CN107436340A - 一种植物根冠一体化监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种植物根冠一体化监测系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及农业信息化技术领域，具体涉及一种植物根冠一体化监测系统及方法。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明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，本发明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，本发明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。

本发明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发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例中植物根冠一体化监测系统的结构示意图；

图2为本发明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为本发明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

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明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，本发明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，用于在所述数据处理控制装置20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20；

所述根系数据采集装置12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20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。

具体地，如图1所示，本发明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，数据处理控制装置20分别与数据采集装置10中的冠层数据采集装置11和根系数据采集装置12连接。其中，冠层数据采集装置11设置在待监测植物冠层四周，并在数据处理控制装置20的控制下采集待监测植物的冠层数据。根系数据采集装置12中包括微根管以及设置在微根管中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，以保证微根管中的根系数据采集模块能够在数据处理控制装置20的控制下，采集到待监测植物的根系数据，具体可以是待检测植物的根系图像数据。数据处理控制装置20与冠层数据采集装置11和根系数据采集装置12可以是有线连接也可以是无线连接，如蓝牙连接或无线网络连接，具体连接方式本发明实施例不作具体限定。数据处理控制装置20用于控制并接受冠层数据采集装置11和根系数据采集装置12采集待监测植物的冠层数据以及根系数据，并将接收到的冠层数据以及根系数据进行处理融合，以获得同一时间同一植物的冠层和根系数据，构建同一时间同一植物的根冠数据集，实现待监测植物的根冠一体化监测。

此外，所述数据处理控制装置20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。

即数据处理控制装置20可以控制微根管中的根系数据采集模块在微根管中上下移动，并且可以在微根管中360度转动，以使得根系数据采集模块可以采集待微根管四周待检测植物的根系数据如根系图像数据，提高根系数据采集的完整性和准确定。并且，根据需要数据处理控制装置20可以控制微根管中的根系数据采集模块采集根系数据的频率。

本发明实施例提供的植物根冠一体化监测系统，通过设置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。并利用数据处理控制装置对采集到的冠层数据和根系数据进行处理融合，获得同一植物同一时间对应的根冠数据集，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。

图2为本发明实施例中又一植物根冠一体化监测系统的结构示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，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。

具体地，如图2所示，微根管05竖直插入待监测植物根系所在的土壤中，在微根管05的顶部设置有防水帽07，并将根系数据采集模块06设置在微根管05的防水帽07的下方，避免雨雪天气雨水进入微根管05中影响根系数据采集模块06正常工作。可以理解的微根管05是透明的，以方便设置在其中的根系数据采集模块06采集到微根管05四周的根系图像数据。

本发明实施例提供的植物根冠一体化监测系统，通过在待监测植物生长的土壤中埋设微根管，并将根系数据采集模块设置到微根管中，可以在不破坏植物的前提下采集到植物的根系数据，并且，微根管中的根系数据采集模块可以连续工作，实现植物根系数据的实时采集，提高了植物根系数据采集的准确性。同时，配合冠层数据采集装置实时采集植物冠层数据，将冠层数据与根系数据进行处理融合，即可实现植物根冠监测的一体化。

在上述实施例的基础上，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。

具体地，如图2所示，冠层数据采集装置包括支撑装置03、传感器箱01和滑轨02。具体可以在待监测植物生长环境中设置支撑装置03，支撑装置03可以是矩形框架，包括至少4个支撑杆031和由支撑杆031支撑的支撑架032，当然，根据需要还可以将支撑装置03设置为其他形状，本发明实施例不作具体限定。在支撑装置03上搭载有滑轨02，滑轨02两端设置有滑块，通过滑块将滑轨02搭载到支撑装置03上。传感器箱01设置在滑轨02上，其中设置有多个传感器如：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等，传感器箱01在数据处理控制装置04的控制下在滑轨上移动，以采集待监测植物的冠层数据。其中，传感器箱01可以根据数据处理控制装置的控制进行运动，以采集支撑装置03范围内的待监测植物的冠层数据。

其中，支撑装置03的高度高于待监测植物的生长高度，具体可以高于待监测植物的生长高度的1米-5米范围内，保证数据获取范围和精度。此外支撑装置03具有一定的稳定性，还可以包含避雷装置，在传感器箱01的顶端可以放置一个水平的光照传感器用来实时监测光照信息。

此外，在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。

传感器箱02中不仅包括各个传感器，还包括电机以及电机控制器，以在数据处理控制装置04的控制下沿平行和/或垂直于滑轨02的方向移动。如图2所示，传感器箱01可以在数据处理控制装置04的控制下沿平行于滑轨02的方向移动，这样可以采集到平行于滑轨02的方向的待监测植物的冠层数据；传感器箱01还可以沿垂直于滑轨02的方向移动，即通过滑块带动滑轨02以及传感器箱01在支撑装置03的支撑架032上沿垂直于滑轨02的方向移动，以采集整个支撑装置范围内的待监测植物的冠层数据。

此外，数据处理控制装置04对传感器箱内各传感器进行数据采集控制，对根系图像获取模块进行位置和数据采集控制，上述控制功能可通过数据处理控制装置04内的软件模块实现各个传感器定时、定点的位置移动和数据采集。其中，数据处理控制装置04可是CPU或带有数据处理控制功能的单片机或其他芯片，本发明实施例不作具体限定。

