CN207528261U - 一种作物冠层同化箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种作物冠层同化箱，包括：箱体、第一传感器箱、提升与放置连接单元以及传动装置。利用传动装置与箱体顶部的提升与放置连接单元连接，将箱体移动到需要测量的位置并且放置；通过布置在箱体内部的上表面的传感器箱内部的传感器对植物群体检测。在检测完成之后，再利用传动装置将箱体移走。一个同化箱可实现多个位置的测量，减少了相关传感器个数，当对多个位置进行测量时，在一定程度上降低了硬件成本；同时，由于箱体在不测量时，不放置在待测作物群体上方，避免了箱体对光温水气热等因素对作物生长造成的影响，保证了待测作物群体的自然生长环境。

Description

一种作物冠层同化箱

技术领域

本实用新型涉及农业信息化技术领域，更具体地，涉及一种作物冠层同化箱。

背景技术

高产、高效的粮食生产是农业生产最重要的目的。生物量的来源为光合作用将光能转化为化学能，提高光能转化率是提高生物量的有效途径。目前生态系统模型模拟中所用的大多数同化物分配模型是经验性的。同化物分配对植物的生长、竞争及结构的形成有重要的影响，是植物生长的关键,也是植物生长模型中的薄弱环节。因此，研制可测量植物在大田环境下的植物同化速率测量装置，具有重要作用。

国内外研究者在植物同化速率定量化测量方面开展了大量工作，目前最为先进的技术主要是通过构建叶片尺度的微环境，通过测量CO2浓度的变化测定单叶光合速率，典型产品如PTM48和LI6800光合作用测量系统等；在作物群体尺度方面，由中国科学院上海生命科学研究院研制的一种垂直开启式自动冠层同化箱(201520133143X)和群体光合气体交换测量系统CAPTS-100，可测定植物群体尺度的光合速率。

其中，PTM48和LI6800等光合作用测量系统，仅能测量器官尺度的单叶光和速率，无法实现植物群体尺度光和速率的测量；目前测量多个位置的作物群体同化速率就需要多个同化箱，成本较高，且位置不可移动；虽然同化箱上部设置有通风装置，且箱体材料透光性较高，但箱体内的植物从光照、温度、水分、通风性等方面仍与自然环境下有差异，长时间生长在该箱体内生长发育状态会受到一定影响，与自然环境下的作物生长有一定的差异，测量的同化速率也因此会存在一定的误差。

实用新型内容

为了至少部分地克服现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种作物冠层同化箱。

根据本实用新型的一个方面，提供一种作物冠层同化箱，包括：箱体、第一传感器箱、提升与放置连接单元以及传动装置；其中，所述箱体前后左右及上表面密闭，下表面为空；所述第一传感器箱布置在所述箱体内部的上表面，并且在所述第一传感器箱的内部布置传感器；所述提升与放置连接单元布置在所述箱体的顶部，并且与所述传动装置连接。

其中，所述提升与放置连接单元布置在所述箱体的顶部的四条边上，并且与所述传动装置连接。

其中，所述箱体底部的边均具有锋利的边缘；所述箱体底部的边均具有锋利的边缘；所述箱体顶部安装有液压装置，所述液压装置用于将所述箱体底部压入到土壤中。

其中，还包括：第二传感器箱；其中，所述第二传感器箱布置在所述箱体外部的上表面，所述第二传感器箱的内部布置有第一光合有效辐射传感器和气体温湿度传感器；所述第一光合有效辐射传感器，用于测量所述箱体外部的光强度；所述气体温湿度传感器，用于测量所述箱体外部的温度和湿度。

其中，还包括：气体混匀装置；其中，所述气体混匀装置设置在所述箱体内部的一个侧面上；所述气体混匀装置包括风扇和风筒，所述风扇布置在所述风筒的进风口处。

其中，所述第一传感器箱的内部布置有第二光合有效辐射传感器、气体温湿度传感器、图像传感器、荧光传感器、高光谱传感器、多光谱传感器、大气压传感器和二氧化碳浓度传感器；其中，所述第二光合有效辐射传感器，用于检测所述植物群体上部的光强度；所述气体温湿度传感器，用于检测所述箱体内的温度和湿度；所述图像传感器，用于检测所述植物群体的图像；所述荧光传感器，用于检测所述箱体内的温度；所述高光谱传感器和多光谱传感器，用于获取所述植物群体的光谱数据和成像光谱图像数据；所述大气压传感器，用于检测所述箱体内的大气压；所述二氧化碳浓度传感器，用于检测所述箱体内的二氧化碳浓度。

