CN116341786A - 一种基于可控农业的植物繁育管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可控农业的植物繁育管理系统及方法，涉及植物繁育领域。该管理系统包括：育种管理模块、营养液管理模块、环境管理模块和繁殖管理模块；育种管理模块用于对种株的培育和筛选进行管理；营养液管理模块根据植物种类，配比营养液；环境管理模块用于管理种株发育环境和植物生长环境，维持环境的稳态；繁殖管理模块计算植物的重量变化；本发明通过维持种株培养环境的稳态，为植株生长提供了一个可控稳定的环境，设计了营养液输入水流速度，降低了对植株的影响；利用植株质量计算方法，在不改变植株环境的情况下计算得到当前生长周期的植株重量，通过计算种粒重量的变化，优选种粒质量高的植株进行培育优选。
Description
技术领域
本发明涉及植物繁育领域，具体为一种基于可控农业的植物繁育管理系统及方法。
背景技术
可控农业是一种将设施农业和数字农业融合的农业产业发展模式，运用设施和科技手段，来控制农业生产环境，使得农业环境相对可控，改变农业靠天吃饭的困局，传统农业生产水平低，产量受到自然条件影响大，可控农业让设施适配作物、让数字赋能设施，实现农业产业化系统化，降低了自然环境对农业生产的影响，体现了在发展科技体系下的农业生产现代化稳定高产的优势；提供了改造传统农业，转变农业发展方式的有效解决方案；
植物繁殖是指植物繁衍后代、延续物种，通过无性繁殖、孢子繁殖和有性繁殖等方式产生新个体，在自然界中，植物繁殖是随机的，通过环境作用和自身作用进行繁殖，呈现无序性；植物繁殖法利用各种人工措施有目的地获取各种所需植物的方法，而植物繁育不仅对植物进行有目的地繁育，同时在后期培养过程中，进行生长培养，使得植株完整表达出性状，并不断地选种处理繁育，得到想要的特定性状的植株，并量化繁殖；
植物的种子种株培育一直是现代农业发展的重心，对种子种株进行优选培育，以繁育出高产量、抗倒伏，具备各种优点的农作物植株一直是农业生产追求的目标；目前，对种子的培育通常由大型农业科技型企业进行，培养方式从微生物层面到田野杂交实验各具优势和劣势，但在培养过程中，对植株生长环境的控制量化不够精细，对植株性状和种株之间联系的研究不够密切，需要加强对生长环境的控制，做更具针对性的研判。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于可控农业的植物繁育管理系统及方法来解决上述背景技术中提出的问题，通过量化控制植株的生长环境，监测植株的表达性状，对植物繁育进行管理监控，得到植物繁育时期的精细数据。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案，一种基于可控农业的植物繁育管理系统，该管理系统包括：育种管理模块、营养液管理模块、环境管理模块和繁殖管理模块；
所述育种管理模块用于对种株的培育和筛选进行管理，对种株进行编号追踪；所述营养液管理模块根据植物种类，配比营养液，并定时定量向培养环境输送营养液；所述环境管理模块用于设置种株发育环境和植物生长环境，控制环境的变化，量化环境标准，维持环境的稳态；所述繁殖管理模块用于监测植物的生长周期，计算植物的重量变化，研究植物生长周期的重量变化关系；
通过对植物种株的选择编号，优选了进行培养的植物，并且编号追踪，使得数据可溯源，实现了精细量化，繁育全过程数据化；根据植物品种配比特定的营养液，保持营养液的动态稳定，拟配合适的营养液输送策略，使得各植物周围环境的营养液浓度相同，营养液水位不变；模拟植物生长环境，管理生长环境，并量化操控环境变化，标准化环境数据，消除环境不可控变量，使得植物繁育培种更加可控，消除了无关因素的影响；所述繁殖管理模块通过监测管理植物生长全过程，比对同批次植物的生长差异性，优选出更符合目标性状的特定植物，并比较不同培育条件下的植物生长态势，进行植物对比优选，通过对营养液和植物的监测计算，得到不同生长周期下，植物的重量，避免了移栽对植物生长的影响，同时得到植物周期性的数据；通过数据分析的方式，选择更靠近目标植物性状的植物进行下一代繁育；
