[發明專利]一種戶外高通量植物表型信息采集方法

有效

• 申請號: 202010119517.8
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111323077B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 張慧春;楊琨琪;邊黎明;鄭加強;周宏平
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01D11/30;F16M11/04;F16M11/18;F16M11/36;G08C17/02;H04W4/02;H04W4/38
• 代理公司: 深圳市洪荒之力專利代理有限公司 44541
• 代理人: 李向丹

1.一種戶外高通量植物表型信息采集方法，其特征在于：包括，

植物表型信息采集裝置，所述植物表型信息采集裝置包括采集平臺、Wi-Fi無線通訊模塊、微處理器、高光譜相機、激光雷達、可見光相機、熱成像儀、GPS定位模塊、風速傳感裝置，所述的高光譜相機、激光雷達、可見光相機、熱成像儀都與微處理器電連接，且都設置在采集平臺的下方，朝向地面方向，用于采集植物表型信息；GPS定位模塊、風速傳感裝置位于采集平臺上；

集成控制中心，包括意法半導體32位系列微控制器芯片、交互觸摸屏、能夠與Wi-Fi無線通訊模塊進行通訊的無線路由器、電池，所述的集成控制中心對戶外高通量植物表型信息采集平臺進行控制以及對采集到的表型數據進行存儲；

可調節支撐桿，至少三個，支撐在地面上，每個可調節支撐桿上部設置一個懸索收放裝置；懸索收放裝置具有與無線路由器進行通訊的第二無線通訊模塊，采集平臺上部與各懸索收放裝置之間以懸索相連，懸索收放裝置在第二無線通訊模塊收到的集成控制中心發出的指令的控制下動作，以調節懸索長度；

所述的一種戶外高通量植物表型信息采集方法中還包括太陽能電池板，太陽能電池板位于所述可調節支撐桿的頂端，可調節支撐桿內部具有蓄電池，太陽能電池板的電能輸出端與蓄電池相連；

所述的一種戶外高通量植物表型信息采集方法還包括與可調節支撐桿數量相同的可折疊輻射式支架；所述可折疊輻射式支架由支撐盤、固定套、立桿、至少三個支架腿組成，每個支架腿是由一號連桿、二號連桿、三號連桿構成四連桿結構，一號連桿上端鉸接在支撐盤上，一號連桿通過二號連桿與三號連桿中部鉸接，三號連桿一端與固定套鉸接，三號連桿一端支撐在地面上；立桿上下兩端分別與支撐盤和固定套連接；每個可調節支撐桿下端與一個支撐盤上端相連；

立桿周向可轉動但軸向不可移動地設置在固定套內，立桿上端與支撐盤以螺紋配合，轉動立桿時，支撐盤沿立桿軸向上下移動；

采集平臺上部周向設置有多個滾輪，懸索收放裝置為固定在可調節支撐桿上的步進電機，每根繞過滾輪的懸索一端卷繞在步進電機輸出軸上，另一端固定在可調節支撐桿或步進電機殼體上；

可調節支撐桿包括兩根在電動推桿的驅動下可以相對軸向移動的伸縮桿，控制電動推桿的控制器和與無線路由器進行通訊的第三無線通訊模塊相連；

包括以下步驟：

步驟一、把調節支撐桿支撐在地面上，將懸索收放裝置固定在可調節支撐桿上，把懸索分別與懸索收放裝置和植物表型信息采集裝置相連；

步驟二、通過集成控制中心上的交互觸摸屏輸入指令給意法半導體32位系列微控制器芯片，意法半導體32位系列微控制器芯片將指令處理以后通過無線路由器、第三無線通訊模塊發送給電動推桿，通過電動推桿動作對可調節支撐桿的高度進行調節；

步驟三、通過GPS定位模塊與WI-FI無線通訊模塊定位位置，即戶外XYZ的坐標位置；微處理器將位置信息通過WI-FI無線通訊模塊發送到集成控制中心，集成控制中心接受到戶外高通量植物表型信息采集平臺的位置信息后，再根據目標區域的位置坐標通過無線路由器、第二無線通訊模塊發送指令給懸索收放裝置；

步驟四、懸索收放裝置動作，調節懸索的收放長度，從而控制植物表型信息采集裝置到達指定位置；通過可調節支撐桿上的作為懸索收放裝置的步進電機來控制懸索的收放長度的具體過程為，通過集成控制中心將指令發送給步進電機，步進電機根據植物表型信息采集裝置需要到達的坐標位置控制懸索的伸縮長度，步進電機的速度通過PID控制算法控制，以確保運行的穩定性；

步驟五、根據采集方式，然后使用植物表型信息采集裝置上的高光譜相機、激光雷達、可見光相機、熱成像儀同時對戶外植物進行表型信息采集；

采集方式包括定點懸停采集、逐塊掃描采集和逐行掃描采集，具體過程為，

定點懸停采集：適用于單株植物的表型信息采集，植物表型信息采集裝置按照集成控制中心的位置控制指令到達指定位置并懸停在該指定位置，當植物表型信息采集裝置穩定以后對目標地區的植物進行表型信息采集；可見光相機采集圖像用于獲取尺寸、株型、幾何結構、綠度信息，高光譜相機采集圖像用于獲取植物水分狀況及健康指數信息，熱成像儀采集圖像用于獲取冠層或葉片溫度信息，激光雷達采集植物的三維點云從而獲取植物的郁閉度、葉面積指數、生物量信息；

逐塊掃描采集、逐行掃描采集：適用于大范圍植物的快速表型數據采集，植物表型信息采集裝置按一定的移動速度在給定區域按逐行掃描模式勻速移動，可見光相機連續采集植物表型圖像，通過尺度不變特征變換算法識別植物并提取表型信息；

步驟六、采集到的植物表型信息數據通過WI-FI無線通訊模塊發送給集成控制中心，集成控制中心對接受到的植物表型信息進行分析并儲存。