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原文传递作物田间表型高通量监测系统及监测方法

专利名称：	作物田间表型高通量监测系统及监测方法
摘要：	本发明涉及作物田间表型监测技术领域，公开了一种作物田间表型高通量监测系统及监测方法，其中作物田间表型高通量监测系统包括无人机平台、行走机器人平台和服务器，无人机平台设置有第一通讯模块和第一冠层表型数据监测子系统，第一通讯模块与服务器无线通讯连接，第一冠层表型数据监测子系统用于从空中获取待测田间植物的冠层顶部表型数据；行走机器人平台上设置有第二通讯模块和第二冠层表型数据监测子系统，第二通讯模块与服务器无线通讯连接，第二冠层表型数据监测子系统用于从地上获取待测田间植物的冠层内部表型数据。该作物田间表型高通量监测系统高了表型高通量监测的效率和精度，具有使用简便、测量精确、监测范围广的优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京农业信息技术研究中心
发明人：	郭新宇;王传宇;温维亮;吴升
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910752964.4
公开号：	CN110487730A
代理机构：	北京路浩知识产权代理有限公司
代理人：	魏雪梅
分类号：	G01N21/25(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100097 北京市海淀区曙光花园中路11号农科大厦A座1107
主权项：	1.一种作物田间表型高通量监测系统，包括无人机平台，其特征在于，还包括行走机器人平台和服务器，所述无人机平台设置有第一通讯模块和电连接于所述第一通讯模块的第一冠层表型数据监测子系统，所述第一通讯模块与所述服务器无线通讯连接，所述第一冠层表型数据监测子系统用于从空中获取待测田间植物的冠层顶部表型数据；所述行走机器人平台上设置有第二通讯模块和电连接于所述第二通讯模块的第二冠层表型数据监测子系统，所述第二通讯模块与所述服务器无线通讯连接，所述第二冠层表型数据监测子系统用于从地上获取所述待测田间植物的冠层内部表型数据。 2.根据权利要求1所述的作物田间表型高通量监测系统，其特征在于，所述第一冠层表型数据监测子系统包括可见光图像传感器，所述可见光图像传感器用于获取所述待测田间植物的顶部图像的颜色与纹理信息；所述无人机平台还包括电连接于所述第一通讯模块的第一GPS定位传感器，所述第一GPS定位传感器用于获取所述待测田间植物的地理位置信息。 3.根据权利要求2所述的作物田间表型高通量监测系统，其特征在于，所述无人机平台还设置有第一导航运动模块，所述第一导航运动模块电连接于所述第一通讯模块和所述第一GPS定位传感器，以根据获取的规划路径信息执行飞行作业。 4.根据权利要求2所述的作物田间表型高通量监测系统，其特征在于，所述第一冠层表型数据监测子系统还包括多光谱传感器和3D激光雷达传感器，所述多光谱传感器用于获取所述待测田间植物的生理表型信息；所述3D激光雷达传感器用于获取所述待测田间植物的3D点云，进行植物形态三维重建，获取形态结构表型信息。 5.根据权利要求1所述的作物田间表型高通量监测系统，其特征在于，所述第二冠层表型数据监测子系统包括半球图像采集器、环境传感器和作物节单位表型采集器，所述半球图像采集器用于获取所述待测田间植物的冠层结构参数，所述环境传感器用于获取待测农田的环境指标；所述作物节单位表型采集器包括支撑旋转机构、具有开口的传感器支架以及多个固接于所述传感器支架的图像传感器，所述图像传感器的镜头朝向所述开口；所述支撑旋转机构的基座连接于所述行走机器人平台，所述支撑旋转机构的输出转轴沿水平方向固接于所述传感器支架。 6.根据权利要求1所述的作物田间表型高通量监测系统，其特征在于，所述行走机器人平台还设置有第二GPS定位传感器和电连接于所述第二GPS定位传感器的第二导航运动模块；所述第二GPS定位传感器和所述第二导航运动模块均电连接于所述第二通讯模块，以根据获取的规划路径信息执行田间移动作业。 7.根据权利要求6所述的作物田间表型高通量监测系统，其特征在于，所述行走机器人平台还设置有避障雷达，所述避障雷达电连接于所述第二导航运动模块。 8.一种利用如权利要求1至7中任一项所述的作物田间表型高通量监测系统的监测方法，其特征在于，包括：无人机平台执行飞行监测作业，采集待测田间植物的冠层顶部表型数据，行走机器人平台执行田间移动作业，采集所述待测田间植物的冠层内部表型数据；基于所述待测田间植物的冠层顶部表型数据，服务器计算出植物的冠层三维结构，基于所述待测田间植物的冠层内部表型数据，服务器校正所述冠层三维结构的重建精度；对所述待测田间植物的冠层顶部表型数据和所述待测田间植物的冠层内部表型数据进行数据融合，计算出植物表型参数在所述冠层中的三维分布情况。 9.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于，在所述无人机平台执行飞行监测作业之前，还包括：无人机平台执行飞行探测作业，通过可见光图像传感器和第一GPS定位传感器，获取整个待测农田的图像；对所述整个待测农田的图像上的像素点的GPS坐标进行双线性插值计算，得到每个所述像素点的地理位置；基于每个所述像素点的地理位置以及预设的采集计划，服务器计算得到信息采集点并生成规划路径。 10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，所述无人机平台执行飞行监测作业，采集待测田间植物的冠层顶部表型数据，行走机器人平台执行田间移动作业，采集所述待测田间植物的冠层内部表型数据，进一步包括：所述无人机平台根据获取的所述规划路径信息执行飞行监测作业，记录飞行采集时间及第一GPS位置信息，通过多光谱传感器获取所述待测田间植物的生理表型信息，通过3D激光雷达传感器获取所述待测田间植物的形态结构表型信息，通过可见光图像传感器获取所述待测田间植物的顶部图像的颜色与纹理信息；所述行走机器人平台根据获取的所述规划路径信息执行田间移动作业，逐一运动到所述信息采集点，记录移动采集时间及第二GPS位置信息，通过半球图像采集器获取所述待测田间植物的冠层结构参数，通过图像传感器和避障雷达定位所述待测田间植物的茎秆，通过作物节单位表型采集器获取所述待测田间植物的节单位信息。 11.根据权利要求10所述的监测方法，其特征在于，无人机平台多次执行飞行监测作业，行走机器人平台多次执行田间移动作业，基于不同的飞行采集时间和移动采集时间，生成所述待测田间植物的表型动态空间构型和时间变化序列。
所属类别：	发明专利