一种植物根冠一体化监测系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了植物根冠一体化监测系统及方法，该系统包括：数据采集装置和数据处理控制装置，数据采集装置包括冠层数据采集装置和根系数据采集装置；冠层数据采集装置设置在待监测植物的冠层四周，用于采集待监测植物的冠层数据；根系数据采集装置包括微根管和设置在微根管内部的根系数据采集模块，微根管设置在待监测植物的根系四周，用于采集待监测植物的根系数据；数据处理控制装置将接收到的冠层数据和根系数据进行处理，获取同一时间同一植物的根冠数据集。该方法为该系统的使用方法。本发明专利技术实施例提高了植物根冠监测的准确性，实现了植物根冠数据同步采集和根冠监测一体化。

A plant root and crown integrated monitoring system and method

The embodiment of the invention provides the plant root integrated monitoring system and method, the system includes a data acquisition device and data processing device, data acquisition device includes a canopy root data acquisition device and data acquisition device; data acquisition device is arranged in the canopy to canopy around the plant canopy for monitoring, data collection for monitoring plant; the data acquisition device comprises a root minirhizotron and set up in the micro root canal internal root data acquisition module, micro tube is arranged in the root to root around the plant root system for monitoring, data acquisition monitoring plant; data processing control device receives the data and root canopy data processing, to obtain the same time the root shoot data set. This method is the use of the system. The embodiment of the invention improves the accuracy of plant root crown monitoring, and realizes the integrated data collection of plant root and crown and the integration of root and crown monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种植物根冠一体化监测系统及方法
本专利技术实施例涉及农业信息化
，具体涉及一种植物根冠一体化监测系统及方法。
技术介绍
作物表型信息连续监测是作物育种与生产管理决策的重要内容。作物根系是作物生长的重要组成部分，但由于田间环境复杂多变，作物形态结构复杂，地下部根系因土壤遮挡监测难度大，作物根冠一体化表型信息的连续监测一直是作物表型信息获取难以解决的问题之一，尤其是作物生长的中后期。现有技术中，进行植物根冠表型监测的方法主要有以下几种：(1)为实现作物根冠一体化的连续监测，研究者通过水培或透明介质培养的方式栽培作物，可对作物的根系和植株实现连续的数据获取，但这种方法仅适合于作物生长初期，无法反映作物在田间的实际生长情况。(2)植物表型工厂：植物表型数据获取是近年来作物科学研究的热点问题，国内外研究机构和企业研发了多种高通量植物表型数据获取装置，但植物工厂仅能获取可控环境下栽培的作物地上部表型数据，无法实现根系和地上部信息的同步连续获取。(3)田间破坏性取样：为了实现作物根系和地上部结构信息的同步获取，通过破坏性取样的方式对目标植株取样后，分别获取地上部和根系的形态结构数据实现，但这种方法效率低，且不具有连续性。(4)野外型高通量植物表型平台可以高通量对大田中的农作物进行自动表型成像的系统。它可以在长40m、宽10m、高6m的范围内对植物进行表型分析。这种方法主要采集的也是植物在地上冠层的数据，无法实现根冠一体化同步数据采集。因此，如何提出一种方案，能够提高植物根冠监测的准确性，进一步实现植物根冠数据同步采集，实现植物根冠监测一体化，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供了一种植物根冠一体化监测系统及方法。一方面，本专利技术实施例提供了一种植物根冠一体化监测系统，包括：数据采集装置和数据处理控制装置，其中所述数据采集装置包括冠层数据采集装置和根系数据采集装置；所述冠层数据采集装置设置在待监测植物的冠层四周，并与所述数据处理控制装置连接，用于在所述数据处理控制装置的控制下采集所述待监测植物的冠层数据，并将所述冠层数据发送至所述数据处理控制装置；所述根系数据采集装置包括微根管和设置在所述微根管内部的根系数据采集模块，所述微根管设置在所述待监测植物的根系四周，所述根系数据采集模块与所述数据处理控制装置连接，用于将采集到的所述待监测植物的根系数据发送至所述数据处理控制装置；所述数据处理控制装置将接收到的所述冠层数据和所述根系数据进行处理，获取同一时间同一植物的根冠数据集，实现所述待监测植物的根冠一体化监测。进一步地，所述数据处理控制装置具体用于控制所述根系数据采集模块在所述微根管中上下移动和转动，以使得所述根系数据采集模块采集所述微根管四周所述待监测植物的根系数据。进一步地，所述微根管竖直插入所述待监测植物的根系所在的土壤中，且所述微根管的顶部设置有防水帽，相应的所述根系数据采集模块设置在所述微根管的防水帽下方。进一步地，所述冠层数据采集装置包括支撑装置、传感器箱和滑轨，所述支撑装置设置在所述待监测植物的生长范围内，所述支撑装置的高度高于所述待监测植物的生长高度；所述滑轨通过滑块搭载在所述支撑装置上，所述传感器箱设置在所述滑轨上，其中设置有多个传感器，用于根据所述数据处理控制装置的控制采集所述待监测植物的冠层数据。进一步地，所述传感器箱中设置有电机以及电机控制器，用于控制并带动所述传感器箱平行和/或垂直于所述滑轨方向移动。进一步地，所述传感器箱中设置有三维雷达传感器、可见光图像获取传感器、热红外成像传感器、多光谱和高光谱成像传感器。另一方面，本专利技术实施例提供一种植物根冠一体化监测的方法，包括：通过控制设置在待监测植物冠层四周的冠层数据采集装置采集所述待监测植物的冠层数据；通过控制设置在所述待监测植物的根系四周的根系数据采集装置采集所述待监测植物的根系数据；通过数据处理控制装置对采集到的所述冠层数据和所述根系数据进行数据处理，获取同一时间同一植物的根冠数据集，实现所述待监测植物的根冠一体化监测。进一步地，所述通过数据处理控制装置对采集到的所述冠层数据和所述根系数据进行数据处理融合包括：所述数据处理控制装置对同一时间采集到的所述冠层数据和所述根系数据进行处理分析，获取所述待监测植物冠层的植株三维点云数据、根系结构参数以及根系位置信息；根据所述植株三维点云数据，通过点云分割、点云去噪、基于点云的网格重建构建所述待监测植物冠层的3D几何模型，并利用所述3D几何模型提取所述待监测植物的株型参数，所述3D几何模型包括所述待监测冠层内植株的位置信息；根据所述冠层内植株的位置信息和植株根系位置信息，将同一时间同一待监测植物对应的所述株型参数和所述根系结构参数构建出根冠一体化结构参数信息集，实现所述待监测植物的根冠一体化监测。进一步地，所述方法还包括：利用时间序列方法获取所述待监测植物生长整个生育期的根冠一体化结构参数信息集。进一步地，所述方法还包括：构建出所述待监测植物冠层的3D几何模型后，利用所述冠层数据采集装置的位置信息，将所述冠层数据采集装置中不同传感器采集到的数据加载到所述3D几何模型的各面元网格上，实现3D面元信息的融合；根据所述3D面元信息融合后的所述3D几何模型，通过面元位置检索提取所述待监测植物不同位置的多源信息。本专利技术实施例提供的植物根冠一体化监测方法及系统，通过控制冠层数据采集装置和根系数据采集装置，同时采集植物的冠层数据和根系数据，实现了植物根冠数据同步采集，提高了植物根冠数据监测的准确性。并利用冠层数据采集装置采集到的冠层数据，构建出植物的3D几何模型，根据该3D几何模型可以准确的获取到植物地上部分的株型参数，结合根系数据采集装置采集到的植物的根系数据，获得植物的根系结构参数。将株型参数和根系结构参数进行处理，构建出同一时间同一植物的根冠一体化结构参数信息集，完成待监测植物的根冠数据同步监测，实现了植物根冠监测一体化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中植物根冠一体化监测系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例中又一植物根冠一体化监测系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例中植物根冠一体化监测的方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例中植物根冠一体化监测系统的结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供的植物根冠一体化监测系统包括：数据采集装置10和数据处理控制装置20，其中所述数据采集装置10包括冠层数据采集装置11和根系数据采集装置12；所述冠层数据采集装置11设置在待监测植物的冠层四周，并与所述数据处理控制装置20连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物根冠一体化监测系统，其特征在于，包括：数据采集装置和数据处理控制装置，其中所述数据采集装置包括冠层数据采集装置和根系数据采集装置；所述冠层数据采集装置设置在待监测植物的冠层四周，并与所述数据处理控制装置连接，用于在所述数据处理控制装置的控制下采集所述待监测植物的冠层数据，并将所述冠层数据发送至所述数据处理控制装置；所述根系数据采集装置包括微根管和设置在所述微根管内部的根系数据采集模块，所述微根管设置在所述待监测植物的根系四周，所述根系数据采集模块与所述数据处理控制装置连接，用于将采集到的所述待监测植物的根系数据发送至所述数据处理控制装置；所述数据处理控制装置将接收到的所述冠层数据和所述根系数据进行处理，获取同一时间同一植物的根冠数据集，实现所述待监测植物的根冠一体化监测。

