作物耗水规律表型监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及作物生长监测技术领域，提供了一种作物耗水规律表型监测系统及方法，作物耗水规律表型监测系统，包括运动控制机构、表型监测机构、测控机构和蒸渗仪机构；作物耗水规律表型监测方法，包括如下步骤：步骤一，采集作物的表型信息；步骤二，上位机和控制器联合控制龙门移动；步骤三，蒸渗仪记录蒸散耗水量数据。实现蒸渗仪数据与表型数据结合，提高了作物耗水规律监测的准确性；通过龙门架移动监测，扩大了测量面积，调整测量速度及收集作物表型信息的频率，实现快速定位测量，便捷准确；系统扩展性强，集成度高，操作简单；本监测方法通过预设程序自动完成测试过程，测试过程快，准确度和精确度高。

【技术实现步骤摘要】
作物耗水规律表型监测系统及方法
本专利技术涉及作物生长监测
，特别是涉及一种作物耗水规律表型监测系统及方法。
技术介绍
现有监测技术中存在以下缺陷：(一)无人机遥感技术，测量粮食作物例如水稻、小麦等生物量信息，偏向于群体整体信息分析，同时对监测设备能耗、体积、重量有一定要求。(二)实验室单株多性状高通量测量，将植株放在暗箱中，利用多种成像方式获取表型信息，这种方法得到的表型信息较为准确，但是无法实现田地测量。在此基础上引入的自动化输送线，将农作物单独种植于花盆中，依次运送到实验室暗箱中测量，也不是真正意义上的田间测量。所处理的植株都是盆栽农作物，并不是真正意义上的田间高通测量，只是在实验室结构化环境下的近似逼近。(三)目前大型科研机构或跨国公司构建的高通量植物表型测试平台造价过高，大部分科研单位和公司都难以承受。(四)目前未有针对称重式蒸渗仪开发表型监测系统，难以将表型参数和蒸渗仪数据集成一体，未能将表型数据与作物需水状态关联，与实际应用还有一定距离。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种作物耗水规律表型监测系统及方法，以解决现有监测技术中难以将作物表型参数和蒸渗仪数据集成一体的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种作物耗水规律表型监测系统，包括运动控制机构、表型监测机构、测控机构和蒸渗仪机构，所述运动控制机构包括控制器和龙门架，所述表型监测机构设置在龙门架上；所述表型监测机构包括CCD图像接收元件、多光谱成像设备和激光扫描仪，均用以采集作物的图像信息；所述测控机构包括上位机，所述上位机与所述控制器连接，用以联合控制所述龙门架的移动，所述上位机分别与所述CCD图像接收元件、所述多光谱成像设备和所述激光扫描仪连接，用以收集并存储所述作物的图像数据信息；所述蒸渗仪机构包括蒸渗仪，所述蒸渗仪设置在地下工作室内，所述蒸渗仪对应的地面上设有种植所述作物的种植田，所述蒸渗仪与所述上位机连接。其中，所述CCD图像接收元件通过视频控制器与所述上位机连接。其中，所述多光谱成像设备为五目多光谱相机，所述五目多光谱相机设有五个滤光片，五个所述滤光片分别用以实时分离成红、绿、蓝、红边、近红外五个波段。其中，所述控制器为可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器通过伺服驱动器与电机连接。其中，所述可编程逻辑控制器连接人机交互界面，所述人机交互界面用以人工控制所述龙门架的移动。其中，所述龙门架安装在轨道上，所述电机安装在所述龙门架上，所述电机用以驱动所述龙门架沿所述轨道移动。其中，还包括气象站，所述气象站设于地面上并与所述上位机连接，用以采集空气温湿度、光照、风速、降雨量、大气压、总辐射数据信息。本专利技术还提供一种作物耗水规律表型监测方法，包括如下步骤：步骤一，CCD图像接收元件、多光谱成像设备和激光扫描仪每隔设定时间采集作物的表型信息，并传输至上位机；步骤二，上位机和控制器联合控制龙门架带动CCD图像接收元件、多光谱成像设备、激光扫描仪和上位机沿蒸渗仪机构的长度方向由蒸渗仪机构的一端移动至另一端；步骤三，蒸渗仪每隔设定时间记录蒸散耗水量数据，并传输至上位机。其中，所述步骤二中控制器连接人机交互界面，通过人机交互界面设置龙门架的移动参数。其中，还包括步骤四，地面设置气象站，采集空气温湿度、光照、风速、降雨量、大气压、总辐射数据信息，并传输至上位机。(三)有益效果本专利技术提供的一种作物耗水规律表型监测系统及方法，通过蒸渗仪和表型监测机构配合，实现蒸渗仪数据与表型数据结合，提高了作物耗水规律监测的准确性；通过龙门架移动监测，扩大了测量面积，调整测量速度及收集作物表型信息的频率，实现快速定位测量，便捷准确；系统扩展性强，集成度高，操作简单；本监测方法通过预设程序自动完成测试过程，测试过程速度快，准确度和精确度高。附图说明图1为本专利技术实施例作物耗水规律表型监测系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例作物耗水规律表型监测系统的控制器的工艺流程图；图3为本专利技术实施例作物耗水规律表型监测系统的上位机与各部件的连接示意图；图4为本专利技术实施例作物耗水规律表型监测系统的工作流程示意图。