本发明实施例提供的植物根冠一体化监测系统，通过在待监测植物的生长范围内设置支撑装置，在支撑装置上设置滑轨以及传感器箱，可以实时采集到支撑装置范围内的待监测植物的冠层数据，保证了冠层数据采集的范围、连续性和准确性。同时，配合根系数据采集装置采集到的待监测植物的根系数据，将冠层数据与根系数据进行处理融合，即可实现植物根冠监测的一体化。

图3为本发明实施例中植物根冠一体化监测的方法的流程示意图，如图3所示，本发明实施例提供的植物根冠一体化监测的方法包括：

S1、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；

S2、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；

S3、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。

具体地，通过数据处理控制装置可以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待监测植物的冠层数据，并控制设置在待监测植物的根系四周的根系数据采集装置采集待监测植物的根系数据。数据处理控制装置对采集到的冠层数据和根系数据进行数据处理融合，获取同一时间同一植物的根冠数据集，实现待监测植物的根冠一体化监测。

本发明实施例提供的植物根冠一体化监测方法，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。并利用数据处理控制装置对采集到的冠层数据和根系数据进行处理融合，获得同一植物同一时间对应的根冠数据集，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。

在上述实施例的基础上，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、根系结构参数以及植株根系位置信息；

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。

具体地，数据处理控制装置对同一时间采集到的冠层数据和根系数据进行处理分析，获取待监测植物冠层的植株形态数据即植株三维点云数据、根系结构参数以及植株根系位置信息。其中植株形态数据即植株三维点云数据主要是指植株的外形数据，如植物地面上部分的形状等，根系结构参数包括根长、根面积、节根生长速度等。根据采集到的通过点云分割、点云去噪、基于点云的网格重建构建待监测植物冠层的3D几何模型，并利用3D几何模型提取待监测植物的株型参数，其中株型参数包括株高、叶片数、叶面积等。3D几何模型包括待监测植物的冠层内植株的位置信息，根据冠层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株型参数和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。

本发明实施例提供的植物根冠一体化监测方法，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。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：利用时间序列方法获取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。

具体地，冠层数据采集装置和根系数据采集装置都可以连续实时的采集植物的冠层和根系数据，将采集到的数据利用时间序列法即按照数据的采集时间，将采集到的数据进行处理，可以获取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。实现待监测植物的整个生长周期内的根冠数据监测一体化。

在上述实施例的基础上，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。

具体地，因为冠层数据采集装置可以设置多个不同的传感器，不同的传感器采集到的冠层数据不同，在构建出待监测植物冠层的3D几何模型后，利用传感器箱即冠层数据采集装置的位置信息以及作物群体的特征信息，通过位置配准，将冠层数据采集装置中不同传感器采集到的数据加载到3D几何模型的各面元网格上，实现3D面元信息的融合。再利用3D面元信息融合后的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，即提取待监测植物不同位置的株型参数的多源信息，提高了株型参数获取的准确性，进一步提高了植物根系监测的准确性。

其中，根冠一体化信息融合的具体方法如下：

(1)3D面元尺度的信息融合：利用上述冠层数据采集装置即传感器箱中的3D激光雷达所获取的地上部各植株形态数据，通过点云分割、点云去噪、基于点云的网格重建构建各植株的3D几何模型。各植株3D几何模型由网格面元组成，称为3D面元。利用各植株的3D几何模型提取植物的主要株型参数，如株高、叶片数、叶面积等。在此基础上，将其他传感器所获取的可见光图像、多光谱和高光谱图像、热红外图像等通过位置配准(利用传感器箱的位置信息、作物群体的特征信息)加载到所构建的3D几何模型的各面元网格上。即实现了3D面元尺度的多源数据的整合，可开展三维空间的多源数据差异性分析。

以可见光图像在3D面元加载为例说明3D面元尺度信息融合方法：通过传感器箱的位置信息使得所获得的作物群体点云信息和可见光图像对应，可见光图像以纹理坐标的方式与利用点云所构建的作物各植株3D几何模型面元对应，对于遮挡部分通过已知区域的插值得到被遮挡面元上的图像纹理信息。对于多光谱、高光谱和热红外图像而言，其精度较可见光图像低，各3D面元上仅取一个对应后的平均值即可。

3D面元信息融合后的3D几何模型中的作物群体，可通过查找不同植株器官或器官上不同位置的面元，得到该位置的图像纹理信息、不同光谱的强度、高光谱强度、热红外强度等，即可获得植物的株型参数。

(2)根冠一体化数据整合：利用根系图像获取模块所获取的作物根系连续图像信息，提取作物根系的结构参数，如根长、根面积、节根生长速度等；上述地上部各植株3D几何模型包含位置信息，用于与微根管位置做对应，结合地上部对应植株的形态结构所提取的株型参数(包括株高、叶片数、叶面积等)，即可得到某时刻完整的作物根冠一体化结构参数信息集，进一步利用时间序列方法可得到作物生长整个生育期的根冠一体化数据集。

本发明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。

以上所描述的装置以及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

Claims (10)

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。

7.一种使用上述1-6任一项所述的系统进行植物根冠一体化监测的方法，其特征在于，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。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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、根系结构参数以及植株根系位置信息；

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。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，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。

10.根据权利要求8-9任一项所述的方法，其特征在于，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。