本发明专利技术涉及一种水耕栽培根际流场可视化装置及方法。水耕栽培根际流场可视化装置至少包括种植单元、图像获取组件和处理器。种植单元在种植区域设置有观测段。种植单元中混合有示踪粒子的营养液流经观测段形成流场。本发明专利技术利用图像获取组件通过激光显影的方式获取观测段的图像，并利用处理器对拍摄的流场图片进行分析，从而对不同流动状态下不同生长时期的植物个体进行表型观测，总结出不同营养液流动状态下的根系形态、植物生长、养分吸收之间的定量关系。本发明专利技术通过水耕栽培根际流场可视化装置对营养液流动状态和水培蔬菜生长进行定量描述。量描述。量描述。
【技术实现步骤摘要】
一种水耕栽培根际流场可视化装置及方法
[0001]本专利技术涉及水耕栽培
，尤其涉及一种水耕栽培根际流场可视化装置及方法。
技术介绍
[0002]水耕栽培与智能温室或植物工厂相结合，能科学合理地控制植物生长所需的栽培环境条件，充分发挥植物的生产潜力。水耕栽培依靠人为控制的根际环境进行蔬菜生产，其调控适宜与否会直接反映在蔬菜产量和品质上，因此，相关从业者对水培营养液的理化环境的管理与调控极为重视。
[0003]水培营养液的流动状态(流场)受营养液流量和栽培容器以及根系摆动，这三个因素共同影响，流动状态复杂，用常规的测量方法很难定量描述。
[0004]公开号为CN114547498A的专利公开了一种基于B/S框架的水流二维流场仿真可视化方法及系统，所述方法包括：通过获取水流的水动力数值计算成果数据，将所述水动力数值计算成果数据转换为结构化数据，再将所述结构化数据映射到可视化平台,在模拟区域上生成用于展示水流演进过程的动态轨线，通过WebGL加速渲染技术，在网页端展示持续、动态、流畅、形象的水动力演进效果。
[0005]公开号为CN103422384B的专利公开了一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，包括有可视化锥形布浆器、可视化阶梯扩散器、可视化稳流室、可视化湍流发生器、可视化唇口室及稀释水供给系统，所述可视化锥形布浆器、可视化阶梯扩散器、可视化稳流室、可视化湍流发生器、可视化唇口室依次相接，组成箱体结构，且相邻两者之间的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，同时，该可视化锥形布浆器上设有稀释水注入口，稀释水供给系统通过稀释水管与该稀释水注入口相接。
[0006]现有技术如公开号为CN114547498A的专利公开了一种基于B/S框架的水流二维流场仿真可视化方法及系统，以及公开号为CN103422384B的专利公开了一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，虽然实现了流场的可视化，但未能将流场与植物生长结合，无法定量地描述植物所处营养液流场，无法总结出不同营养液流动状态下的根系形态、植物生长、养分吸收之间的定量关系。因此，需要对现有技术进行进一步改进，设计出一种水耕栽培根际流场可视化装置，以实时地观测水培营养液的流场情况，定量地描述植物所处营养液流场的涡度分布情况等，从而为水培容器内部的营养液流速、涡度分布以及根的受力情况提供分析依据，并且能够通过观测不同流动状态下不同生长时期的植物个体的表型，总结出不同营养液流动状态下的根系形态、植物生长、养分吸收之间的定量关系。
[0007]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
[0008]水培与土培不同的是水培的栽培基质(营养液)可以流动，植物具有能够感知外界刺激并做出响应的能力。根是与营养液接触的主要植物器官，营养液的流动也可以看作是对根的一种机械刺激，可引发根系的接触形态建成。根是植物吸收养分的重要器官，若其形态发生变化，会对植物养分吸收造成影响，进而影响植物生长。所以调查营养液理化环境尤其是流动状态对根的生长和形态的影响，对于弄清营养液根际环境对植物生长的影响非常必要。
[0009]营养液流动状态对水培蔬菜生长的影响逐渐受到关注。但营养液流动状态与水培蔬菜生长之间的定量描述方法及其影响机理仍未解明，致使现有水培技术中通过调节营养液流量的方法不具备普适性。
[0010]现有水培技术中调节营养液流量以促进水培植物生长的方法，大多在既有种植设施的基础上进行试错，以获得促进水培植物生长的较佳营养液流量，但当既有种植设施的结构发生改变时，原较佳营养液流量不一定适配现有种植设施，需要重新进行试错，以获得促进水培植物生长的较佳营养液流量。
[0011]每当种植设施的结构发生改变时，都需要重新试错以设置最佳流量，而每次试错都需要通过根据植物的生长状况判断植物生长是否受到促进，单次试错时长常常在数日至数十日之间，这种方法耗时耗力，因此，调节营养液流量以促进水培植物生长的方法发展受限，在植物工厂中更多的是通过调节光照、湿度、温度、二氧化碳含量等既有定量参数以促进植物生长。
