；
4. 配備數(shù)據(jù)采集與分析軟件：集成多種光學(xué)傳感器采集接口，可在軟件上操作系統(tǒng)進(jìn)行全自動(dòng)運(yùn)行和各成像單元的采集與分析，分析結(jié)果自動(dòng)儲(chǔ)存到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
5. 數(shù)據(jù)展示分析：支持對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析展示，如可根據(jù)時(shí)間序列圖進(jìn)行柱狀圖、曲線圖、散點(diǎn)圖等進(jìn)行展示，便于直觀感知數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)和進(jìn)一步挖掘。
6. 靈活配置：系統(tǒng)支持多維度傳感模塊，多類型成像傳感器類型支持自定義選配；
7. 安全設(shè)計(jì)：系統(tǒng)具有限位裝置、急停按鈕等安全保護(hù)裝置，配有故障警報(bào)裝置，保障操作安全性。停機(jī)、故障、離線等情況不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，保障意外狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)行；
8. 數(shù)據(jù)安全：數(shù)據(jù)采用安全傳輸模式，儲(chǔ)存空間無限擴(kuò)容，保障用戶需求的同時(shí)保障數(shù)據(jù)安全；
9. 定制化設(shè)計(jì)：可配合用戶實(shí)驗(yàn)開展需求設(shè)計(jì)，根據(jù)不同作物定制化不同實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方案，定制化軟件開發(fā)，所有軟件保證永久更新升級(jí)。

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技術(shù)參數(shù)

（1）無人車移動(dòng)單元

1. 測(cè)量高度：0~1.5m，可根據(jù)用戶情況定制化設(shè)計(jì)
2. 可搭載傳感器：包括可見光相機(jī)、高光譜相機(jī)、紅外相機(jī)、激光雷達(dá)，根據(jù)需求配置
3. 行駛精度：±5cm
4. 田間檢測(cè)速度：0-1m/s
5. 續(xù)航時(shí)間：全時(shí)作業(yè)續(xù)航時(shí)間≥5小時(shí)

（2）可見光成像單元

1. 傳感器類型：全彩高分辨率RGB工業(yè)相機(jī)
2. 每區(qū)域拍攝圖像幀數(shù)：1（可定制）
3. 測(cè)量參數(shù)：包含作物總面積、綠葉面積、綠葉面積占比、分形維數(shù)、內(nèi)接矩面積、內(nèi)接矩寬度、高度、周長(zhǎng)面積比、總面積最小內(nèi)接矩面積比、凸包面積、可見葉片邊緣長(zhǎng)度、作物持綠特性、卷葉程度、枯死葉比例、植株緊湊度、植株伸展度、株型分散度等

（3）高光譜成像單元

1. 成像波長(zhǎng)范圍：400-1000nm
2. 光譜分辨率：5nm（均值）
3. 測(cè)量參數(shù)：計(jì)算植物光譜特征曲線，以及光譜指數(shù)如NDVI、GVI等三十個(gè)常用植被指數(shù)，葉綠素含量、冠層氮含量等生物學(xué)參數(shù)的分析

（4）多光譜成像單元

1. 成像波長(zhǎng)：藍(lán)光（中心波長(zhǎng)475nm）、綠光（中心波長(zhǎng)560nm）、紅光（中心波長(zhǎng)668nm）、紅邊（中心波長(zhǎng)717nm）、近紅外波段（中心波長(zhǎng)840nm）

（5）激光雷達(dá)單元

1. 激光等級(jí)：一級(jí)安全激光
2. 測(cè)距范圍：1~20m
3. 采集視場(chǎng)角：水平360°，垂直300°
4. 測(cè)量精度：<3mm@1m
5. 控制操作：大尺寸電阻觸摸屏、WIFI無線遙控操作
6. 測(cè)量參數(shù)：株高、葉面積、葉面積指數(shù)、投影面積、植物群冠層覆蓋度、植物群冠層高度均值、植物群冠層幅長(zhǎng)均值、植物群冠層幅寬均值、葉面積密度等

紅外熱成像單元

1. 測(cè)溫范圍：（可選）：-40至+150℃，+100至+650℃，+300至+2000℃
2. 測(cè)溫精度：±2℃或讀數(shù)的±2%
3. 分辨率：640 x 480pixel
4. 焦距：6mm或類似
5. 熱靈敏度/NETD：<0.05℃@+30℃/50mK
6. 空間分辨率（IFOV）：68mrad
7. 探測(cè)器像素間距：17μm
8. 探測(cè)時(shí)間常數(shù)：典型值8ms
9. 測(cè)量參數(shù)：可計(jì)算植株平均溫度、最高溫度、最低溫度，可形成溫度分布圖、區(qū)域溫度分析

