CN213842060U - 一种龙门式全自动水稻植株表型检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种龙门式全自动水稻植株表型检测装置。为应对田间表型信息测量困难的问题。采用龙门式测量装置搭载多种光学传感器的方法来获取表型数据，通过三项交流电机带动行车在固定导轨上运行，使用升降式横梁控制相机与植株的距离，利用运动小车搭载光学传感器在横梁上横向移动实现对田间植株的图像获取；利用阳帘和制冷装置解决遮光以及传感器降温等问题；该装置搭载了RGB相机、红外相机和高光谱相机三种光学传感器以及配套光源。本实用新型提供了一种可以远程控制的水稻田间表型全自动测量方案，能快速准确获取多种田间水稻表型性状。
Description
技术领域
本实用新型属于农业自动化领域，具体涉及一种龙门式全自动水稻植株表型检测装置。
背景技术
水稻是我国主要粮食作物，其遗传和育种的研究对于我国有着重要的意义。随着水稻基因测序工作完成，目前水稻育种中的热点问题是水稻功能基因组的解析，这会帮助生物学家针对性的改良品种，提高育种的效率。而要实现功能基因组的解析就必须结合表型测量筛选突变植株并定位相应的基因，所以表型数据的获取至关重要。
传统的表型检测步骤复杂、周期长、效率低、人工成本大的问题，严重影响了水稻研究的进度，需要自动化、高精度、高通量的表型设备来完成对植株的表型测量。近年来，随着科学技术的发展，表型设备借助自动化技术、光学成像、图像处理技术和深度学习等先进技术的应用得到广泛发展，已经取得一定的成果。但是就目前而言，表型设备普遍成本较高，对测量条件有着较高的要求，一般部署在实验室这种室内环境下。
然而实验室环境有着它的局限性，植株表型性状受环境影响比较大，实验室得到的结果不一定适用于自然环境下的植株，所以所获取的表型数据最好贴近于自然条件。生物学家希望能够在田间环境下实现植株表型的高通量测量。
发明内容：
(一)要解决的技术问题
要实现水稻田间表型检测，需要解决以下问题。1.高通量：田间测量一般面积较大，表型性状随时间变化较大，在研究当日不同时段表型变化时需要多次测量，所以要求短时间完成大批量的表型测量：2.多表型：为了结合多种表型信息联合分析，不仅可以分析表型与基因之间的相关性，也可以实现表型与表型之间的相关性分析；3.田间环境恶劣：水稻生长时间一般为夏季，高温高湿的田间环境对不仅影响正常测量也影响传感器的使用寿命。
(二)技术方案
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案，一种龙门式全自动水稻植株表型检测装置。
一种龙门式全自动水稻植株表型检测装置，其特征在于：以大田水稻为研究目标，实现水稻在自然条件下全生育期高通量、全自动、数字化的地上表型性状获取和解析；所述龙门式全自动水稻植株表型检测装置的两侧支撑柱运行在两条地面轨道上；所述支撑柱用于支撑中间横梁；支撑柱内部安装三相交流电机，交流电机驱动底部车轮转动，车轮卡在地面已经铺好的轨道上，保证装置按照固定轨道行驶；地面轨道上粘贴有条形码，支撑柱底端安装条码读取器，通过获取条形码数据实现系统定位和导航；支撑柱顶部安装伺服电机，伺服电机连接丝杆控制横梁的上下移动，横梁的升降用于调整相机与植株之间的距离；所述横梁顶部安装带有风扇和空调的制冷装置；所述横梁上安装两条滑轨，运动单元在滑轨上来回运行；横梁两侧边缘安装两组电动不透光窗帘，在测量植株性状时将窗帘自动拉上，避免外部光照对测量结果的影响，有助于系统全天候完成对植株表型信息的测量工作；所述运动单元上搭载运动伺服电机、卤素灯、RGB可见光相机、红外相机、高光谱相机、工控机和无线通讯模块。
优选地，横梁顶端安装制冷装置，包括四组风扇和两个空调，用于给横梁内部各元器件制冷，保证其正常运行。
优选地，横梁两侧下方等距安装两组LED光源用于给RGB相机提供稳定光源；其中一组LED光源间隔处安装红外相机，用于测量植株表层温度信息。
优选地，运动单元上搭载伺服电机控制运动单元运动，装有四个卤素灯用于给高光谱相机提供光源；搭载RGB可见光相机和高光谱相机测量表型性状，同时安装工控机作为上位机控制系统运动和图像采集。
优选地，横梁上安装无线通讯模块，连接工控机和中央控制室，实现远程控制系统运行和图片获取，同时所拍图片通过无线模块上传到中央控制室，用于后续处理和数据保存。
(三)有益效果
本实用新型基于发明人在本领域多年的技术积累和研发，一种龙门式全自动水稻植株表型检测装置，用于实现高精度、高通量和全自动的水稻全生育期田间表型信息获取和数字一体化数据存储。
与现有的技术而言，至少具备以下技术优势：(1)搭载多种传感器，可同时测量多种表型性状，一方面节约了测量时间，另一方面拓展了测量尺度，扩大了数据范围，能获取植株全方位表型信息；(2)安装了可开关的阳帘，在测量过程中关闭阳帘，测量植株处于黑暗环境，使得测量结果有了统一的亮度标准，避免光照对测量结果的影响；(3)在横梁上方安装了制冷装置，解决了高光谱相机降温的问题，避免了高光谱相机长时间工作过热造成的停机问题；(4)本系统也可适用于其它农作物表型检测。
附图说明
图1为本实用新型装置外观示意图。
图2为本实用新型大田运行示意图。
图3为本实用新型运动机构结构图。
图4为本实用新型固定光源以及相机分布图。