[0012]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种水耕栽培根际流场可视化装置，所述水耕栽培根际流场可视化装置至少包括种植单元、图像获取组件和处理器。所述种植单元在种植区域设置有观测段。所述种植单元中混合有示踪粒子的营养液流经所述观测段形成流场。所述图像获取组件通过激光显影的方式获取观测段的流场图像。所述处理器对所述流场图片进行分析。优选地，所述处理器解析出的信息至少包括植物根的受力情况、流场的涡度分布。优选地，所述种植单元中流淌的营养液混合着示踪粒子。优选地，所述示踪粒子在水中的密度与水相近。
[0013]本专利技术通过水耕栽培根际流场可视化装置对营养液流动状态和水培蔬菜生长进行定量描述。
[0014]优选地，本专利技术通过图像获取组件以激光显影的方式获取观测段的图像，并利用所述处理器从所述图像中解析出至少包括植物根的受力情况、流场的涡度分布在内的信息，从而对不同流动状态下不同生长时期的植物个体进行表型观测，总结出不同营养液流动状态下的根系形态、植物生长、养分吸收之间的定量关系。
[0015]优选地，通过所述可视化装置总结出不同营养液流动状态下的根系形态、植物生长、养分吸收之间的定量关系后，在水培时，仅需以流场图像为判断依据，调节营养液流量，使得植物根际流场达到指定流场即可，无需在每次改变种植设施结构时，重新试错以设置最佳流量。
[0016]根据一种优选实施方式，所述观测段顶部设置有用于安置种植板的缺口。水耕栽培所用的营养液流经所述观测段，在所述种植板下方形成水耕栽培根际流场。
[0017]优选地，种植板设置在所述观测段上方，并且所述种植板底部刷黑。当图像获取组
件通过激光显影的方式获取观测段的图像时，所述种植板可以阻挡光照，使得流场中的示踪粒子仅在激光照射下显影，从而准确表征当前流量的营养液产生的流场。
[0018]根据一种优选实施方式，所述图像获取组件至少包括摄像头和照明组件。所述照明组件以线光源照明的方式照射所述观测段。所述摄像头获取所述观测段受所述照明组件照射的平面的图像。
[0019]优选地，所述照明组件以线光源照明的方式照射所述观测段，使得处于受照射平面上的示踪粒子得以显像，所述摄像头获取显像后的示踪粒子图像，由于所述示踪粒子在水中的密度与水相近，示踪粒子的运动状态可以反映营养液的运动状态，从而实现水耕栽培根际流场可视化。
[0020]根据一种优选实施方式，所述照明组件包括照明激光光源，转换器和反射镜。所述激光光源发出的光经所述转换器转换成线光源，所述线光源经所述反射镜折射后照射至所述观测段。
[0021]优选地，所述线光源经所述反本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水耕栽培根际流场可视化装置，其特征在于，所述水耕栽培根际流场可视化装置至少包括种植单元(110)、图像获取组件(120)和处理器(130)；所述种植单元(110)在种植区域设置有观测段(111)，所述种植单元(110)中混合有示踪粒子(150)的营养液流经所述观测段(111)形成流场；所述图像获取组件(120)通过激光显影的方式获取观测段(111)的流场图像；所述处理器(130)对拍摄的流场图片进行分析，其中，所述处理器(130)分析出的信息至少包括植物根的受力情况、流场的涡度分布。2.根据权利要求1所述的水耕栽培根际流场可视化装置，其特征在于，所述观测段(111)顶部设置有用于安置种植板(112)的缺口，水耕栽培所用的营养液流经所述观测段(111)，在所述种植板(112)下方形成水耕栽培根际流场。3.根据权利要求1或2所述的水耕栽培根际流场可视化装置，其特征在于，所述图像获取组件(120)至少包括摄像头(121)和照明组件(122)，所述照明组件(122)以线光源照明的方式照射所述观测段(111)，所述摄像头(121)获取所述观测段(111)受所述照明组件(122)照射的平面的图像。4.根据权利要求1～3任一项所述的水耕栽培根际流场可视化装置，其特征在于，所述照明组件(122)包括照明激光光源(101)，转换器(102)和反射镜(103)；所述激光光源(101)发出的光经所述转换器(102)转换成线光源，所述线光源经所述反射镜(103)折射后照射至所述观测段(111)。5.根据权利要求1～4任一项所述的水耕栽培根际流场可视化装置，其特征在于，所述种植单元(110)还设置有变频电机(113)，流量表(114)，注水段(115)；所述变频电机(113)用于调节所述种植单元(110)中营养液的流量；所述流量表(114)用于采集所述种植单元(110)中营养液的流量；所述注水段(115)用于向所述种植单元(110)...
【专利技术属性】
技术研发人员：白音巴特尔，杨其长，袁昕，海龙，
申请(专利权)人：中国农业科学院都市农业研究所，
类型：发明
国别省市：
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