(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210758452.0 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 南京农业大 学 地址 210014 江苏省南京市玄武区卫岗1号 (72)发明人 刘守阳　刘若雯　李朋彦　姜东　 (74)专利代理 机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 专利代理师 任文娟 (51)Int.Cl. G01N 1/06(2006.01) G01N 1/28(2006.01) G01N 5/00(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/27(2006.01) G01N 21/55(2014.01) (54)发明名称 一种田间作物 表型垂直信息监测方法 (57)摘要 本发明涉及一种田间作物表型垂直信息监 测方法， 监测方法基于田间作物表型垂直信息监 测系统， 该系统包括： 暗箱平台， 用于搭载传感器 及相关设备， 构造稳定的暗室监测环境； 冠层分 层机构， 设置于暗箱平台上， 用于定量分割冠层 层次， 并粉碎成均匀样品； 落料机构， 用于承接切 割粉碎的样品； 样品输送机构， 设置于暗箱平台 内， 用于传 送冠层分层机构 粉碎的样品到不同的 工位； 监测机构， 设置于暗箱平台内， 用于监测样 品的表型数据； 控制机构， 设置于暗箱平台内， 用 于控制整个监测系统及相关参数设置。 本发明方 法实现了作物冠层垂直信息的监测， 有助于实现 作物表型垂直分布信息更为翔实、 精细的快速估 算。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115165436 A 2022.10.11 CN 115165436 A 1.一种田间作物 表型垂直信息监测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 设置一田间作物表型垂直信息监测系统， 该系统包括： 暗箱平台， 用于搭载传 感器及相关设备， 构造暗室监测环境； 冠层分层机构， 设置于暗箱平台上， 用于定量分割冠 层层次， 并粉碎成均匀样品； 落料机构， 用于承接切割粉碎的样品； 样品输送机构， 设置于暗 箱平台内， 用于传送冠层分层机构粉碎的样品到不同的工位； 监测机构， 设置于暗箱平台 内， 用于监测样品的表型信息； 控制机构， 设置于暗箱平台内， 用于控制整个监测系统及参 数设置； 所述监测机构包括： 全波 段稳定光源卤素灯和角度刻度板， 所述全波段稳定光源卤 素灯通过第一搭载板安装在暗箱平台内部上端第一根横梁上， 所述角度刻度板安装在第一 搭载板上， 用于调节 光源角度； RGB相机， 所述 RGB相机通过第二搭载板安装在暗箱平台内部 上端第二根横梁上； 高光谱仪， 所述高光谱仪的光纤探测头与所述RGB相机共用一个搭载 板， 其通过光纤固定器调节监测高度， 所述高光谱仪的两种传感器监测中心及光线中心与 其监测盒的中心位置保持一致， 所述高光谱仪的主机放置在暗箱平台上 的滑动桌板上； 分 析天平， 所述分析天平安装在暗箱 平台内底部保持平衡； 步骤二： 在PC端安装B io‑Master系统， 并使B io‑Master系统与控制机构相匹配， 界面窗 口实时预览监测盒内样品状态， 各层次表型估算结果实时添加并显示在Bio ‑Master系统界 面中； 步骤三： 在Bio ‑Master系统中添加样点采集基本信息， 设置冠层切割长度和粉碎程度， 系统自动生成逻辑编号， 基本信息包括但不限于： 品种 、 生育期、 施肥量 等试验处 理； 步骤四： 通过Bio ‑Master系统控制 冠层分层机构对样品定量切割和均匀粉碎， 并通过 落料机构掉落至样品输送机构的样品盒里， 控制样品输送机构运送样品盒至监测机构下 