【发明授权】一种植物群体微环境控制装置及方法_北京农业信息技术研究中心;农芯科技(北京)有限责任公司_201710706881.2 

申请/专利权人:北京农业信息技术研究中心;农芯科技(北京)有限责任公司

申请日:2017-08-17

发明/设计人:赵春江;郭新宇;温维亮;卢宪菊;于泽涛

公开(公告)日:2020-05-22

代理机构:北京路浩知识产权代理有限公司

公开(公告)号:CN107624449B

代理人:王莹;李官

主分类号:A01G9/16(20060101)

地址:100097 北京市海淀区曙光花园中路11号农科大厦A座1107

分类号:A01G9/16(20060101);A01G7/04(20060101);A01G9/24(20060101);G05D27/02(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.05.22#授权;2018.02.23#实质审查的生效;2018.01.26#公开

摘要:本发明提供一种植物群体微环境控制装置及方法,植物群体微环境控制装置包括:箱体、第一传感器箱以及除湿降温装置通气口。通过第一传感器箱内的传感器对植物群体的形态结构及箱体内环境参数进行检测,根据检测结果利用箱体表面覆盖有电致变色材料以及除湿机或空调扇的作用,来调节箱体内部的光照强度、温度以及湿度。植物群体微环境控制装置在保证待测量作物群体在不测量时的自然生长的前提下,可以实现待测植物群体微环境精确控制,包括光环境、温湿度等,同时实现作物群体形态结构、同化速率、光分布等的测量。

主权项:1.一种植物群体微环境控制装置,其特征在于,包括:箱体、第一传感器箱以及除湿降温装置通气口;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,并且所述第一传感器箱的内部布置有传感器,用于对所述植物群体进行光照强度、温湿度以及二氧化碳浓度的检测;所述箱体表面覆盖有电致变色材料,用于改变所述箱体内部的光照强度;所述除湿降温装置通气口,布置在所述箱体的侧面上,用于改变所述箱体内部的温度和湿度;还包括:提升与放置连接单元和移动装置;其中,所述提升与放置连接单元布置在所述箱体的顶部;所述移动装置与所述提升与放置连接单元连接;所述移动装置,用于提升和放置所述箱体。