进一步的，所述育种管理模块包括种株选育单元、种株筛选单元和编号单元；所述种株选育单元选择目标培育植物种株的品种，并在同一品种同一批次的种株中，检测种株大小，进行重量的比较，称重精度控制在小数点后两位，并选择重量相同的种株进行同批次的培育，框选种株特定分枝，计算种粒，并按照重量进行分类，将重量相同的种株种株进行同批次培育，并记录本批次培育种株的重量；所述种株筛选单元检测种株的完整度，检测种株表皮是否存在霉点，外表皮面是否完整，并剔除存在问题的种株，进一步筛选，提高同一批次种株良种率；所述编号单元对经过筛选的种株进行编号，根据种株种类、日期、相似度、重量和批次进行特异性编号，使得每颗种株的编号唯一；
进一步的，所述营养液管理模块包括配比单元、水量监测单元和输送管理单元；所述配比单元根据培养的植物的种类，选择营养物质，按照比例系数，进行营养液物质的配比，并根据营养液中物质的性质，选择合适的营养液的配置手段，包括搅拌、加热、研磨等方法，所述水量监测单元监测排入培养环境的营养液的质量，并记录初次排入培养环境的营养液的水位，并实时监测营养液水位的变化，即时将水位波动情况传给输送管理单元；所述输送管理单元将根据水位波动和营养液浓度变化，选择输送策略，维持营养液环境的稳态，并将每次输送的营养液数量和营养液浓度记录，以备后期分析；
进一步的，所述环境管理模块包括光照控制单元、温度控制单元、湿度控制单元和环境数据管理单元；所述光照控制单元用于控制培养环境里光照条件，选择光照灯的种类，控制光照灯的强度和光照时长，如打开紫外线灯，设定紫外线灯的光照强度和时长进行培养环境的消毒处理；所述温度控制单元监测培养环境的室温，并通过空气循环系统恒定温度，同时设定培养环境不同区域的局部温度，按照植物的生长喜好属性进行温度的设定；所述湿度控制单元设定环境标准湿度，利用湿度传感器监测培养环境的空气湿度，若当前湿度过低，利用加湿器进行加湿，若当前湿度过高，打开设备的除湿功能，直到环境的空气湿度回到环境标准湿度；所述环境数据管理单元收集设备的环境数据，包括光照数据、温度数据和湿度数据，并记录每次环境操作的操作时间、操作时长和操作类别；
进一步的，所述繁殖管理模块包括重量计量单元、植物形态监测单元、生长周期监测单元和比对单元；所述重量计量单元根据环境输入输出和环境重量的变化，计算植物的重量；所述植物形态监测单元利用摄像仪，监测植物繁育目的性状的表达；所述生长周期监测单元根据植物不同生长周期的特定性状表达，判断植物当前处于的生长周期；所述对比单元根据监测得到的数据，进行同一批次的繁育植物的对比，比较植物生长态势，对比优选出符合培养目标的植株。
一种基于可控农业的植物繁育管理方法，包括以下步骤：
S1、选育相似良种，框选种株特定分枝，计算种株的种粒数量；
S2、进行营养液环境操作，维持营养液环境稳态，计算输入营养液浓度和质量，并定期换水；
S3、控制光照条件和温度湿度变化，计量培养环境中营养液的溶液蒸发量，植物的蒸发蒸腾量；
S4、判断植株所处生长周期，计算不同生长周期时植株的重量，检测当前生长周期植物框选分枝的种粒数量，进行优选培育；
进一步的，在步骤S1中，称量单株种株的重量，选择重量相同的种株，重量计量精度在小数点后两位，对同等重量的种株进行筛选，选择外表皮完整且没有霉点的种株，剔除掉褐变和枯黄的种株，将筛选后的植株进行编号并培育；在培育的过程中，将同批次筛选植株放在同一培养环境进行培育，并按照固定间隔排列，在不遮挡光照灯光线直射的前提下，进行间隔距离的确定；在种株栽培后，利用高分辨率摄像仪捕捉每个植株相同部位的分枝，计算分枝上垂挂的种粒的数量，并进行数据的记录存储，利用图像处理进行种粒计算的步骤如下：
