CN105737740A - 植物株高田间测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种植物株高田间测量装置与方法，包括：桁架滑动模块，桁架滑动模块与桁架连接；相机，相机设置在桁架滑动模块上；升降导柱，升降导柱的一端与桁架滑动模块连接；升降电机，升降电机设置在桁架滑动模块上；株高测量模块，升降导柱穿设于株高测量模块，株高测量模块通过传送绳与升降电机连接。本发明的有益效果如下：1、采用可以调节的夹持机构，可以自适应收拢植株，保持植株垂直；2、采用两个光电传感器，分别确定调整位置和终止位置，配合CCD成像系统，自动调整植株位置到最佳测量状态；3、桁架带动株高测量模块进行田间测量，可以实现大批量株高测量；4、测量具有精度高、效率高的特点，操作简单、应用前景广阔。

Description

植物株高田间测量装置与方法

技术领域

本发明涉及农业仪器技术领域，具体地说是田间植物株高的自动化测量装置与方法。

背景技术

植物株高是体现作物长势的重要指标。一方面，田间管理者需要及时并准确的掌握植株生长状况，采取适当的措施保证植物健康生长。另一方面，在农作物育种过程中，需要获取株高等表型信息，与基因信息相联系，为培育显著优良表型的作物提供参考。

目前植物株高的测量方法多为人工测量。测量工具主要包括直刻度尺、折叠卷尺等。测量过程繁琐，携带不便，效率低下。特别是植株高度高于测量人身高时，读数困难，产生很大误差。

特别在育种研究中，需要获取大量样本的株高数据。人工测量费时费力，数据质量参差不齐。近些年，高通量无损测量平台出现，一定程度上解决了大批量测量的问题。如国外的lemnaTec公司设计的植物表型参数测量系统，国内的华中科技大学设计的全自动高通量无损检测盆栽水稻表型参数系统。但是，这些系统大多针对盆栽植物，是在实验室结构化环境下工作，并不是真正意义上的大田测量，造价昂贵，很难大规模推广。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种效率高，操作简单的植物株高田间测量装置与方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种植物株高田间测量装置与方法，包括：桁架滑动模块，所述桁架滑动模块与桁架连接；相机，所述相机设置在所述桁架滑动模块上；升降导柱，所述升降导柱的一端与所述桁架滑动模块连接；升降电机，所述升降电机设置在所述桁架滑动模块上；株高测量模块，所述升降导柱穿设于所述株高测量模块，所述株高测量模块通过传送绳与所述升降电机连接；其中所述株高测量模块包括：夹持手滑块，所述升降导柱穿设于所述夹持手滑块，所述夹持手滑块通过所述传送绳与所述升降电机连接；夹持板底板，所述夹持板底板通过所述调节组件与所述夹持手滑块连接；夹持机构，所述夹持机构设置在所述夹持板底板上；传感器组件，所述传感器组件分别设置在所述夹持机构与所述夹持手滑块上。

优选地，所述夹持机构包括相互连接的开合组件及夹持组件。

优选地，所述夹持组件包括左夹持手及右夹持手，所述左夹持手及所述右夹持手的一端通过转动副连接在所述夹持板底板上；所述开合组件与所述左夹持手及所述右夹持手连接。

优选地，所述开合组件包括：夹持手滑移块，所述夹持手滑移块设置在所述左夹持手及所述右夹持手的一侧；左连杆，所述左连杆的两端分别与所述夹持手滑移块及所述左夹持手转动连接；右连杆，所述右连杆的两端分别与所述夹持手滑移块及所述右夹持手转动连接；开合电机，所述开合电机设置在所述夹持板底板上，所述夹持手滑移块通过开合丝杆与所述开合电机连接。

优选地，所述调节组件包括：调节电机，所述调节电机设置在所述夹持手滑块上；调节丝杆，所述调节丝杆的两端分别与所述调节电机及所述夹持板底板连接。

优选地，所述传感器组件包括测距传感器、第一光电传感器及第二光电传感器；其中所述测距传感器设置在所述夹持手滑块上；所述第一光电传感器及所述第二光电传感器设置在所述夹持机构上，所述第一光电传感器及所述第二光电传感器呈上下布置。