全文数据:一种植物群体微环境控制装置及方法技术领域[0001]本发明涉及农业信息化技术领域,更具体地,涉及一种植物群体微环境控制装置及方法。背景技术[0002]植物生长的环境因子包括光照、温度、水分、热量、养分和空气,这些因素是植物生命活动中所不能缺少的。农业生产及科学研究中,常通过对上述环境因子的调控实现农业作物的高产、高效生产。以光照为例,光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一,通过光质调节,控制植株形态建成是农业信息化领域的一项重要技术;日光是无法控制的,因此人为的补光在作物栽培中受到越来越多的认可,其可以人为控制植物生长的季节并彻底缩短植物生长的时间。因此,实现对上述多种环境因素的有效调控,对于农业作物生产与科研具有重要作用。但目前对上述因素的调控多为在室内或设施中开展,难以实现大田环境下的多个环境因子调控。[0003]人们通过构建设施或室内微环境实现光能的有效利用,最常见的方式是人工气候培养箱,其是具有光照、加湿功能的高精度冷热恒温设备,为研究者提供一个理想的人工气候实验环境;日光温室、连栋温室和塑料大棚也可实现植物生长光环境的控制,其主要是通过内置补光灯实现设施环境内光的补充、通过遮光帘减少进入设施内的光能;一种垂直开启式自动冠层同化箱,箱体采用高透光材料,实现大田条件下的作物冠层可控光环境,并结合二氧化碳浓度等参数变化的测量实现了冠层光和速率的测量。[0004]人工气候培养箱为室内可控光环境装置,只适合微小植物或植物生长早期的实验,且与作物实际在大田生长情况有一定的差异;设施环境内的作物生长条件仍与大田作物生长有较大的环境差异,且由于设施环境较大,难以实现某一微环境的高精度环境控制;一种垂直开启式自动冠层同化箱仅能实现指定位置植物群体的同化速率测量,且其对光环境无法实现自主控制,依赖于箱体材料透光和自然光环境的变化。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。发明内容[0005]为了至少部分地克服现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种植物群体微环境控制装置及方法。[0006]根据本发明的一个方面,提供一种植物群体微环境控制装置,包括:箱体、第一传感器箱以及除湿降温装置通气口;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,并且所述第一传感器箱的内部布置有传感器,用于对所述植物群体进行光照强度、温湿度以及二氧化碳浓度的检测;所述箱体表面覆盖有电致变色材料,用于改变所述箱体内部的光照强度;所述除湿降温装置通气口,布置在所述箱体的侧面上,用于改变所述箱体内部的温度和湿度。[0007]其中,还包括:提升与放置连接单元和移动装置;其中,所述提升与放置连接单元布置在所述箱体的顶部;所述移动装置与所述提升与放置连接单元连接;所述移动装置,用于提升和放置所述箱体。[0008]其中,所述第一传感器箱里面布置有第一光合有效辐射传感器、气体温湿度传感器、图像传感器、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,所述第一光合有效辐射传感器,用于检测所述植物群体上部的光照强度;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。[0009]其中,还包括:补光灯、侧面图像获取单元以及气体混匀装置;其中,所述补光灯安装在所述箱体内部,用于对所述箱体内的植物群体补光;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。所述气体混匀装置设置在所述箱体内部的一个侧面上,包括风扇和风筒;所述风扇布置在所述风筒的进风口处。[0010]其中,还包括:滑动支撑杆、可滑动的光合有效辐射传感器以及第二传感器箱;其中,[0011]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二光合有效辐射传感器和气体温湿度传感器;[0012]所述第二光合有效辐射传感器,用于测量所述箱体外部的光照强度;[0013]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。[0014]所述滑动支撑杆竖直设置在所述箱体内部的框架上;[0015]所述可滑动光合有效辐射传感器,在所述滑动支撑杆上面上下滑动,用于检测所述植物群体光照强度。[0016]根据本发明的另一个方面,提供一种植物群体微环境控制方法,包括:利用第一传感器箱内部设置的第一光合有效辐射传感器测量得到箱体内部的光照强度,通过调节所述箱体上覆盖的电致变色材料的颜色,调节所述箱体内部的光照强度,其中,所述第一传感器箱设置在所述箱体的内部;利用所述第一传感器箱内部设置的气体温湿度传感器测量得到所述箱体内部的温度和湿度,将除湿机或空调扇的换气管通过除湿降温装置通气口进入所述箱体的内部,调节所述箱体内部的温度和湿度。[0017]其中,还包括:移动装置和布置在所述箱体的顶部提升与放置连接单元连接;通过所述移动装置对所述箱体的位置进行提升和放置。