S101、利用CenterNet模型，对目标区域进行定位，并建立框选窗口，捕捉特定分枝，框选窗口的边界线由下式定义：
其中Cm是检测矩阵，不改变向量的大小，(l，h)是宽度和长度的尺寸预测，(Ox，Oy)是中心点预测，(σx，σy)是偏移量预测；通过抬高框选窗口的距地位置进行垂直高度的选定，在镜头抬高过程中进行扫描，扫描得到植株的同时，寻找在垂直高度上不触及确定边界框的植株分枝，在扫描得到后进行框定确认，若框定水平面该植株分枝两端触及边界线，则抬高镜头继续扫描；若不存在可框定植株分枝，则压缩框选窗口的宽度，镜头下移，框定分枝；
S102、基于感受野的失真，融入特征选择模块，自适应地聚合不同尺寸的方向和长宽信息；使用不同卷积核的旋转卷积提取属性；引入注意力机制，融合特征，在特征通道上concat，归一化选择权重，最后输出特征，扩张特征；
S103、获取对象注意力过滤器，其中Am是学习样本的卷积核权重，Tm是动态滤波生成器，μ是滤波器的参数集，Fin是输入参数；进行卷积计算，优化特征，基于计算优化得到分类预测
其中P是卷积计算得到的基本特征，∈是控制细化范围的常数，分类模型改进了模型对基本特征的自适应；
S104、基于分类检测得到的图像处理结果，输出框选窗口内的位置信息和框选窗口内的种粒数量，并根据每个特征框的大小输出种粒的体积为Vj，种粒数量输出为PLj。
进一步的，在步骤S2中，管理培养环境中的营养液质量，配比营养液并输入，维持营养液的稳态；植株在繁育过程中，吸收营养液中的物质和水分，营养液浓度和水位发生变化，利用传感器监测营养液中物质的浓度变化和营养液总量的变化，并根据变化量计算输入营养液的质量和浓度，维持培养环境的营养液的恒定，根据植物生长规律，进行定期换水，水温与室温保持一致；在对水培植株进行营养液输送时，必须保证输送的营养液不对植株产生冲击，对水培植株的换水间隔通过检测营养液的浑浊程度确定，在换水前记录此时营养液的浓度和质量，配比同等浓度的营养液，加热到室温输入至培养环境；控制流入速度，使得流入营养液不对植株产生冲击，同时尽快完成换水。
进一步的，在步骤S3中，控制光照条件和温度湿度变化，计量培养环境中营养液的溶液蒸发量；不同植株需要的光照强度和温度湿度不完全相同，如瓜类和茄果类需要强光照；葱蒜类以及结球甘蓝根茎类需要中等光照，绿叶类蔬菜需要弱光照，根据植株的类别控制种植区域的光照强度，并根据植物种类和生长周期确定光照时数；此外，调整照明灯的光质，调整绿红橙光和蓝紫光的照射时长，以提升绿色植物的光合作用效率；对温度湿度进行调整，维持温度湿度环境的稳态，并根据植物状态调节温度湿度的设定值；计算植物的蒸发蒸腾量和营养液水面的蒸发量；引入公式计算植物的蒸发蒸腾量：
其中x是常数值，根据实际情况拟合，通常取0.408，δ是饱和水气压曲线的斜率，R是作物表面的净辐射量，γ是湿度仪器的计数，为常值，pe是空气的饱和水汽压，pf是实际水汽压；计算得到植物的蒸发蒸腾量；对营养液溶液蒸发量进行计算：
其中Tav是平均温度，A是常值，E0是蒸发能力，S是光照强度的数值，将植物的蒸发蒸腾量和营养液溶液的蒸发量相加，得到总的蒸发蒸腾量
EA＝Ew+Ep
计算得到总的蒸发量，用于后续计算植物生长的质量。
进一步的，在步骤S4中，判断植株所处生长周期，计算不同生长周期时植株的重量，检测当前生长周期植物框选分枝的种粒数量，进行优选培育；对植株生长的重量进行计算；种株在进入培养环境前可进行称重，在培养过程中的植株重量计算如下,获取种株的初始重量，定义为Wal，每次营养液输入的质量In，则当前植株的重量为
对植物重量的计算不受时间空间限制，可在植物生长周期内任意时间点得到植物重量的数据；再次通过图像识别确认框选窗口内的种粒数量，数量为PLj，体积为Vj，种子的密度为ρ，根据种粒的大小和数量框选窗口内所有种粒的重量，
WpL＝PLj*ρ*Vj