其中，还包括：补光灯；其中，所述补光灯安装在所述箱体内的顶部，用于对所述箱体内的植物群体补光。

其中，还包括：侧面图像获取单元；其中，所述侧面图像获取单元布置在所述箱体内部的一个侧面上，用于获取所述植物群体的侧面图像。

综上，利用传动装置与箱体顶部的提升与放置连接单元连接，将箱体移动到需要测量的位置并且放置；通过布置在箱体内部的上表面的传感器箱内部的传感器对植物群体检测。在检测完成之后，再利用传动装置将箱体移走。一个同化箱可实现多个位置的测量，减少了相关传感器个数，当对多个位置进行测量时，在一定程度上降低了硬件成本；同时，由于箱体在不测量时，不放置在待测作物群体上方，避免了箱体对光温水气热等因素对作物生长造成的影响，保证了待测作物群体的自然生长环境。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的一种作物冠层同化箱的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为根据本实用新型实施例的一种作物冠层同化箱的结构示意图。如图1所示，一种作物冠层同化箱，包括：箱体1、第一传感器箱5、提升与放置连接单元7以及传动装置；其中，

所述箱体1前后左右及上表面密闭，下表面为空；

所述第一传感器箱5布置在所述箱体1内部的上表面，并且在所述第一传感器箱5的内部布置有传感器；

所述提升与放置连接单元7布置在所述箱体1的顶部，并且与所述传动装置连接。

其中，箱体1的可以为正方体或者长方体，优选地，在本实施例中选择正方体。箱体1的材料采用轻质量的材料，例如，铝合金等，以保证整个箱体1质量较小，易于移动。

其中，箱体1的高度根据待测植物的高度来确定。

其中，箱体1的传动装置，用于移动和放置箱体1，传动装置有以下三种：

轨道机械式移动：在待测量作物群体上部搭建传输轨道，轨道周边有加固装置，保证轨道的稳定性；轨道高大于箱体高度的2倍；轨道上有可移动的伸缩装置，伸缩装置底部用于连接箱体1的提升与放置连接单元7，通过伸缩装置实现轨道的提升与放置，箱体1被提升后通过伸缩装置在轨道上的移动，实现箱体1在不同测量位置间的移动与放置。

车载升降式移动：利用带有升降物品功能的车，通过将车载升降机与箱体1连接，实现箱体1的提升、放置与不同测量位置间的移动与放置。

无人机吊装式移动：利用大载荷无人机，配备3-4根(保证箱体1被提升或放置时的稳定性)可伸缩的连接装置，底部用于连接箱体1的提升与放置连接单元，实现箱体1的提升、放置与不同测量位置间的移动与放置。

具体地，利用传动装置与箱体顶部的提升与放置连接单元7连接，将箱体1移动到需要测量的位置并且放置；通过布置在箱体1内部的上表面的传感器箱5内部的传感器对植物群体进行光强度、温湿度以及光合速率的检测。在检测完成之后，再利用传动装置将箱体1移走。

本实施例提供了一种作物冠层同化箱，利用传动装置与箱体顶部的提升与放置连接单元连接，将箱体移动到需要测量的位置并且放置；通过布置在箱体内部的上表面的传感器箱内部的传感器对植物群体检测。在检测完成之后，再利用传动装置将箱体移走。一个同化箱可实现多个位置的测量，减少了相关传感器个数，当对多个位置进行测量时，在一定程度上降低了硬件成本；同时，由于箱体在不测量时，不放置在待测作物群体上方，避免了箱体对光温水气热等因素对作物生长造成的影响，保证了待测作物群体的自然生长环境。

