【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业种植研究领域，具体地涉及一种半限根栽培葡萄根系监控系统及研究方法。
技术介绍
1、葡萄限根栽培是利用物理或生态的方式将根系控制在一定的容积内，通过控制根系生长来调节地上部的营养生长和生殖生长，从而提早成熟、提高果实产量和品质的一种栽培模式。半限根栽培是在限根栽培基础上，使果树根系的一部分生长于底部开放的限根池中，另一部分生长于开放区域。半限根栽培对葡萄的地下部管理不同于传统的露地栽培和限根栽培，了解限根池中和地下开放区域根系的生长和分布规律对于葡萄果实品质调控具有重要意义。
2、为进一步研究半限根栽培模式下不同容积、不同开放区域大小以及其他相关因素对植株根系生长的影响，并依据根系情况判断其对地上植株的影响，需要对植物的根系进行监控，以获得植物根系生长更为全面的数据。而因根系生长在土壤中，不便于直接观察，现有的挖掘法、网袋法、微根管法等根系测量方法无法在不影响植物根系生长的情况下对植物的根系进行监控，无法获得长期的根系生长数据。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足或缺陷，本专利技术提供一种半限根栽培葡萄根系监控系统及研究方法，通过对植物根系生长全过程保持无损伤检测，获取根系生长的全面数据，将不同因素对根系生长的影响以更全面的数据表达，辅助实验获得更为准确的数据，提高实验的准确性。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种半限根栽培葡萄根系监控系统，包括：
3、数据采集模块，包括地质雷达、温度传感器、湿度传感器，实时获取根系
4、数据处理模块，对数据采集模块获取的根系数据进行预处理，输出根系特征数据；所述根系特征数据包括根系长度、根径、根系温度、根系湿度等。
5、通过设置数据采集模块和数据处理模块相互配合，将采集到的根系数据经过预处理变为更加直观可视化的数据。对于地质雷达，将地质雷达获得的电磁波数据进行预处理，使得地质雷达的电磁波数据转变为根系信息，包括但不限于根系具体具体截面信息，根系位置分布信息，方便直接了解植物根系情况。对于温度传感器和湿度传感器，通过标明多个不同传感器的位置信息，将各个位置与相应的温湿度数据匹配，从而获得根系各区域的温湿度数据，实现根系多层深度监控，数据更为精准。
6、进一步地，所述地质雷达包括若干探测线，所述探测线以网格化布局设置在根系周围，获取地质雷达电磁波数据；所述数据处理模块根据所述地质雷达电磁波数据反演根系三维特征。首先根据探测需要筛选不同探测深度的探测线，根据葡萄根系生长的特征与探测线的有效探测深度，在对应的开放区域设置网格化的探测方式，通过均布探测线的形式，形成探测网格，记录每根探测线的位置作为坐标，方便统筹地质雷达电磁波数据形成根系整体形状和生长位置信息数据。
7、进一步地，所述数据处理模块对所述地质雷达电磁波数据进行预处理，所述预处理至少包括：
8、电磁波数据信号预处理，包括对电磁波的数字滤波、去噪和自动增益等；通过上述操作获取雷达波图像和补偿后的雷达波信号；
9、基尔霍夫变换，获取目标探测物的截面信息，构建地质雷达电磁波信号衰减与根系特征之间关系；对获得数值信息进行基尔霍夫迁移处理，获取截面信息；
10、希尔伯特变换，结合基尔霍夫变换获取的截面信息判断目标探测物是否为根系，获取根系剖面信息；对图像信息进行希尔伯特变换，获取截面信息，对比基尔霍夫迁移处理得到的电磁波谱图像，选定该区域作为植物根系区域。
11、进一步地，所述地质雷达获取地质雷达电磁波数据前校正地质雷达参数。地质雷达的参数矫正应当在使用前完成，可以通过设置参照物，或者直接参照地下水的水位，对地质雷达的介电常数和天线参数进行矫正。
12、进一步地，所述数据处理模块将获取的温度和湿度的历史数据输入神经网络模型，得到根系状况和温度-湿度曲线，通过数据曲线拟合判定根系生长状态。通过神经网络使得根系状况充分逼近真实值，有利于在不破开土壤的情况下提高检测的准确性，充分了解根系生理表型。
13、进一步地，所述数据采集模块还包括土壤坚实度测试仪，所述土壤紧实度测试仪包括多个测试头，获取紧实度数据；所述数据处理模块将获取的紧实度数据输入神经网络模型，得到根系生长状况和土壤坚实度曲线。通过了解土壤的紧实度，可以进一步了解植物根系的通气情况，根系对于不同坚实度的土壤的穿透情况等数据，一方面可以加入到根系生长情况中了解根系的生长曲线，另一方面可以作为单独的研究根系生长与土壤坚实度之间的相互作用关系。
14、应用本专利技术上述技术方案一种半限根栽培葡萄根系监控系统，具有如下效果：
15、该监控系统，设置地质雷达，区别于现有的挖掘法、微根管法等根系测量方法，可无损伤地全域获取根系形状、大小数据，且能够保持实时监控，不会阻碍根系的正常生长，有利于获取根系全过程生长情况数据。
16、设置温度传感器和湿度传感器，能够帮助了解生长过程中根系呼吸作用、吸收能力等情况，对根系的数据进行全面的获取，确定根系的活性，排除烂根、死根，有利于研究根系生长过程中的形态和生理表型。
17、设置有土壤坚实度测试仪，有利于获取土壤坚实度情况，从而判定土壤通气情况，同时也能判断根系生长趋势，是否在紧实土壤中穿插生长和锚定，有利于研究不同因素作用下，根系应对紧实胁迫的能力，并作为相关因素考虑到对后期果实成熟的影响中，提高研究的准确性。
18、本专利技术另一方面还提供一种半限根栽培葡萄研究方法，包括以下步骤：
19、步骤s1，准备限根池，开放限根池的一侧；对限根池进行网格区域划分，准备葡萄树苗；准备控根器；
20、步骤s2，在控根器内准备基质，将准备好的葡萄树苗栽种在控根器内；将栽种在控根器内的葡萄树苗放置到限根池中；在限根池中设置权利要求1-6中任意一项所述的半限根栽培葡萄根系监控系统；