[0018]其中,还包括:布置在所述箱体内部的侧面图像获取单元,在所述箱体匀速下降过程中拍摄植物群体的图像序列,将所述图像序列拼接为植物群体侧面图像,并基于图像提取方法提取最高点,结合分辨率计算株高;通过所述植物群体侧面图像、株高以及通过所述第一传感器箱内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取的植物群体图像,获取立体图像,并基于所述立体图像提取所述植物群体的三维骨架;基于所述三维骨架,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,生成所述植物群体的三维模型。[0019]其中,还包括:利用布置在所述箱体内部的滑动支撑杆和可滑动光合有效辐射传感器,测量所述箱体内不同高度光合有效辐射;利用所述第一光合有效辐射传感器,测量所述植物群体上部的光照强度,并基于植物群体内三维光分布计算方法,计算所述植物群体内不同位置的光合有效辐射分布;基于上述不同位置的光合有效辐射测定值,实现所述植物群体内光合有效辐射分布模拟的校准。[0020]其中,还包括:通过所述第一传感器箱内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取箱体内部植物群体的图像,结合图像分割方法提取箱体内植物群体的覆盖度;基于所述箱体内部植物群体的《2浓度变化、大气压变化、湿度变化、箱体体积、箱体内的温度以及所述植物群体覆盖度,测量所述植物群体的光合速率;基于所述箱体内的光照强度和所述植物群体的光合速率,获取所述植物群体的光反应曲线。[0021]综上,本发明提供一种植物群体微环境控制装置,通过第一传感器箱内的传感器对植物群体的形态结构及箱体内环境参数进行检测,根据检测结果利用箱体表面覆盖有电致变色材料以及除湿机或空调扇的作用,来调节箱体内部的光照强度、温度以及湿度。植物群体微环境控制装置在保证待测量作物群体在不测量时的自然生长的前提下,可以实现待测植物群体微环境精确控制,包括光环境、温湿度等,同时实现作物群体形态结构、同化速率、光分布等的测量。附图说明[0022]图1为根据本发明实施例的一种植物群体微环境控制装置的结构示意图。具体实施方式[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。[G024]图1为根据本发明实施例的一种植物群体微环境控制装置的结构示意图,如图1所示,包括:箱体1、第一传感器箱6以及除湿降温装置通气口5;其中,[0025]所述箱体1前后左右及上表面密闭,下表面为空;[0026]所述第一传感器箱6布置在所述箱体1内部的上表面,并且所述第一传感器箱6的内部布置有传感器,用于对所述植物群体进行光照强度、温湿度以及二氧化碳浓度的检测;[0027]所述箱体1表面覆盖有电致变色材料,用于改变所述箱体1内部的光照强度;[0028]所述除湿降温装置通气口5布置在所述箱体丨的侧面上,用于改变所述箱体1内部的温度和湿度;[0029]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。[0030]其中,箱体1的高度根据待测植物的高度来确定。[0031]其中,除湿降温装置通气口5布置在箱体1的一个侧面上,可以为箱体1的前后左右四个表面,优选地,除湿降温装置通气口5布置在箱体1的前表面上。[0032]其中,电致变色是指材料的光学属性反射率、透过率、吸收率等在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象,在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料,用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。[0033]其中,除湿降温装置通气口5为透明盖式,平时关闭,需要对箱体1内做除湿或降温处理时打开盖子,将除湿机或空调扇的换气管由该位置伸入箱体1的内部。[0034]具体地,通过箱体1内部的上表面固定的第一传感器箱6的内部布置的传感器,对植物群体进行光照强度、温湿度以及二氧化碳浓度的检测;根据上述传感器的检测结果,可以对箱体1内部的光照强度、温湿度进行相应的调整,当光照强度不符合要求时,通过箱体1表面覆盖有电致变色材料,来改变箱体1内部的光照强度;当温湿度不符合要求时,将除湿机或空调扇的电源打开,打开除湿降温装置通气口5,通过除湿机或空调扇的换气管输伸入箱体1的内部,来改变箱体1内部的温度和湿度。[0035]本实施例提供了一种植物群体微环境控制装置,通过第一传感器箱内的传感器对植物群体进行检测,根据检测结果利用箱体表面覆盖有电致变色材料以及除湿机或空调扇的作用,来调节箱体内部的光照强度、温度以及湿度。植物群体微环境控制装置在保证待测量作物群体在不测量时的自然生长的前提下,可以实现待测植物群体微环境精确控制。[0036]在本发明的另一个实施例中,在上述实施例的基础上,还包括:提升与放置连接单元8和移动装置;其中,[0037]所述提升与放置连接单元8布置在所述箱体1的顶部;[0038]所述移动装置与所述提升与放置连接单元8连接;[0039]所述移动装置,用于提升和放置所述箱体1。