优选地，在左夹持手上设有凹槽，所述凹槽的位置与所述右夹持手相对应。

优选地，所述相机为电荷耦合元件相机。

一种植物株高田间测量方法，包括如下步骤：

步骤1，在植株旁设置植物株高田间测量装置；

步骤2，桁架控制桁架滑动模块带动所述植物株高田间测量装置到达植株的上方；

步骤3，利用传动绳带动夹持组件沿着升降导柱下降，到达所述植株根部；

步骤4，所述夹持组件夹住所述植株，株高测量模块沿着所述升降导柱上升直至第一光电传感器位置，顶视CCD相机拍照，计算机分析，得到植株顶部位置；

步骤5，根据植株顶部位置自动移动并收拢夹持手，保持植株的垂直状态，继续上升，直到达到第二光电传感器位置；

步骤6：测距传感器工作，测量并得到所述植株的株高信息，并将所述株高信息传送到计算机并储存。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、采用可以调节的夹持机构，可以自适应收拢植株，保持植株垂直；

2、采用两个光电传感器，分别确定调整位置和终止位置，配合CCD成像系统，自动调整植株位置到最佳测量状态；

3、桁架带动株高测量模块进行田间测量，可以实现大批量株高测量；

4、测量具有精度高、效率高的特点，操作简单、应用前景广阔。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明植物株高田间测量装置结构示意图；

图2为本发明植物株高田间测量装置株高测量模块结构示意图；

图3为本发明植物株高田间测量方法的流程图。

图中：

1-电荷耦合元件相机2-桁架滑动模块3-升降电机

4-升降导柱5-传动绳6-测距传感器

7-夹持手滑块8-夹持手底板9-右夹持手

10-左夹持手11-左连杆12-右连杆

13-第二光电传感器14-夹持手滑移块15-第一光电传感器

16-开合电机17-开合丝杆18-调节丝杆

19-调节电机

具体实施方式

下面采用具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明植物株高田间测量装置，包括电荷耦合元件相机1、桁架滑动模块2、升降电机3、开合电机16、调节电机19、升降导柱4、开合导柱17、调节导柱18、传动绳5、测距传感器6、夹持手滑块7、夹持手底板8、右夹持手9、左夹持手10、左连杆11、右连杆12、第二光电传感器13、第一光电传感器15、夹持手滑移块14。通过桁架带动株高测量模块，利用夹持组件(左夹持手10和右夹持手9)与CCD成像模仿人的动作收拢植物，自动测量株高，以解决田间植物株高的大批量测量。

根据植物的位置信息，桁架自动带动株高测量模块移动到每株植物上方。电荷耦合元件相机1布置在株高测量模块上方，固定在桁架滑动模块2上。电荷耦合元件相机1与计算机相连，采集到的顶部照片通过软件自动分析。电荷耦合元件相机1及升降导柱4均固定于桁架滑动模块2，通过桁架控制运动；测距传感器6固定在夹持手滑块7上，用于测量植株顶部终止位置与地面的距离，即株高。第一光电传感器15和第二光电传感器13呈上下布置，固定在夹持组件(左夹持手10和右夹持手9)之上。上端的第一光电传感器15确定调整位置，下端的第二光电传感器13确定终止位置，减少植株倾斜带来的测量误差。左夹持手10中间部分有凹槽，可以与右夹持手9相配合，使夹持手开合的范围更大，用于更有效的夹持植株。

如图2所示，左夹持手10和右夹持手9通过转动副连接，并在对称位置分别与左连杆11、右连杆12相连，左连杆11和右连杆1的2另一端固定在夹持手滑移块14上。夹持手滑移块14通过开合丝杆17与开合电机16连接，用于控制左连杆11和右连杆12对称的开合。夹持板底板8通过调节丝杆与调节电机19相连，用于控制夹持手底板8的移动。