比较种株时期和当前生长周期的植物框选窗口内的种粒质量变化，按照成长的态势和植物质量进行综合考虑，根据种粒质量相对植株质量的变化速度，判断植株上种粒的生长情况，进行优选植株进行培育，
B值越大，说明种粒相对整个植株而言，重量增长更快，种粒质量越好，选择B值大的植株种粒以进行优选培育。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明通过维持种株培养环境的稳态，为植株生长提供了一个可控稳定的环境，保证了植株生长不受其余因素影响，使得植株在繁育优选过程中性状表达不被外界因素干扰，并维持了营养液的动态平衡，保证了营养供给，并设计了营养液输入水流速度，降低了对植株的影响；在环境设计中，考虑到植株移栽对植株生长的影响，利用植株质量计算方法，在不改变植株环境的情况下仍然能够实时计算得到当前生长周期的植株重量，并进行分枝上种粒的框选，通过计算种粒重量的变化，优选种粒质量高的植株进行培育优选。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种基于可控农业的植物繁育管理系统的模块组成示意图；
图2是一种基于可控农业的植物繁育管理方法的步骤流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例1：一种基于可控农业的植物繁育管理系统，如图1所示，该管理系统包括：育种管理模块、营养液管理模块、环境管理模块和繁殖管理模块；
所述育种管理模块用于对种株的培育和筛选进行管理，对种株进行编号追踪；所述营养液管理模块根据植物种类，配比营养液，并定时定量向培养环境输送营养液；所述环境管理模块用于设置种株发育环境和植物生长环境，控制环境的变化，量化环境标准，维持环境的稳态；所述繁殖管理模块用于监测植物的生长周期，计算植物的重量变化，研究植物生长周期的重量变化关系；
通过对植物种株的选择编号，优选了进行培养的植物，并且编号追踪，使得数据可溯源，实现了精细量化，繁育全过程数据化；根据植物品种配比特定的营养液，保持营养液的动态稳定，拟配合适的营养液输送策略，使得各植物周围环境的营养液浓度相同，营养液水位不变；模拟植物生长环境，管理生长环境，并量化操控环境变化，标准化环境数据，消除环境不可控变量，使得植物繁育培种更加可控，消除了无关因素的影响；所述繁殖管理模块通过监测管理植物生长全过程，比对同批次植物的生长差异性，优选出更符合目标性状的特定植物，并比较不同培育条件下的植物生长态势，进行植物对比优选，通过对营养液和植物的监测计算，得到不同生长周期下，植物的重量，避免了移栽对植物生长的影响，同时得到植物周期性的数据；通过数据分析的方式，选择更靠近目标植物性状的植物进行下一代繁育；
所述育种管理模块包括种株选育单元、种株筛选单元和编号单元；所述种株选育单元选择目标培育植物种株的品种，并在同一品种同一批次的种株中，检测种株大小，进行重量的比较，称重精度控制在小数点后两位，并选择重量相同的种株进行同批次的培育，框选种株特定分枝，计算种粒，并按照重量进行分类，将重量相同的种株种株进行同批次培育，并记录本批次培育种株的重量；所述种株筛选单元检测种株的完整度，检测种株表皮是否存在霉点，外表皮面是否完整，并剔除存在问题的种株，进一步筛选，提高同一批次种株良种率；所述编号单元对经过筛选的种株进行编号，根据种株种类、日期、相似度、重量和批次进行特异性编号，使得每颗种株的编号唯一；
所述营养液管理模块包括配比单元、水量监测单元和输送管理单元；所述配比单元根据培养的植物的种类，选择营养物质，按照比例系数，进行营养液物质的配比，并根据营养液中物质的性质，选择合适的营养液的配置手段，包括搅拌、加热、研磨等方法，所述水量监测单元监测排入培养环境的营养液的质量，并记录初次排入培养环境的营养液的水位，并实时监测营养液水位的变化，即时将水位波动情况传给输送管理单元；所述输送管理单元将根据水位波动和营养液浓度变化，选择输送策略，维持营养液环境的稳态，并将每次输送的营养液数量和营养液浓度记录，以备后期分析；