[0040]优选地,提升与放置连接单元8—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。[0041]其中,箱体1的移动装置有以下三种:[0042]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8,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。[0043]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。[0044]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。、、[0045]本实施例提供了一种植物群体微环境控制装置,一个箱体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;箱体在不测量时,不放置在待测植物群体上方,避免了箱体对光温水气热等因素对作物生长造成的影响,保证了待测植物群体的自然生长环境。[0046]优选地,所述箱体1底部的边均具有锋利的边缘;[0047]所述箱体1顶部安装有液压装置1〇,所述液压装置1〇用于将所述箱体1底部压入到土壤中。[0048]优选地,箱体1底部的四条边均具有锋利的边缘。[0049]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。[0050]优选地,箱体1被放下后,通过液压装置10将箱体1下部进入土层10-20cm,从而避免箱体底部空气的流动。[0051]在本发明又一个实施例中,在上述实施例的基础上,所述第一传感器箱6的内部布置有第一光合有效辐射传感器、气体温湿度传感器、图像传感器、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,[0052]所述第一光合有效辐射传感器,用于检测所述植物群体上部的光照强度;[0053]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;[0054]所述图像传感器,用于检测所述植物群体的图像;[0055]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;[0056]所述大气压传感器,用于检测所述箱体1内的大气压;[0057]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。[0058]具体地,箱体移动装置将箱体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6内置的光合有效辐射传感器测量得到箱体1内的光照强度,通过调节电致变色材料的颜色,实现自然光线的遮光效果;通过第一传感器箱6内置的温湿度传感器,实时检测箱体1内的温湿度;通过除湿降温装置通气口5,连接外置的除湿器或空调扇,结合箱体1内置的风扇3与风筒4,实现温湿度的控制;通过第一传感器箱6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C〇2浓度变化、大气压变化;通过箱体内部植物在一段时间内的C02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;通过补光灯和电致变色材料的调节,控制箱体内光强的变化,结合上述植物群体光合速率的测定方法,可测定不同光照强度下的光合速率,BP获取植物群体的光反应曲线。[0059]在本发明又一个实施例中,在上述实施例的基础上,还包括:补光灯7、侧面图像获取单元以及气体混匀装置;其中,[0060]所述补光灯7安装在所述箱体1内部,用于对所述箱体1内的植物群体补光;[0061]所述侧面图像获取单元9布置在所述箱体1内部的一个侧面上,用于获取所述植物群体的侧面图像。[0062]所述气体混匀装置设置在所述箱体1内部的一个侧面上,包括风扇3和风筒4;[0063]所述风扇3布置在所述风筒4的进风口处。[0064]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。[0065]其中,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。[0066]其中,箱体1固定后,通过第一传感器箱6内置的光合有效辐射传感器测量得到箱体1内的光照强度,通过调节电致变色材料的颜色,实现自然光线的遮光效果;通过调节箱体1内补光灯7的强弱实现补光效果;综合利用上述遮光与补光方法,可实现箱体1内阴天、多云、晴天的模拟。[0067]优选地,侧面图像获取单元9为摄像机。[0068]可以理解的是,借助侧面图像获取单元9在箱体1匀速下降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6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。