图1中：1-导轨，2-行走驱动电机，3-支撑柱，4-升降电机，5-横梁，6-制冷空调，7-运动单元。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
具体实施方式
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案，提供了一种龙门式全自动水稻植株表型检测装置。
如图1所示，该装置运行在两条导轨1上，导轨之间为水田用于种植水稻；由一对三相电机作为行走驱动电机2驱动设备在田间移动；设备两端为支撑柱3，一方面内部有丝杆用于升降横梁5，另一方面支撑柱内部有用于存放电控系统；支撑柱顶部由一对伺服电机作为升降电机4转动丝杆控制横梁升降；横梁顶部安装有两台空调6以及四个风扇用于运动控制单元7的降温；运动单元搭载可见光相机、高光谱相机、卤素灯以及工控机在横梁上横向移动；横梁底部装有 LED光源以及红外相机如图4所示，同时在两侧LED光源外分别有一排滑轨，用于电动阳帘的开关；在横梁顶部放有无线通讯模块用于远程操控表型检测装置。
地面轨道上粘贴有条形码，支撑柱底端安装条码读取器，通过获取条形码数据实现系统定位和导航，当行车通过定位运行到某一行植株上方，首先拉上电动阳帘，两排阳帘闭合，与两侧支撑柱形成一个密闭空间，此时红外相机开始拍照，运动单元从一侧运行到另一侧，实现可见光以及高光谱信息的采集。测量完成后阳帘拉开，装置移动到下一行植株开始下一阶段测量。
装置所安装的3个光学成像单元分别测量不同的植物表型信息，RGB相机测量形态方面的表型性状；红外相机可以采集植株冠层的温度信息；高光谱主要用于分析植株代谢物相关信息。
与现有的技术而言，至少具备以下技术优势：(1)搭载多种传感器，可同时测量多种表型性状，一方面节约了测量时间，另一方面拓展了测量尺度，扩大了数据范围，能获取植株全方位表型信息；(2)安装了可开关的阳帘，在测量过程中关闭阳帘，测量植株处于黑暗环境，使得测量结果有了统一的亮度标准，避免光照对测量结果的影响；(3)在横梁上方安装了制冷装置，解决了高光谱相机降温的问题，避免了高光谱相机长时间工作过热造成的停机问题；(4)本系统也可适用于其它农作物表型检测。
本申请中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种修改或补充或采用类似的方法替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种龙门式全自动水稻植株表型检测装置，其特征在于：所述龙门式全自动水稻植株表型检测装置的两侧支撑柱运行在两条地面轨道上；所述支撑柱用于支撑中间横梁；支撑柱内部安装三相交流电机，交流电机驱动底部车轮转动，车轮卡在地面已经铺好的轨道上，保证装置按照固定轨道行驶；地面轨道上粘贴有条形码，支撑柱底端安装条码读取器，通过获取条形码数据实现系统定位和导航；支撑柱顶部安装伺服电机，伺服电机连接丝杆控制横梁的上下移动，横梁的升降用于调整相机与植株之间的距离；所述横梁顶部安装带有风扇和空调的制冷装置；所述横梁上安装两条滑轨，运动单元在滑轨上来回运行；横梁两侧边缘安装两组电动不透光窗帘，在测量植株性状时将窗帘自动拉上，避免外部光照对测量结果的影响，有助于系统全天候完成对植株表型信息的测量工作；所述运动单元上搭载运动伺服电机、卤素灯、RGB可见光相机、红外相机、高光谱相机、工控机和无线通讯模块。
2.根据权利要求1所述的龙门式全自动水稻植株表型检测装置，其特征在于：横梁顶端安装制冷装置，包括四组风扇和两个空调，用于给横梁内部各元器件制冷，保证其正常运行。
3.根据权利要求1所述的龙门式全自动水稻植株表型检测装置，其特征在于：横梁两侧下方等距安装两组LED光源用于给RGB相机提供稳定光源；其中一组LED光源间隔处安装红外相机，用于测量植株表层温度信息。
4.根据权利要求1所述的龙门式全自动水稻植株表型检测装置，其特征在于：运动单元上搭载伺服电机控制运动单元运动，装有四个卤素灯用于给高光谱相机提供光源；搭载RGB可见光相机和高光谱相机测量表型性状，同时安装工控机作为上位机控制系统运动和图像采集。
5.根据权利要求1所述的龙门式全自动水稻植株表型检测装置，其特征在于：横梁上安装无线通讯模块，连接工控机和中央控制室，实现远程控制系统运行和图片获取，同时所拍图片通过无线模块上传到中央控制室，用于后续处理和数据保存。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114451082A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-05-10 | 中国农业大学 | 一种行内实时机械除草设备及除草方法 |
| CN116772733A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-19 | 鸥朗创想(北京)科技有限公司 | 一种苗床式表型自动化无损检测系统 |
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| CN116772733B (zh) * | 2023-08-23 | 2024-03-22 | 鸥朗创想(北京)科技有限公司 | 一种苗床式表型自动化无损检测系统 |
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