溫室型高通量植物表型采集分析平臺(tái)是一套針對(duì)大中型溫室條件下集植物表型圖像采集與參數(shù)分析功能于一體的高通量平臺(tái)。平臺(tái)采用流水線傳送形式，將植物傳送至成像暗室進(jìn)行成像和解析，通過植物-傳感器-解析的工作模式高效實(shí)現(xiàn)了對(duì)盆栽植株進(jìn)行表型采集與解析。該產(chǎn)品可搭載可見光二維、可見光三維、高光譜等多個(gè)成像單元，可對(duì)突變體進(jìn)行篩選與鑒定，對(duì)植物生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行記錄，同時(shí)也可以對(duì)高溫、高鹽、病害、蟲害等逆境條件下植物的形態(tài)、顏色、紋理、長(zhǎng)勢(shì)、組分含量變化進(jìn)行研究。適用于遺傳育種、分子生物學(xué)、植物生理學(xué)、植物病理學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、植物保護(hù)等研究領(lǐng)域。

產(chǎn)品組成：

自動(dòng)化傳送單元+多維傳感融合圖像成像單元+邊緣計(jì)算與解析單元+數(shù)據(jù)管理單元

產(chǎn)品特點(diǎn)：

多場(chǎng)景應(yīng)用：適用于多種室內(nèi)場(chǎng)景下的植物高通量的采集與應(yīng)用；可應(yīng)用于對(duì)溫室控制條件下，對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的植株長(zhǎng)勢(shì)、逆境響應(yīng)、病害等級(jí)分析等多種場(chǎng)景；

高度集成：系統(tǒng)可集成可見光二維、可見光三維與高光譜成像單元，可全自動(dòng)、高通量對(duì)植物樣品進(jìn)行可見光成像和高光譜成像；

自動(dòng)傳送系統(tǒng)：系統(tǒng)采用全自動(dòng)傳送裝置，配備智能化圖像采集模塊，系統(tǒng)運(yùn)行全程自動(dòng)化，減少人工操作誤差；

數(shù)據(jù)自動(dòng)采集：系統(tǒng)支持配套植物樣本自動(dòng)識(shí)別碼，植株移動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)自動(dòng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并自動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)設(shè)備的采集數(shù)據(jù)；

樣品稱重及生物量計(jì)算：可選配稱重模塊，樣品傳送過程中高精度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)重量的測(cè)定；

自動(dòng)化參數(shù)解析：系統(tǒng)自動(dòng)內(nèi)置作物解析模型算法，根據(jù)可見光二維、可見光三維、高光譜等模塊直接自動(dòng)解析多項(xiàng)植株株型、顏色、紋理等參數(shù)；全角度多機(jī)位圖像自動(dòng)采集，無需手動(dòng)標(biāo)定，自動(dòng)根據(jù)植物構(gòu)建高精度三維模型；

數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)管理：系統(tǒng)支持在本地搭建局域網(wǎng)絡(luò)/公網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集端PC端到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的自動(dòng)化上傳、自動(dòng)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、自動(dòng)化高效解析。

數(shù)據(jù)安全：數(shù)據(jù)采用安全傳輸模式，儲(chǔ)存空間無限擴(kuò)容，保障用戶需求的同時(shí)保障數(shù)據(jù)安全。

溫室型高通量植物表型采集分析平臺(tái)-2維

溫室型高通量植物表型采集分析平臺(tái)-3維

溫室型高通量植物表型采集分析平臺(tái)-高光譜-玉米葉

*各成像單元測(cè)量參數(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域：

技術(shù)參數(shù)：

1）傳送系統(tǒng)

①傳送速度：13m/min，可根據(jù)需求調(diào)節(jié)

②定位精度：≤±2mm

③電子識(shí)別：RFID，用于對(duì)每盆植物進(jìn)行識(shí)別定位

2）可見光成像模塊：

3）高光譜成像模塊：

逆境模擬及植物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)是一套高通量，以多維度傳感器和人工智能算法為基礎(chǔ)的高精度環(huán)境監(jiān)測(cè)與表型鑒定系統(tǒng)，可以完成整個(gè)植物生長(zhǎng)周期中不同環(huán)境下的植物生長(zhǎng)關(guān)鍵表型因子的測(cè)量。連續(xù)獲取環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。并基于人工智能算法對(duì)獲取的多維度數(shù)據(jù)開展深度挖掘。

產(chǎn)品組成：

智能化栽培單元+流水線自動(dòng)化傳送單元+多維傳感融合圖像成像單元+邊緣計(jì)算與解析單元+數(shù)據(jù)管理單元

1）智能化栽培單元

環(huán)境因子監(jiān)測(cè)：利用土壤類、氣象類傳感器，連續(xù)監(jiān)控土壤水份、土壤溫度溫度、土壤鹽分、土壤PH、土壤氧氣、空氣溫濕度、二氧化碳濃度等；