[0069]在本发明又一个实施例中,在上述实施例的基础上,还包括:滑动支撑杆11、可滑动的光合有效辐射传感器12以及第二传感器箱13;其中,[0070]所述第二传感器箱I3布置在所述箱体1顶部的外表面,所述第二传感器箱13的内部布置有第二光合有效辐射传感器和气体温湿度传感器;[0071]所述第二光合有效辐射传感器,用于测量所述箱体1外部的光照强度;[0072]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。[0073]所述滑动支撑杆11竖直设置在所述箱体1内部的框架上;[0074]所述可滑动光合有效辐射传感器12,在所述滑动支撑杆11上面上下滑动,用于检测所述植物群体光照强度。[0075]具体地,通过第二光合有效辐射传感器测量箱体1外部的光照强度;[0076]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。[0077]具体地,滑动支撑杆11竖直设置在箱体1内部的框架上,可以沿着框架左右滑动;可滑动光合有效辐射传感器I2在滑动支撑杆11上面上下滑动;滑动支撑杆1i结合可滑动的光合有效辐射传感器12用于检测植物群体任意位置的光照强度。[0078]可以理解的是,利用滑动支撑杆11和可滑动光合有效辐射传感器12,可实现箱体i内不同高度光合有效辐射的测定;利用第一传感器箱6的内部布置有第一光合有效辐射传感器,可测量得到植物群体上部的光照强度,并结合植物群体内三维光分布计算方法,实现植物群体内不同位置的光合有效辐射分布计算,结合上述不同高度光合有效辐射测定值,可实现植物群体内光合有效辐射分布模拟的校准。[0079]在本发明的一个实施例中,提供一种植物群体微环境控制方法,包括:[0080]利用第一传感器箱内部设置的第一光合有效辐射传感器测量得到箱体内部的光照强度,通过调节所述箱体上覆盖的电致变色材料的颜色,调节所述箱体内部的光照强度,其中,所述第一传感器箱设置在所述箱体的内部;[0081]利用所述第一传感器箱内部设置的气体温湿度传感器测量得到所述箱体内部的温度和湿度,将除湿机或空调扇的换气管通过除湿降温装置通气口进入所述箱体的内部,调节所述箱体内部的温度和湿度。[0082]其中,箱体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。箱体的材料米用轻质里的材料,例如,铝合金等,以保证整个箱体质量较小,易于移动。[0083]其中,箱体的高度根据待测植物的高度来确定。[0084]可以理解的是,通过第一传感器箱内置的光合有效辐射传感器测量得到箱体内的光照强度,通过调节电致变色材料的颜色,实现自然光线的遮光效果;通过第一传感器箱内置的温湿度传感器,实时检测箱体内的温湿度,通过除湿降温装置通气口,连接外置的除湿器或空调扇,实现温湿度的控制。[0085]本实施例提供了一种植物群体微环境控制方法,将箱体放置在待测量位置,通过第一传感器箱内的传感器对植物群体进行检测,根据检测结果利用箱体表面覆盖有电致变色材料以及除湿机或空调扇的作用,来调节箱体内部的光照强度、温度以及湿度。一个箱体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;箱体在不测量时,不放置在待测植物群体上方,避免了箱体对光温水气热等因素对作物生长造成的影响,保证了待测植物群体的自然生长环境。[0086]其中,箱体内部还设置有气体混匀装置,气体混匀装置设置在箱体内部的一个侧面上,包括风扇和风筒;风筒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,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,风扇吸进箱体上部的气体,通过导气管传送到箱体下部,再由弯头改变气流的方向为水平风向,吹向箱体下部中央区域。[0087]其中,箱体内部还设置有补光灯,补光灯安装在箱体内部,用于对箱体内的植物群体补光。[0088]其中,第一传感器箱里面还布置有图像传感器、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。图像传感器,用于检测所述植物群体的图像;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;大气压传感器,用于检测所述箱体内的大气压;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。[0089]其中,箱体内部还包括滑动支撑杆和可滑动的光合有效辐射传感器;滑动支撑杆竖直设置在箱体内部的框架上;可滑动光合有效辐射传感器在滑动支撑杆上面上下滑动;滑动支撑杆结合可滑动的光合有效辐射传感器用于检测植物群体任意位置的光照强度。[0090]在本发明又一个实施例中,在上述实施例的基础上,还包括:[0091]移动装置和布置在所述箱体的顶部提升与放置连接单元连接;[0092]通过所述移动装置对所述箱体的位置进行提升和放置。[0093]优选地,提升与放置连接单元一共设置个,分别布置在箱体的顶部的四条边的正中间位置。