图中，1：龙门架；2：控制器；3：PC柜；4：激光扫描仪；5：CCD图像接收元件；6：多光谱成像设备；7：蒸渗仪；8：作物；9：轨道；10：气象站；11：上位机。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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。如图1所示，本专利技术实施例提供一种作物耗水规律表型监测系统，包括运动控制机构、表型监测机构、测控机构和蒸渗仪机构，运动控制机构包括控制器2和龙门架1，,表型监测机构设置在龙门架1上。其中，龙门架1包括两个滑动竖梁和一个横梁，横梁的两端分别与两个滑动竖梁的上端连接，表型监测机构设置在横梁上，控制器2安装在电机控制柜内，电机控制柜设置在地面上。两个滑动竖梁分别可移动的安装在两个对称布置在地面上的轨道9上，且两个滑动竖梁各自通过对应的电机驱动移动，实现龙门架1在轨道9上往复移动。其中，控制器2为可编程逻辑控制器(PLC)，本实施例中，控制器2选用DVP40EH00T3型号的PLC，工作电压为24VDC，由开关电源供给。如图2所示，PLC通过两个伺服驱动器一对一控制两个电机。本实施例中，伺服驱动器选用ASD-A2-2023-L型号，电机选用ECMA-E11320RS，伺服驱动器与电机的供电电压均为48VAC，由外接220VAC通过交流变压器进行转换连接。具体的，PLC传送信号至伺服驱动器，伺服驱动器通过输出占空比控制两个电机进行行进，电机带动龙门架1在相应轨道9上同步移动。其中，PLC连接人机交互界面，实现手动控制龙门架1开始、前进、后退、距离设置、电机转动频率、故障复位功能。在自动控制程序出现故障或需要微小变动，可以改为手动模式。进一步的，表型监测机构包括CCD图像接收元件5、多光谱成像设备6和激光扫描仪4，均用以采集作物的表型信息；测控机构包括上位机11，上位机11安装在PC柜3中，并固定在地面上。上位机11与控制器2连接，用以联合控制龙门架1的移动，上位机11分别与CCD图像接收元件5、多光谱成像设备6和激光扫描仪4连接，用以收集并存储作物8的表型信息。其中，如图3所示，本实施例中龙门架1的横梁上设置两个CCD图像接收元件5、两个多光谱成像设备6和两个激光扫描仪4，组成两组表型监测机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种作物耗水规律表型监测系统，其特征在于，包括运动控制机构、表型监测机构、测控机构和蒸渗仪机构，所述运动控制机构包括控制器和龙门架，所述表型监测机构设置在所述龙门架上；所述表型监测机构包括CCD图像接收元件、多光谱成像设备和激光扫描仪，均用以采集作物的图像信息；所述测控机构包括上位机，所述上位机与所述控制器连接，用以联合控制所述龙门架的移动，所述上位机分别与所述CCD图像接收元件、所述多光谱成像设备和所述激光扫描仪连接，用以收集并存储所述作物的图像数据信息；所述蒸渗仪机构包括多个蒸渗仪，所述蒸渗仪对应的地面上设有种植所述作物的种植田，所述蒸渗仪与所述上位机连接。

【技术特征摘要】
1.一种作物耗水规律表型监测系统，其特征在于，包括运动控制机构、表型监测机构、测控机构和蒸渗仪机构，所述运动控制机构包括控制器和龙门架，所述表型监测机构设置在所述龙门架上；所述表型监测机构包括CCD图像接收元件、多光谱成像设备和激光扫描仪，均用以采集作物的图像信息；所述测控机构包括上位机，所述上位机与所述控制器连接，用以联合控制所述龙门架的移动，所述上位机分别与所述CCD图像接收元件、所述多光谱成像设备和所述激光扫描仪连接，用以收集并存储所述作物的图像数据信息；所述蒸渗仪机构包括多个蒸渗仪，所述蒸渗仪对应的地面上设有种植所述作物的种植田，所述蒸渗仪与所述上位机连接。2.如权利要求1所述的作物耗水规律表型监测系统，其特征在于，所述CCD图像接收元件通过视频控制器与所述上位机连接。3.如权利要求1所述的作物耗水规律表型监测系统，其特征在于，所述多光谱成像设备为五目多光谱相机，所述五目多光谱相机设有五个滤光片，五个所述滤光片分别用以实时分离成红、绿、蓝、红边、近红外五个波段。4.如权利要求1所述的作物耗水规律表型监测系统，其特征在于，所述控制器为可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器通过伺服驱动器与电机连接。5.如权利要求4所述的作物耗水规律表型监测系统，其特征在于，所述可...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛绪掌，张馨，杜雅丽，张钟莉莉，郑文刚，成媛媛，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11