在本实用新型的另一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述提升与放置连接单元7布置在所述箱体1的顶部的四条边上，并且与所述传动装置连接。

优选地，提升与放置连接单元7一共设置4个，分别布置在箱体1的顶部的四条边的正中间位置。

在本实用新型的再一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述箱体1底部的边2均具有锋利的边缘；

所述箱体1顶部安装有液压装置9，所述液压装置9用于将所述箱体1底部压入到土壤中。

优选地，箱体1底部的四条边均具有锋利的边缘。

优选地，箱体1顶部的四个角，分别安装有液压装置10，其中液压装置10为电动液压装置。

优选地，箱体1被放下后，通过液压装置9将箱体1底部进入土层10-20cm。

在本实用新型的又一个实施例中，在上述实施例的基础上，还包括：第二传感器箱10；其中，

所述第二传感器箱10布置在所述箱体1外部的上表面，所述第二传感器箱10的内部布置有第一光合有效辐射传感器和气体温湿度传感器；

所述第一光合有效辐射传感器，用于测量所述箱体1外部的光强度；

所述气体温湿度传感器，用于测量所述箱体1外部的温度和湿度。

具体地，通过第一光合有效辐射传感器测量箱体1外部的光强度；通过气体温湿度传感器测量箱体1外部的温度和湿度。通过上述测量数据为决策者提供实时的参考数据。

在本实用新型的又一个实施例中，在上述实施例的基础上，还包括：气体混匀装置；其中，

所述气体混匀装置设置在所述箱体1内部的一个侧面上；

所述气体混匀装置包括风扇3和风筒4，所述风扇3布置在所述风筒4的进风口处。

其中，风筒4的外形可以是各种中空管状结构；优选地，为中空圆筒形，两端包括进气口和出气口，进气口在上，进气口上安装风扇3，出气口在下面，出气口处安装弯头，使得气体吹向水平方向。具体的气流方向为，风扇3吸进箱体1上部的气体，通过导气管传送到箱体1下部，再由弯头改变气流的方向为水平风向，吹向箱体1下部中央区域。

本实施例提供了一种作物冠层同化箱，气体混匀装置可以使气体混匀效率较高，而且加工制作成本较低。

在本实用新型的又一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述第一传感器箱5的内部布置有第二光合有效辐射传感器、气体温湿度传感器、图像传感器、荧光传感器、高光谱传感器、多光谱传感器、大气压传感器和二氧化碳浓度传感器；其中，

所述第二光合有效辐射传感器，用于检测所述植物群体上部的光强度；

所述气体温湿度传感器，用于检测所述箱体1内的温度和湿度；

所述图像传感器，用于检测所述植物群体的图像；

所述荧光传感器，用于检测所述箱体1内的温度；

所述高光谱传感器和多光谱传感器，用于获取所述植物群体的光谱数据和成像光谱图像数据；

所述大气压传感器，用于检测所述箱体1内的大气压；

所述二氧化碳浓度传感器，用于检测所述箱体1内的二氧化碳浓度。

具体地，传动装置将箱体1移动至目标植物群体上方并覆盖，保证下部的封闭性，箱体1固定后，通过第一传感器箱5内置的光合有效辐射传感器测量得到箱体1内的光强度；通过第一传感器箱5内置的温湿度传感器，实时检测箱体1内的温湿度；通过荧光传感器，辅助检测箱体1内的温度；通过第一传感器箱5内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取箱体1内部植物群体的图像，结合图像分割方法提取箱体1内植物群体的覆盖度；通过大气压传感器和二氧化碳浓度传感器测量箱体内部植物在一段时间内的CO2浓度变化、大气压变化；通过箱体内部植物在一段时间内的CO2浓度变化、大气压变化、湿度变化、箱体体积、箱体内的温度等数据进行测量，结合植物群体覆盖度，实现群体光合速率的测定。