所述环境管理模块包括光照控制单元、温度控制单元、湿度控制单元和环境数据管理单元；所述光照控制单元用于控制培养环境里光照条件，选择光照灯的种类，控制光照灯的强度和光照时长，如打开紫外线灯，设定紫外线灯的光照强度和时长进行培养环境的消毒处理；所述温度控制单元监测培养环境的室温，并通过空气循环系统恒定温度，同时设定培养环境不同区域的局部温度，按照植物的生长喜好属性进行温度的设定；所述湿度控制单元设定环境标准湿度，利用湿度传感器监测培养环境的空气湿度，若当前湿度过低，利用加湿器进行加湿，若当前湿度过高，打开设备的除湿功能，直到环境的空气湿度回到环境标准湿度；所述环境数据管理单元收集设备的环境数据，包括光照数据、温度数据和湿度数据，并记录每次环境操作的操作时间、操作时长和操作类别；
所述繁殖管理模块包括重量计量单元、植物形态监测单元、生长周期监测单元和比对单元；所述重量计量单元根据环境输入输出和环境重量的变化，计算植物的重量；所述植物形态监测单元利用摄像仪，监测植物繁育目的性状的表达；所述生长周期监测单元根据植物不同生长周期的特定性状表达，判断植物当前处于的生长周期；所述对比单元根据监测得到的数据，进行同一批次的繁育植物的对比，比较植物生长态势，对比优选出符合培养目标的植株。
实施例2：一种基于可控农业的植物繁育管理方法，包括以下步骤：在步骤S1中，称量单株种株的重量，选择重量相同的种株，重量计量精度在小数点后两位，对同等重量的种株进行筛选，选择外表皮完整且没有霉点的种株，剔除掉褐变和枯黄的种株，将筛选后的植株进行编号并培育；在培育的过程中，将同批次筛选植株放在同一培养环境进行培育，并按照固定间隔排列，在不遮挡光照灯光线直射的前提下，进行间隔距离的确定；在种株栽培后，利用高分辨率摄像仪捕捉每个植株相同部位的分枝，计算分枝上垂挂的种粒的数量，并进行数据的记录存储，利用图像处理进行种粒计算的步骤如下：
S101、利用CenterNet模型，对目标区域进行定位，并建立框选窗口，捕捉特定分枝，框选窗口的边界线由下式定义：
其中Cm是检测矩阵，不改变向量的大小，(l，h)是宽度和长度的尺寸预测，(Ox，Oy)是中心点预测，(σx，σy)是偏移量预测；通过抬高框选窗口的距地位置进行垂直高度的选定，在镜头抬高过程中进行扫描，扫描得到植株的同时，寻找在垂直高度上不触及确定边界框的植株分枝，在扫描得到后进行框定确认，若框定水平面该植株分枝两端触及边界线，则抬高镜头继续扫描；若不存在可框定植株分枝，则压缩框选窗口的宽度，镜头下移，框定分枝；
S102、基于感受野的失真，融入特征选择模块，自适应地聚合不同尺寸的方向和长宽信息；使用不同卷积核的旋转卷积提取属性；引入注意力机制，融合特征，在特征通道上concat，归一化选择权重，最后输出特征，扩张特征；
S103、获取对象注意力过滤器，其中Am是学习样本的卷积核权重，Tm是动态滤波生成器，μ是滤波器的参数集，Fin是输入参数；进行卷积计算，优化特征，基于计算优化得到分类预测
其中P是卷积计算得到的基本特征，∈是控制细化范围的常数，分类模型改进了模型对基本特征的自适应；
S104、基于分类检测得到的图像处理结果，输出框选窗口内的位置信息和框选窗口内的种粒数量，并根据每个特征框的大小输出种粒的体积为Vj，种粒数量输出为PLj。
在步骤S2中，管理培养环境中的营养液质量，配比营养液并输入，维持营养液的稳态；植株在繁育过程中，吸收营养液中的物质和水分，营养液浓度和水位发生变化，利用传感器监测营养液中物质的浓度变化和营养液总量的变化，并根据变化量计算输入营养液的质量和浓度，维持培养环境的营养液的恒定，根据植物生长规律，进行定期换水，水温与室温保持一致；在对水培植株进行营养液输送时，必须保证输送的营养液不对植株产生冲击，对水培植株的换水间隔通过检测营养液的浑浊程度确定，在换水前记录此时营养液的浓度和质量，配比同等浓度的营养液，加热到室温输入至培养环境；控制流入速度，使得流入营养液不对植株产生冲击，同时尽快完成换水。