在实际应用时，株高测量模块通过绳传动，沿着升降导柱4升降，如图3所示。

植株在田间定点种植，桁架控制株高测量装置到达每株植物上方。传动绳5带动夹持手滑块7及夹持手底板8沿着升降导柱4下降，到达植物根部。左夹持手10和右夹持手9通过左连杆11和右连杆12在丝杠螺母副的控制下收拢植物，随后上升。第一光电传感器15和第二光电传感器13上下布置，用来确定调整位置(第一光电传感器15位置)与终止位置(第二光电传感器13位置)。电荷耦合元件相机1与计算机相连。当夹持组件(左夹持手10和右夹持手9)运动到调整位置，计算机处理电荷耦合元件相机1采集到的植株顶端照片，得到顶端位置。根据顶端位置自动移动并收拢左夹持手10和右夹持手9，保持植株的垂直状态，继续上升，直到达到终止位置。测距传感器6记录此时的株高，保存并显示。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种植物株高田间测量装置，其特征在于，包括：

桁架滑动模块，所述桁架滑动模块与桁架连接；

相机，所述相机设置在所述桁架滑动模块上；

升降导柱，所述升降导柱的一端与所述桁架滑动模块连接；

升降电机，所述升降电机设置在所述桁架滑动模块上；

株高测量模块，所述升降导柱穿设于所述株高测量模块，所述株高测量模块通过传送绳与所述升降电机连接；其中

所述株高测量模块包括：

夹持手滑块，所述升降导柱穿设于所述夹持手滑块，所述夹持手滑块通过所述传送绳与所述升降电机连接；

夹持板底板，所述夹持板底板通过所述调节组件与所述夹持手滑块连接；

夹持机构，所述夹持机构设置在所述夹持板底板上；

传感器组件，所述传感器组件分别设置在所述夹持机构与所述夹持手滑块上。

2.根据权利要求1所述的植物株高田间测量装置，其特征在于，所述夹持机构包括相互连接的开合组件及夹持组件。

3.根据权利要求2所述的植物株高田间测量装置，其特征在于，所述夹持组件包括左夹持手及右夹持手，所述左夹持手及所述右夹持手的一端通过转动副连接在所述夹持板底板上；所述开合组件与所述左夹持手及所述右夹持手连接。

4.根据权利要求3所述的植物株高田间测量装置，其特征在于，所述开合组件包括：

夹持手滑移块，所述夹持手滑移块设置在所述左夹持手及所述右夹持手的一侧；

左连杆，所述左连杆的两端分别与所述夹持手滑移块及所述左夹持手转动连接；

右连杆，所述右连杆的两端分别与所述夹持手滑移块及所述右夹持手转动连接；

开合电机，所述开合电机设置在所述夹持板底板上，所述夹持手滑移块通过开合丝杆与所述开合电机连接。

5.根据权利要求1所述的植物株高田间测量装置，其特征在于，所述调节组件包括：

调节电机，所述调节电机设置在所述夹持手滑块上；

调节丝杆，所述调节丝杆的两端分别与所述调节电机及所述夹持板底板连接。

6.根据权利要求1所述的植物株高田间测量装置，其特征在于，所述传感器组件包括测距传感器、第一光电传感器及第二光电传感器；其中

所述测距传感器设置在所述夹持手滑块上；所述第一光电传感器及所述第二光电传感器设置在所述夹持机构上，所述第一光电传感器及所述第二光电传感器呈上下布置。

7.根据权利要求3或4所述的植物株高田间测量装置，其特征在于，在左夹持手上设有凹槽，所述凹槽的位置与所述右夹持手相对应。

8.根据权利要求1所述的植物株高田间测量装置，其特征在于，所述相机为电荷耦合元件相机。

9.一种植物株高田间测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在植株旁设置权利要求1至8中任一项所述的植物株高田间测量装置；

步骤2，桁架控制桁架滑动模块带动所述植物株高田间测量装置到达植株的上方；

步骤3，利用传动绳带动夹持组件沿着升降导柱下降，到达所述植株根部；

步骤4，所述夹持组件夹住所述植株，株高测量模块沿着所述升降导柱上升直至第一光电传感器位置，顶视CCD相机拍照，计算机分析，得到植株顶部位置；

步骤5，根据植株顶部位置自动移动并收拢夹持手，保持植株的垂直状态，继续上升，直到达到第二光电传感器位置；

步骤6：测距传感器工作，测量并得到所述植株的株高信息，并将所述株高信息传送到计算机并储存。