[0094]其中,箱体的移动装置有以下三种:[0095]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的提升与放置连接单元8,通过伸缩装置实现轨道的提升与放置,箱体被提升后通过伸缩装置在轨道上的移动,实现箱体在不同测量位置间的移动与放置。[0096]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连接,实现箱体的提升、放置与不同测量位置间的移动与放置。[0097]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,底部用于连接箱体的提升与放置连接单元,实现箱体的提升、放置与不同测量位置间的移动与放置。[0098]优选地,箱体底部的四条边均具有锋利的边缘。锋利的边缘可以更方便的让箱体下部进入土层。[0099]优选地,箱体顶部的四个角,分别安装有液压装置,其中液压装置为电动液压装置。[0100]优选地,箱体被放下后,通过液压装置将箱体下部进入土层10-20cm。[0101]在本发明又一个实施例中,在上述实施例的基础上,还包括:[0102]布置在所述箱体内部的侧面图像获取单元,在所述箱体匀速下降过程中拍摄植物群体的图像序列,将所述图像序列拼接为植物群体侧面图像,并基于图像提取方法提取最高点,结合分辨率计算株高;[0103]通过所述植物群体侧面图像、株高以及通过所述第一传感器箱内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取的植物群体图像,获取立体图像,并基于所述立体图像提取所述植物群体的三维骨架;[0104]基于所述三维骨架,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,生成所述植物群体的三维模型。[0105]优选地,侧面图像获取单元为摄像机。[0106]可以理解的是,借助侧面图像获取单元在箱体匀速下降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获取图像序列拼接的植物侧面图像、株高以及通过第一传感器箱内置的图像传感器、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,生成箱体内植物群体的三维模型。[0107]在本发明又一个实施例中,在上述实施例的基础上,利用布置在所述箱体内部的滑动支撑杆和可滑动光合有效辐射传感器,测量所述箱体内不同高度光合有效辐射;[0108]利用所述第一光合有效辐射传感器,测量所述植物群体上部的光照强度,并基于植物群体内三维光分布计算方法,计算所述植物群体内不同位置的光合有效辐射分布;[0109]基于上述不同位置的光合有效辐射测定值,实现所述植物群体内光合有效辐射分布模拟的校准。[0110]其中,利用滑动支撑杆和可滑动光合有效辐射传感器,可实现箱体内不同高度光合有效辐射的测定;利用第一传感器箱的内部布置有第一光合有效辐射传感器,可测量得到植物群体上部的光照强度,并结合植物群体内三维光分布计算方法,实现植物群体内不同位置的光合有效辐射分布计算,结合上述不同高度光合有效辐射测定值,可实现植物群体内光合有效辐射分布模拟的校准。[0111]在本发明又一个实施例中,在上述实施例的基础上,通过所述第一传感器箱内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取箱体内部植物群体的图像,结合图像分割方法提取箱体内植物群体的覆盖度;[0112]基于所述箱体内部植物群体的C02浓度变化、大气压变化、湿度变化、箱体体积、箱体内的温度以及所述植物群体覆盖度,测量所述植物群体的光合速率;[0113]基于所述箱体内的光照强度和所述植物群体的光合速率,获取所述植物群体的光反应曲线。[0114]其中,通过第一传感器箱内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取箱体内部植物群体的图像,结合图像分割方法提取箱体内植物群体的覆盖度。[0115]其中,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C〇2浓度变化、大气压变化;通过箱体内部植物在一段时间内的C〇2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;通过补光灯和电致变色材料的调节,控制箱体内光强的变化,结合上述植物群体光合速率的测定方法,可测定不同光照强度下的光合速率,即获取植物群体的光反应曲线。[0116]本实施例提供了一种植物群体微环境控制方法,在保证待测量作物群体在不测量时的自然生长的前提下,可以实现待测植物群体微环境精确控制,包括光环境、温湿度等,同时实现作物群体形态结构、同化速率、光分布光、反应曲线等的测量。[0117]虽然结合附图描述了本发明的实施方式,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明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。