智能化灌溉：可支持自定義設(shè)置周期性水肥計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉、施肥的定時(shí)、定量控制，可實(shí)施水分、養(yǎng)分、鹽分等因子的定向投放，模擬干旱、高鹽堿等逆境環(huán)境。

2）流水線自動(dòng)化傳送單元：

自動(dòng)化傳送：利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可自動(dòng)將植株從智能化栽培區(qū)域傳送至成像暗室；

自動(dòng)定位并識(shí)別：利用RFID射頻標(biāo)簽對(duì)每一盆植株進(jìn)行身份信息識(shí)別，植株移動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)自動(dòng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并自動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)設(shè)備的采集數(shù)據(jù)；

選配稱重模塊：樣品傳送過程中高精度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)重量的測(cè)定。

3）多維傳感融合圖像成像單元：

單箱體多成像單元一體化集成，成像暗室尺寸支持定制?？蛇x配可見光二維、可見光三維、高光譜等獨(dú)立成像模塊。高效實(shí)現(xiàn)對(duì)作物植株的高通量、多維度、自動(dòng)化實(shí)時(shí)采集。

可見光二維成像單元：獲取植株側(cè)視可見光圖像，并利用人工智能算法分析獲取株高、葉頂點(diǎn)數(shù)、投影面積等形態(tài)參數(shù)，黃色投影面積、綠色投影面積等顏色參數(shù)，以及平滑度等紋理參數(shù)，用于植株株型與健康狀態(tài)相關(guān)表型分析。

可見光三維成像單元：基于算法重構(gòu)高精度植物模型，基于模型獲取植物冠層覆蓋率、冠幅、生物量等參數(shù)，用于生物量變化與長(zhǎng)勢(shì)分析。

高光譜成像單元：基于植物光譜反射信息，可實(shí)現(xiàn)植物各部分光譜特征曲線的計(jì)算，以及光譜指數(shù)如NDVI、GVI等三十個(gè)常用植被指數(shù)的獲取，葉綠素含量、冠層氮含量等生物學(xué)參數(shù)的分析，用于解析植物組分含量變化、營(yíng)養(yǎng)狀況以及病害發(fā)生情況。

4）邊緣計(jì)算與解析單元：

系統(tǒng)采用全自研算法進(jìn)行可見光圖像與光譜圖像解析，可重構(gòu)植株高精度三維模型，對(duì)形態(tài)參數(shù)、顏色參數(shù)，生物量等進(jìn)行測(cè)定，并生成光譜反射曲線，自動(dòng)計(jì)算多種常見植被指數(shù)、葉綠素含量、氮含量等農(nóng)學(xué)生物學(xué)指標(biāo)?？筛鶕?jù)客戶需求，各模塊支持設(shè)計(jì)定制關(guān)聯(lián)模型，對(duì)特定類型脅迫響應(yīng)程度或病害等級(jí)進(jìn)行具體分析。

5）數(shù)據(jù)管理單元：

系統(tǒng)配備專業(yè)分析軟件，支持通過自建實(shí)驗(yàn)工程進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，可按不同成像單元進(jìn)行數(shù)據(jù)查看、分析和導(dǎo)出，便于根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)課題進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期數(shù)據(jù)管理。

應(yīng)用方向：

集成可見光二維、三維、高光譜多類型成像單元，采用全自研算法進(jìn)行可見光圖像與光譜圖像解析，可重構(gòu)植株高精度三維模型，對(duì)形態(tài)參數(shù)、顏色參數(shù)，生物量等進(jìn)行測(cè)定，并生成光譜反射曲線，自動(dòng)計(jì)算多種常見植被指數(shù)、葉綠素含量、氮含量等農(nóng)學(xué)生物學(xué)指標(biāo)。

可應(yīng)用于植物形態(tài)分析（篩選突變株、逆境處理下篩選抗逆種質(zhì)）、植物長(zhǎng)勢(shì)分析（分析突變體或特殊處理?xiàng)l件下植物生長(zhǎng)狀態(tài)變化）、植物營(yíng)養(yǎng)狀況分析（營(yíng)養(yǎng)高效種質(zhì)/突變體篩選、水肥利用率分析）、植物病害識(shí)別（感病處理下篩選抗病種質(zhì)）、植物葉綠素含量分析（植物生長(zhǎng)狀態(tài)表征、抗性種質(zhì)篩選）；可根據(jù)客戶需求，各模塊支持設(shè)計(jì)定制關(guān)聯(lián)模型，對(duì)特定類型脅迫響應(yīng)程度或病害等級(jí)進(jìn)行具體分析。

逆境模擬及植物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)-2維

逆境模擬及植物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)-3維

逆境模擬及植物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)-高光譜成像與指數(shù)分析結(jié)果