[發明專利]一種設施作物生長信息無損檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201110363764.3
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102384767A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 張曉東;毛罕平;左志宇;高洪燕;朱文靜;周瑩
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種設施作物生長信息無損檢測裝置和方法，屬于設施作物監測技術領域。特指利用設施作物的可見光-近紅外反射光譜、多光譜圖像、冠層溫度、冠層光照、環境溫濕度和荷重傳感器進行作物生長信息的無損檢測，能夠通過光譜、視覺圖像、紅外溫度探測等多種無損探測技術的有機融合，結合作物生長的光照和溫濕度環境監測，全方位同步獲取設施作物的氮、磷、鉀、水分和冠層面積、莖粗、株高、果實質量等作物生長的綜合信息，通過該裝置提供的信息，能夠根據設施作物的生長狀態和動態需求，進行水肥管理和設施環境調控。

背景技術

設施作物生長信息是指包括作物的主要營養元素水平、水分、莖果葉長勢等的綜合信息。

我國設施園藝總面積世界第一，其中代表設施園藝現代化水平的大型連棟溫室面積的比例逐年增加。但是由于缺乏先進適用的設施作物需肥需水信息與長勢信息檢測系統，無法對作物的營養水份、長勢信息進行全面、精確的檢測和解析，無法感知和反映作物生長真實的調控要求，造成作物產量潛力沒有被充分挖掘。而要獲得高產優質的產品和高經濟效益的回報，就必須依據作物的實際需求，通過獲取一系列的作物生長信息，并對生長信息進行綜合評價，根據評價結果進行水肥管理和環境調控。因此，迫切需要應用更加全面、系統、科學的作物生長信息檢測裝置，指導現代設施的生產運行，以提高產量，降低調控成本，減少過量施肥造成的浪費和面源污染，提高經濟效益。

設施作物生長信息無損檢測主要包括作物氮磷鉀營養、水分等養分檢測和冠層面積、莖粗、株高、植株生長速率、果實質量和生長速率等長勢信息檢測兩個方面。由于作物營養和水分缺乏和過剩時，會引起作物葉片表面和內部組織生理特性改變，從而引起作物葉片和冠層對光譜的反射特性和圖像特征發生改變。同時，作物的水分脅迫狀態與其冠層溫度顯著相關，通過對不同飽和水汽壓下冠-氣溫差（冠層溫度與環境溫度之差）變化規律的分析，可以對植株的水分信息進行無損檢測。而作物的冠層面積、莖粗、株高、果實外觀等長勢信息也可以通過圖像方法進行獲取。

目前，作物營養、水分檢測方面已有一些相關研究。作物營養缺乏和過剩會引起作物光譜反射特性的改變。基于這一原理，在光譜檢測方面，申請號為200510088935.0的發明專利申請，公開了一種便攜式植物氮素和水分含量的無損檢測方法及測量儀器，通過檢測植株葉片在四個特征波長處的光譜反射強度信息來進行植物的營養診斷，利用對四個波長植被指數的反演來獲取植物的氮素和含水率信息。申請號為200820078489.4的實用新型專利申請，公開了一種氮反射指數檢測儀，利用作物葉片在兩個特定波長處的光譜反射信息作為氮反射指數，進而推斷作物的產量和品質。申請號為200510088935.0的發明專利申請，公開了一種植物葉片生理指標的無損檢測方法，可以利用380～1100nm的光譜反射信息對葉綠素、葉黃素，氮素和水分等進行檢測。在申請號為200410048127.7的發明專利申請，公開了一種基于自然光照反射光譜的黃瓜葉片含氮量預測方法，可以通過黃瓜葉片在指定波長處的光譜反射強度得出葉片的反射植被指數，進而判斷其氮素水平。目前，作物營養和水分等養分信息光譜診斷的專利所涉及的研究方法，主要是利用植物葉片在某些特定波長處的光譜反射率及其組合信息對作物的營養進行檢測，也就是說，通過對單個葉片的光譜反射率分析，進而推斷單個植株的營養狀況，并據此分析區域內植物的群體營養水平。而僅僅利用植物的葉片信息，無法充分表征整株植物的營養狀態，因此，通過單個葉片來推知作物的營養水平則會造成很大的誤差。因此，基于冠層水平的營養診斷方法才能真正滿足需要。另外，由于光譜信息采集采用的是點源采樣方式，對采樣點要求較高，且易受背景和環境因素的影響，因此，僅利用作物的反射光譜信息進行營養和水分檢測誤差較大。