权利要求:1.一种植物群体微环境控制装置,其特征在于,包括:箱体、第一传感器箱以及除湿降温装置通气口;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,并且所述第一传感器箱的内部布置有传感器,用于对所述植物群体进行光照强度、温湿度以及二氧化碳浓度的检测;所述箱体表面覆盖有电致变色材料,用于改变所述箱体内部的光照强度;所述除湿降温装置通气口,布置在所述箱体的侧面上,用于改变所述箱体内部的温度和湿度。2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:提升与放置连接单元和移动装置;其中,所述提升与放置连接单元布置在所述箱体的顶部;所述移动装置与所述提升与放置连接单元连接;所述移动装置,用于提升和放置所述箱体。3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一传感器箱的内部布置有第一光合有效辐射传感器、气体温湿度传感器、图像传感器、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,所述第一光合有效辐射传感器,用于检测所述植物群体上部的光照强度;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。4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:补光灯、侧面图像获取单元以及气体混匀装置;其中,所述补光灯安装在所述箱体内部,用于对所述箱体内的植物群体补光;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。所述气体混匀装置设置在所述箱体内部的一个侧面上,包括风扇和风筒;所述风扇布置在所述风筒的进风口处。5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:滑动支撑杆、可滑动的光合有效辐射传感器以及第二传感器箱;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二光合有效辐射传感器和气体温湿度传感器;所述第二光合有效辐射传感器,用于测量所述箱体外部的光照强度;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。所述滑动支撑杆竖直设置在所述箱体内部的框架上;所述可滑动光合有效辐射传感器,在所述滑动支撑杆上面上下滑动,用于检测所述植物群体光照强度。6.—种植物群体微环境控制方法,其特征在于,包括:利用第一传感器箱内部设置的第一光合有效辐射传感器测量得到箱体内部的光照强度,通过调节所述箱体上覆盖的电致变色材料的颜色,调节所述箱体内部的光照强度,其中,所述第一传感器箱设置在所述箱体的内部;利用所述第一传感器箱内部设置的气体温湿度传感器测量得到所述箱体内部的温度和湿度,将除湿机或空调扇的换气管通过除湿降温装置通气口进入所述箱体的内部,调节所述箱体内部的温度和湿度。7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括:移动装置和布置在所述箱体的顶部提升与放置连接单元连接;通过所述移动装置对所述箱体的位置进行提升和放置。8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括:布置在所述箱体内部的侧面图像获取单元,在所述箱体匀速下降过程中拍摄植物群体的图像序列,将所述图像序列拼接为植物群体侧面图像,并基于图像提取方法提取最高点,结合分辨率计算株尚;通过所述植物群体侧面图像、株高以及通过所述第一传感器箱内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取的植物群体图像,获取立体图像,并基于所述立体图像提取所述植物群体的三维骨架;基于所述三维骨架,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,生成所述植物群体的三维模型。9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括:利用布置在所述箱体内部的滑动支撑杆和可滑动光合有效辐射传感器,测量所述箱体内不同高度光合有效辐射;利用所述第一光合有效辐射传感器,测量所述植物群体上部的光照强度,并基于植物群体内三维光分布计算方法,计算所述植物群体内不同位置的光合有效辐射分布;基于上述不同位置的光合有效辐射测定值,实现所述植物群体内光合有效辐射分布模拟的校准。10.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括:通过所述第一传感器箱内置的图像传感器、高光谱传感器和多光谱传感器获取箱体内部植物群体的图像,结合图像分割方法提取箱体内植物群体的覆盖度;基于所述箱体内部植物群体的C〇2浓度变化、大气压变化、湿度变化、箱体体积、箱体内的温度以及所述植物群体覆盖度,测量所述植物群体的光合速率;基于所述箱体内的光照强度和所述植物群体的光合速率,获取所述植物群体的光反应曲线。

百度查询: 北京农业信息技术研究中心;农芯科技(北京)有限责任公司 一种植物群体微环境控制装置及方法

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