21、步骤s3，对葡萄树进行栽培，采收果实，获取果实数据；通过所述半限根栽培葡萄根系监控系统按划分的网格区域实时获取根系相关数据。
22、研究过程中，基于研究对象设置不同的变量，并可将最终的结果按获取果实的数据来表达出，依据果实数据判断各变量的影响因子，有利于简化实验研究的结果表达，帮助分析各变量的影响程度，提高对变量与研究结果相关度的了解，有利于得出更为精确的实验结果。
23、进一步地，所述步骤s1中对不同的葡萄树苗进行标记；所述步骤s3中，对获取的根系数据按标记分成若干根系数据组，将根系数据组打包输入第一模型中，拟合根系生长指数；将获取的果实数据按标记分成若干果实数据组，将果实数据组打包输入第二模型中，拟合果实生长指数；输出根系生长指数-果实生长指数曲线。通过根系生长指数和果实生长指数拟合而出的曲线，直观地表达根系生长过程与果实生长过程的相关度情况，有利于更为直观了解地上作物与地下根生长之间的关系，并为种植作物提供指导。
24、进一步地，所述根系数据至少包括温度、湿度、根径、长度等；所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半限根栽培葡萄根系监控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述地质雷达包括若干探测线，所述探测线以网格化布局设置在根系周围，获取地质雷达电磁波数据；所述数据处理模块根据所述地质雷达电磁波数据反演根系三维特征。
3.根据权利要求2所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述数据处理模块对所述地质雷达电磁波数据进行预处理，所述预处理至少包括：
4.根据权利要求3所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述地质雷达获取地质雷达电磁波数据前校正地质雷达参数。
5.根据权利要求1所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述数据处理模块将获取的温度和湿度的历史数据输入神经网络模型，得到根系状况和温度-湿度曲线，通过数据曲线拟合判定根系生长状态。
6.根据权利要求1或5所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述数据采集模块还包括土壤坚实度测试仪，所述土壤紧实度测试仪包括多个测试头，获取紧实度数据；所述数据处理模块将获取的紧实度数据输入神经网络模型，
7.一种半限根栽培葡萄研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述步骤S1中对不同的葡萄树苗进行标记；所述步骤S3中，对获取的根系数据按标记分成若干根系数据组，将根系数据组打包输入第一模型中，拟合根系生长指数；将获取的果实数据按标记分成若干果实数据组，将果实数据组打包输入第二模型中，拟合果实生长指数；输出根系生长指数-果实生长指数曲线。
9.根据权利要求8所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述根系数据至少包括温度、湿度、根径、长度等；所述第一模型为机器学习模型，其中，所述机器学习模型由输入多组特征数据和多组输出层数据训练得到，所述特征数据包括根系数据，所述输出层数据包括根系生长指数。
10.根据权利要求8所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述果实数据至少包括葡萄果实穗重、粒重、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C等；所述第二模型为机器学习模型，其中，所述机器学习模型由输入多组特征数据和多组输出层数据训练得到，所述特征数据包括果实数据，所述输出层数据包括果实生长指数。
...【技术特征摘要】
1.一种半限根栽培葡萄根系监控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述地质雷达包括若干探测线，所述探测线以网格化布局设置在根系周围，获取地质雷达电磁波数据；所述数据处理模块根据所述地质雷达电磁波数据反演根系三维特征。
3.根据权利要求2所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述数据处理模块对所述地质雷达电磁波数据进行预处理，所述预处理至少包括：
4.根据权利要求3所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述地质雷达获取地质雷达电磁波数据前校正地质雷达参数。
5.根据权利要求1所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述数据处理模块将获取的温度和湿度的历史数据输入神经网络模型，得到根系状况和温度-湿度曲线，通过数据曲线拟合判定根系生长状态。
6.根据权利要求1或5所述的半限根栽培葡萄根系监控方法，其特征在于，所述数据采集模块还包括土壤坚实度测试仪，所述土壤紧实度测试仪包括多个测试头，获取紧实度数据；所述数据处理模块将获取的紧实度数据输入神经网络模型，得到根系生长状况和土壤坚实...
【专利技术属性】
技术研发人员：向江，程建徽，魏灵珠，郑婷，吴江，任建杰，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：
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