在步骤S3中，控制光照条件和温度湿度变化，计量培养环境中营养液的溶液蒸发量；不同植株需要的光照强度和温度湿度不完全相同，如瓜类和茄果类需要强光照；葱蒜类以及结球甘蓝根茎类需要中等光照，绿叶类蔬菜需要弱光照，根据植株的类别控制种植区域的光照强度，并根据植物种类和生长周期确定光照时数；此外，调整照明灯的光质，调整绿红橙光和蓝紫光的照射时长，以提升绿色植物的光合作用效率；对温度湿度进行调整，维持温度湿度环境的稳态，并根据植物状态调节温度湿度的设定值；计算植物的蒸发蒸腾量和营养液水面的蒸发量；引入公式计算植物的蒸发蒸腾量：
其中x是常数值，根据实际情况拟合，通常取0.408，δ是饱和水气压曲线的斜率，R是作物表面的净辐射量，γ是湿度仪器的计数，为常值，pe是空气的饱和水汽压，pf是实际水汽压；计算得到植物的蒸发蒸腾量；对营养液溶液蒸发量进行计算：
其中Tav是平均温度，A是常值，E0是蒸发能力，S是光照强度的数值，将植物的蒸发蒸腾量和营养液溶液的蒸发量相加，得到总的蒸发蒸腾量
EA＝Ew+Ep
计算得到总的蒸发量，用于后续计算植物生长的质量。
在步骤S4中，判断植株所处生长周期，计算不同生长周期时植株的重量，检测当前生长周期植物框选分枝的种粒数量，进行优选培育；对植株生长的重量进行计算；种株在进入培养环境前可进行称重，在培养过程中的植株重量计算如下,在培养前称重种株的重量，定义为Wal，每次营养液输入的质量In，则当前植株的重量为
对植物重量的计算不受时间空间限制，可在植物生长周期内任意时间点得到植物重量的数据；再次通过图像识别确认框选窗口内的种粒数量，数量为PLj，体积为Vj，种子的密度为ρ，根据种粒的大小和数量框选窗口内所有种粒的重量，
WpL＝PLj*ρ*Vj
比较种株时期和当前生长周期的植物框选窗口内的种粒质量变化，按照成长的态势和植物质量进行综合考虑，根据种粒质量相对植株质量的变化速度，判断植株上种粒的生长情况，进行优选植株进行培育，
B值越大，说明种粒相对整个植株而言，重量增长更快，种粒质量越好，选择B值大的植株种粒以进行优选培育。
实施例3：在种株时期进行编号，对012020032480060121号种株和0120200324802600123号种株进行编号培育，并称重，重量都为260g，培育环境总重量为500g，利用框选窗口进行分枝的框选，种粒的密度为2，得到012020032480060121号种株种粒数量为16，每粒种粒的体积为4，框选窗口内所有种粒重量为128，0120200324802600123号种株种粒数量为18，每粒种粒的体积为4，框选窗口内所有种粒重量为144；
经过一段时间培养计算当前时期植株的重量，012020032480060121号在培育过程中进行了两次营养液输送，分别输送了100ml和150ml，012020032480060123号进行了三次营养液输送，分别输送了100ml、120ml和60ml；
计算012020032480060121号总的蒸发蒸腾量EA＝Ew+Ep＝30；
计算012020032480060123号总的蒸发蒸腾量EA＝Ew+Ep＝40；
当前植株重量为：
进行再次框选窗口的图像识别，得到012020032480060121号种株种粒数量为30，每粒种粒的体积为5，框选窗口内所有种粒重量为300，0120200324802600123号种株种粒数量为32，每粒种粒的体积为5，框选窗口内所有种粒重量为320；
进行重量增长变化计算
显然，在当前生长周期，012020032480060121号B值大，应当被优选进行培育。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于可控农业的植物繁育管理系统，其特征在于：该管理系统包括：育种管理模块、营养液管理模块、环境管理模块和繁殖管理模块；