在本实用新型的又一个实施例中，在上述实施例的基础上，还包括：补光灯6；其中，

所述补光灯6安装在所述箱体1内的顶部，用于对所述箱体1内的植物群体补光。

具体地，箱体1固定后，通过调节箱体1内补光灯6的强弱实现补光效果，从而模拟不同的场景。

在本实用新型的又一个实施例中，在上述实施例的基础上，还包括：侧面图像获取单元；其中，

所述侧面图像获取单元布置在所述箱体内部的一个侧面上，用于获取所述植物群体的侧面图像。

优选地，侧面图像获取单元9为摄像机。

具体地，借助侧面图像获取单元9在箱体1匀速下降的过程中所拍摄的图像序列，将图像序列拼接为植物侧面图像，并基于图像提取方法提取最高点，结合相机分辨率计算株高；借助侧面图像获取单元9获取图像序列拼接的植物侧面图像，以及通过第一传感器箱5内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取箱体1内部植物群体的图像，形成立体图像，并基于这些立体图像提取植物的三维骨架；利用所提取的三维骨架，结合植物三维可视资源库中的器官模板，以及骨架驱动的网格变形方法，生成箱体1内植物群体的三维模型。

本实施例提供了一种作物冠层同化箱，箱体在下降安置过程中，速度保持匀速，位于箱体下部的侧面图像获取单元在箱体下落过程中，连续获取作物群体图像，并将整个过程中的图像拼接成侧面单幅图像，结合箱体顶部的图像传感器，可实现箱体内作物群体的特征提取与覆盖面积计算。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种作物冠层同化箱，其特征在于，包括：箱体、第一传感器箱、提升与放置连接单元以及传动装置；其中，

所述箱体前后左右及上表面密闭，下表面为空；

所述第一传感器箱布置在所述箱体内部的上表面，并且在所述第一传感器箱的内部布置传感器；

所述提升与放置连接单元布置在所述箱体的顶部，并且与所述传动装置连接。

2.根据权利要求1所述的作物冠层同化箱，其特征在于，所述提升与放置连接单元布置在所述箱体的顶部的四条边上，并且与所述传动装置连接。

3.根据权利要求1或2所述的作物冠层同化箱，其特征在于，所述箱体底部的边均具有锋利的边缘；

所述箱体顶部安装有液压装置，所述液压装置用于将所述箱体底部压入到土壤中。

4.根据权利要求1所述的作物冠层同化箱，其特征在于，还包括：第二传感器箱；其中，

所述第二传感器箱布置在所述箱体外部的上表面，所述第二传感器箱的内部布置有第一光合有效辐射传感器和气体温湿度传感器；

所述第一光合有效辐射传感器，用于测量所述箱体外部的光强度；

所述气体温湿度传感器，用于测量所述箱体外部的温度和湿度。

5.根据权利要求1所述的作物冠层同化箱，其特征在于，还包括：气体混匀装置；其中，

所述气体混匀装置设置在所述箱体内部的一个侧面上；

所述气体混匀装置包括风扇和风筒，所述风扇布置在所述风筒的进风口处。

6.根据权利要求1所述的作物冠层同化箱，其特征在于，所述第一传感器箱的内部布置有第二光合有效辐射传感器、气体温湿度传感器、图像传感器、荧光传感器、高光谱传感器、多光谱传感器、大气压传感器和二氧化碳浓度传感器；其中，

所述第二光合有效辐射传感器，用于检测植物群体上部的光强度；

所述气体温湿度传感器，用于检测所述箱体内的温度和湿度；

所述图像传感器，用于检测植物群体的图像；

所述荧光传感器，用于检测所述箱体内的温度；

所述高光谱传感器和多光谱传感器，用于获取植物群体的光谱数据和成像光谱图像数据；

所述大气压传感器，用于检测所述箱体内的大气压；

所述二氧化碳浓度传感器，用于检测所述箱体内的二氧化碳浓度。

7.根据权利要求1所述的作物冠层同化箱，其特征在于，还包括：补光灯；其中，

所述补光灯安装在所述箱体内的顶部，用于对所述箱体内的植物群体补光。

8.根据权利要求1所述的作物冠层同化箱，其特征在于，还包括：侧面图像获取单元；其中，

所述侧面图像获取单元布置在所述箱体内部的一个侧面上，用于获取植物群体的侧面图像。