【技术特征摘要】
1.一种植物根冠一体化监测系统，其特征在于，包括：数据采集装置和数据处理控制装置，其中所述数据采集装置包括冠层数据采集装置和根系数据采集装置；所述冠层数据采集装置设置在待监测植物的冠层四周，并与所述数据处理控制装置连接，用于在所述数据处理控制装置的控制下采集所述待监测植物的冠层数据，并将所述冠层数据发送至所述数据处理控制装置；所述根系数据采集装置包括微根管和设置在所述微根管内部的根系数据采集模块，所述微根管设置在所述待监测植物的根系四周，所述根系数据采集模块与所述数据处理控制装置连接，用于将采集到的所述待监测植物的根系数据发送至所述数据处理控制装置；所述数据处理控制装置将接收到的所述冠层数据和所述根系数据进行处理，获取同一时间同一植物的根冠数据集，实现所述待监测植物的根冠一体化监测。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理控制装置具体用于控制所述根系数据采集模块在所述微根管中上下移动和转动，以使得所述根系数据采集模块采集所述微根管四周所述待监测植物的根系数据。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微根管竖直插入所述待监测植物的根系所在的土壤中，且所述微根管的顶部设置有防水帽，相应的所述根系数据采集模块设置在所述微根管的防水帽下方。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冠层数据采集装置包括支撑装置、传感器箱和滑轨，所述支撑装置设置在所述待监测植物的生长范围内，所述支撑装置的高度高于所述待监测植物的生长高度；所述滑轨通过滑块搭载在所述支撑装置上，所述传感器箱设置在所述滑轨上，其中设置有多个传感器，用于根据所述数据处理控制装置的控制采集所述待监测植物的冠层数据。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述传感器箱中设置有电机以及电机控制器，用于控制并带动所述传感器箱平行和/或垂直于所述滑轨方向移动。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述传感器箱中设置有三维雷达...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭新宇，温维亮，杜建军，王传宇，樊江川，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11