所述育种管理模块用于对种株的培育和筛选进行管理，对种株进行编号追踪；所述营养液管理模块根据植物种类，配比营养液，并定时定量向培养环境输送营养液；所述环境管理模块用于设置种株发育环境和植物生长环境，控制环境的变化，量化环境标准，维持环境的稳态；所述繁殖管理模块用于监测植物的生长周期，计算植物的重量变化，研究植物生长周期的重量变化关系。
2.根据权利要求1所述的一种基于可控农业的植物繁育管理系统，其特征在于：所述育种管理模块包括种株选育单元、种株筛选单元和编号单元；所述种株选育单元选择目标培育植物种株的品种，并在同一品种同一批次的种株中，检测种株大小，进行重量的比较，并选择重量相同的种株进行同批次的培育，框选种株特定分枝，计算种粒，并按照重量进行分类，将重量相同的种株种株进行同批次培育，并记录本批次培育种株的重量；所述种株筛选单元检测种株的完整度，检测种株表皮是否存在霉点，外表皮面是否完整，并剔除存在问题的种株；所述编号单元对经过筛选的种株进行编号，根据种株种类、日期、相似度、重量和批次进行特异性编号。
3.根据权利要求1所述的一种基于可控农业的植物繁育管理系统，其特征在于：所述营养液管理模块包括配比单元、水量监测单元和输送管理单元；所述配比单元根据培养的植物的种类，选择营养物质，按照比例系数，进行营养液物质的配比，并根据营养液中物质的性质，选择合适的营养液的配置手段，所述水量监测单元监测排入培养环境的营养液的质量，并记录初次排入培养环境的营养液的水位，并实时监测营养液水位的变化，即时将水位波动情况传给输送管理单元；所述输送管理单元将根据水位波动和营养液浓度变化，选择输送策略，维持营养液环境的稳态，并将每次输送的营养液数量和营养液浓度记录。
4.根据权利要求1所述的一种基于可控农业的植物繁育管理系统，其特征在于：所述环境管理模块包括光照控制单元、温度控制单元、湿度控制单元和环境数据管理单元；所述光照控制单元用于控制培养环境里光照条件，选择光照灯的种类，控制光照灯的强度和光照时长；所述温度控制单元监测培养环境的室温，并通过空气循环系统恒定温度，同时设定培养环境不同区域的局部温度，按照植物的生长喜好属性进行温度的设定；所述湿度控制单元设定环境标准湿度，利用湿度传感器监测培养环境的空气湿度，调节空气湿度直到环境的空气湿度回到环境标准湿度；所述环境数据管理单元收集设备的环境数据，包括光照数据、温度数据和湿度数据，并记录每次环境操作的操作时间、操作时长和操作类别。
5.根据权利要求1所述的一种基于可控农业的植物繁育管理系统，其特征在于：所述繁殖管理模块包括重量计量单元、植物形态监测单元、生长周期监测单元和比对单元；所述重量计量单元根据环境输入输出和环境重量的变化，计算植物的重量；所述植物形态监测单元利用摄像仪，监测植物繁育目的性状的表达；所述生长周期监测单元根据植物不同生长周期的特定性状表达，判断植物当前处于的生长周期；所述对比单元根据监测得到的数据，进行同一批次的繁育植物的对比，比较植物生长态势，对比优选出符合培养目标的植株。
6.一种基于可控农业的植物繁育管理方法，包括以下步骤：
S1、选育相似良种，框选种株特定分枝，计算种株的种粒数量；
S2、进行营养液环境操作，维持营养液环境稳态，计算输入营养液浓度和质量，并定期换水；
S3、控制光照条件和温度湿度变化，计量培养环境中营养液的溶液蒸发量，植物的蒸发蒸腾量；
S4、判断植株所处生长周期，计算不同生长周期时植株的重量，检测当前生长周期植物框选分枝的种粒数量，进行优选培育。
7.根据权利要求6所述的一种基于可控农业的植物繁育管理方法，其特征在于：在步骤S1中，对同等重量的种株进行筛选，选择外表皮完整且没有霉点的种株，剔除掉褐变和枯黄的种株，将筛选后的植株进行编号并培育；在培育的过程中，将同批次筛选植株放在同一培养环境进行培育，并按照固定间隔排列，在不遮挡光照灯光线直射的前提下，进行间隔距离的确定；在种株栽培后，利用摄像仪捕捉每个植株相同部位的分枝，计算分枝上垂挂的种粒的数量，并进行数据的记录存储，利用图像处理进行种粒计算的步骤如下：