方； 步骤五： 通过操作Bio ‑Master系统， 设定卤素灯的照明模式及RGB相机 的拍摄模式， 软 件界面窗口实时预览样品状态及光谱反射曲线， 操作软件一键同时获取样品的反射率数据 和图像数据； 在 控制机构的作用下， 样品输送机构运送样品至监测机构的天平上， 通过操作 Bio‑Master系统准确获取样品的净鲜重数据； 通过系统内部架构算法进行表型估算， 结果 实时添加显示于系统界面， 同时压缩保存原 始数据及估算结果在系统的数据库中； 步骤六： 重复步骤四和步骤五， 实现单个样品的冠层表型垂直信息获取； 步骤七： 返回步骤三选择处理编号， 进行其他处理监测， 待所有处理数据采集完成后， 通过操作Bi o‑Master系统， 将系统数据库中的数据批量或选择性下 载到电脑本地存 储。 2.根据权利要求1所述的田间作物表型垂直信 息监测方法， 其特征在于， 步骤五包括如 下具体步骤： 步骤1： 所述高光谱仪获取的反射率数据和所述分析天平获取的鲜重数据， 通过偏最小 二乘回归， 实现样品含水量和干 重的反演； 步骤2： 获取的反射率数据， 通过机器学习算法耦合辐射传输物理模型， 实现样品氮含 量和叶绿素含量的反演； 步骤3： 反演获得的表型估算信息与处理编号及其层次编号实现逻辑对应， 并按层次编 号逐个添加到冠层垂直分布模型中； 步骤4： 获取的RGB图像和光谱曲线图， 用于核验异常值， 将异常值从步骤3中的模型中 剔除， 实现最 终的冠层垂直分布模型； 同时将有效数据自动划分数据集， 用于原始反演算法权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115165436 A 2的训练。 3.根据权利要求1所述的田间作物表型垂直信 息监测方法， 其特征在于， 暗箱平台内部 装有高温预警装置， 当暗箱内温度超过指定温度时会发出响声提 示散热。 4.根据权利要求1所述的田间作物表型垂直信 息监测方法， 其特征在于， 冠层分层机构 外置调速按钮， 可手动设置 分割参数； 并配有紧急制动按钮和切刀自动断电装置， 在切割仓 未关闭或其 他情况下保护操作安全。 5.根据权利要求1所述的田间作物表型垂直信 息监测方法， 其特征在于， 样品输送机构 中的监测盒底部和四周涂有 漫反射涂料， 这种涂料适用波长范围覆盖350 ‑ 2500nm的全部波段， 具有耐热性， 漫反射 性和高朗伯特性。 6.根据权利要求1所述的田间作物表型垂直信 息监测方法， 其特征在于， 监测机构中的 卤素灯为石英 ‑钨‑卤素灯， 用于模拟自然太阳光， 使样品受到的光线 是均匀一致的， 并且不 受外界光源的影响， 确保检测环境的一 致性， 且自带风扇具有冷却的功能。 7.根据权利要求1所述的田间作物表型垂直信息监测方法， 其特征在于， 在Bio ‑Master 系统中可设定样点采集的基本信息， 设定样品切割的长度和粉碎的程度以及传感器设置， 且可与样品的传感器数据一 一对应在 Bio‑Master数据展示界面呈现。 8.根据权利要求1所述的田间作物表型垂直信息监测方法， 其特征在于， 在Bio ‑Master 系统中设定所述高光谱仪的监测模式， 所述RGB相机的拍摄模式， 在Bio ‑Master界面上可实 时显示光谱和RGB图像， 当发现数据有误或没保存至后台时， 界面会弹窗提醒 再次采集。 9.根据权利要求1所述的田间作物表型垂直信 息监测方法， 其特征在于， 控制机构与 冠 层分层机构中的输送带、 旋转刀片和调速按钮连接， 控制样品的定量切割与均匀粉碎； 控制 机构与样品输送机构 中的运动直线模组连接， 控制样品盒在不同工位的移动； 控制 机构与 监测机构中的高光谱仪、 RGB相机、 天平和卤素灯连接， 控制高光谱仪的监测模式， RGB相机 拍摄模式， 天平的称重模式， 卤素灯的照明模式。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115165436 A 3