S101、利用CenterNet模型，对目标区域进行定位，并建立框选窗口，捕捉特定分枝，框选窗口的边界线由下式定义：
其中Cm是检测矩阵，不改变向量的大小，(l，h)是宽度和长度的尺寸预测，(Ox，Oy)是中心点预测，(σx，σy)是偏移量预测；通过抬高框选窗口的距地位置进行垂直高度的选定，在镜头抬高过程中进行扫描，扫描得到植株的同时，寻找在垂直高度上不触及确定边界框的植株分枝，在扫描得到后进行框定确认，若框定水平面该植株分枝两端触及边界线，则抬高镜头继续扫描；若不存在可框定植株分枝，则压缩框选窗口的宽度，镜头下移，框定分枝；
S102、基于感受野的失真，融入特征选择模块，自适应地聚合不同尺寸的方向和长宽信息；使用不同卷积核的旋转卷积提取属性；引入注意力机制，融合特征，在特征通道上concat，归一化选择权重，最后输出特征，扩张特征；
S103、获取对象注意力过滤器；进行卷积计算，优化特征，基于计算优化得到分类预测；
S104、基于分类检测得到的图像处理结果，输出框选窗口内的位置信息和框选窗口内的种粒数量，并根据每个特征框的大小输出种粒的体积为Vj，种粒数量输出为PLj。
8.根据权利要求6所述的一种基于可控农业的植物繁育管理方法，其特征在于：在步骤S2中，管理培养环境中的营养液质量，配比营养液并输入，维持营养液的稳态；利用传感器监测营养液中物质的浓度变化和营养液总量的变化，并根据变化量计算输入营养液的质量和浓度，维持培养环境的营养液的恒定，根据植物生长规律，进行定期换水，水温与室温保持一致；在换水前记录此时营养液的浓度和质量，配比同等浓度的营养液，加热到室温输入至培养环境；控制流入速度。
9.根据权利要求6所述的一种基于可控农业的植物繁育管理方法，其特征在于：在步骤S3中，控制光照条件和温度湿度变化，计量培养环境中营养液的溶液蒸发量；根据植株的类别控制种植区域的光照强度，并根据植物种类和生长周期确定光照时数；调整照明灯的光质，调整绿红橙光和蓝紫光的照射时长；对温度湿度进行调整，维持温度湿度环境的稳态，并根据植物状态调节温度湿度的设定值；计算植物的蒸发蒸腾量和营养液水面的蒸发量；引入公式计算植物的蒸发蒸腾量：
其中x是常数值，δ是饱和水气压曲线的斜率，R是作物表面的净辐射量，γ是湿度仪器的计数，为常值，pe是空气的饱和水汽压，pf是实际水汽压；计算得到植物的蒸发蒸腾量；对营养液溶液蒸发量进行计算：
其中Tav是平均温度，A是常值，E0是蒸发能力，S是光照强度的数值，
将植物的蒸发蒸腾量和营养液溶液的蒸发量相加，得到总的蒸发蒸腾量
EA＝Ew+Ep
计算得到总的蒸发量，用于后续计算植物生长的质量。
10.根据权利要求6所述的一种基于可控农业的植物繁育管理方法，其特征在于：在步骤S4中，判断植株所处生长周期，计算不同生长周期时植株的重量，检测当前生长周期植物框选分枝的种粒数量，进行优选培育；对植株生长的重量进行计算；种株在进入培养环境前进行称重，在培养过程中的植株重量计算如下,获取种株时期种株重量，定义为Wal，每次营养液输入的质量In，则当前植株的重量为
再次通过图像识别确认框选窗口内的种粒数量，数量为PLj，体积为Vj，种子的密度为ρ，根据种粒的大小和数量框选窗口内所有种粒的重量，
WpL＝PLj*ρ*Vj
比较种株时期和当前生长周期的植物框选窗口内的种粒质量变化，按照成长的态势和植物质量进行综合考虑，根据种粒质量相对植株质量的变化速度，判断植株上种粒的生长情况，进行优选植株进行培育，
选择B值大的植株种粒以进行优选培育。
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