無人車式高通量表型采集分析平臺（橫跨式）

一、產品介紹

無人車式高通量表型采集分析平臺（橫跨式）是針對田間或溫室環境下植物表型鑒定需求設計的，以無人車等移動平臺為載體的，集植物表型圖像采集與參數分析功能于一體的高通量平臺。平臺采用輪式機器人，包含高清攝像頭、定位系統、控制系統等，具備自主避障的能力，實現自主巡航，同時進行信息采集上傳。平臺支持配置多光譜、高光譜、可見光、激光雷達、熱紅外等多種成像技術，能夠快速、高效地采集植物表型數據。對植物的冠層信息、長勢信息、營養信息進行研究。適用于遺傳育種、植物生理學、植物病理學、生態學、環境科學、植物保護等研究領域。

二、適用場景

無人車式高通量表型采集分析平臺（橫跨式）可進行田間或溫室內場景下的地栽和盆栽作物高通量表型參數的采集與應用，適應田間環境、作物栽培要求、用戶實驗要求以及作物生理要求，可用于實驗應用中的生長研究、逆境響應、病害研究等多種場景。

三、系統組成

1、 無人車移動單元：采用輪式無人車，包含多功能成像單元、北斗定位系統、控制系統等，無人車具備自主避障的能力，實現采集路線的自主巡航，可搭載成像傳感器進行作物掃描成像，同時進行信息采集上傳。

2、 多維傳感融合圖像成像單元：包含可見光成像、激光雷達成像、高光譜成像、紅外熱成像模塊。各成像模塊均支持獨立或組合工作，并配有專業表型軟件進行采集成像和解析。支持成像模塊擴展。

3、邊緣計算與解析單元：平臺采用全自研算法，可對多種常見植物的冠層信息、長勢信息、營養信息進行測定，根據客戶需求，各模塊支持設計定制關聯模型，支持對特定類型脅迫響應程度或病害等級進行具體分析。

4、數據管理單元：配備專業分析軟件，支持用戶通過自建實驗工程，對不同成像單元進行數據采集成像，圖像分析，圖像處理，數據查看、數據導出等，也可根據不同的實驗課題、實驗要求進行整個實驗周期數據管理。

成像單元模塊：

可配置可見光成像、激光雷達成像、高光譜成像、紅外熱成像等多種類型的成像模塊。模塊支持定制化選配。

1、可見光成像模塊：主要分析作物顏色、形態及紋理參數，包含作物總面積、綠葉面積占比、可見葉片邊緣長度、作物持綠特性、卷葉程度、枯死葉比例、植株緊湊度、植株伸展度、株型分散度等。

2、激光雷達成像單元：獲取高精度植物點云，基于算法生成植物的高精度三維模型，精確測量作物的高度、冠幅等生長參數；分析植物的形態結構，如葉片分布、枝條形態，可以用于監測植物在不同生育期的動態變化。

3、高光譜/多光譜成像單元：基于多個波段的植物光譜反射信息，可實現植物NDVI等植被指數的獲取，通過不同光譜波段數據分析植物健康狀況，評估養分狀態；用于解析植物組分含量變化、營養狀況以及生長狀況。

4、紅外熱成像單元：檢測植物表面的溫度分布，可實現識別缺水或過水等生理狀態，識別病蟲害或脅迫反應，并通過智能算法推測植物的蒸騰作用強度。評估植物對不同環境條件的響應。

四、功能特點

1、高度集成：高度集成控制與成像技術，高度集成可見光成像、高光譜成像單元的采集與分析，實現全自動、高通量對植物成像解析；

2、自動化移動系統：系統采用全自動移動裝置，可前后左右掉頭移動，配備智能化圖像采集模塊，可實現系統全程自動化運行，減少人工操作誤差；

3、自動化參數解析：系統自動內置作物解析模型算法，根據可見光、高光譜等模塊直接自動解析多項作物表型參數和生理參數；

4、配備數據采集與分析軟件：集成多種光學傳感器采集接口，可在軟件上操作系統進行全自動運行和各成像單元的采集與分析，分析結果自動儲存到實驗數據；

5、數據展示分析：支持對測量的數據進行進一步分析展示，如可根據時間序列圖進行柱狀圖、曲線圖、散點圖等進行展示，便于直觀感知數據變化趨勢和進一步挖掘。

6、靈活配置：系統支持多維度傳感模塊，多類型成像傳感器類型支持自定義選配；

7、安全設計：系統具有限位裝置、急停按鈕等安全保護裝置，配有故障警報裝置，保障操作安全性。停機、故障、離線等情況不影響系統穩定性，保障意外狀態下平穩運行；

8、數據安全：數據采用安全傳輸模式，儲存空間無限擴容，保障用戶需求的同時保障數據安全；

9、定制化設計：可配合用戶實驗開展需求設計，根據不同作物定制化不同實驗檢測方案，定制化軟件開發，所有軟件保證長期更新升級。

五、技術參數

1、無人車移動單元

測量高度：0~1.5m，可根據用戶情況定制化設計

可搭載傳感器：包括可見光相機、高光譜相機、紅外相機、激光雷達等

行駛精度：±5cm

田間檢測速度：0-1m/s

續航時間：全時作業續航時間≥5小時

2、可見光成像單元

傳感器類型：全彩高分辨率RGB工業相機

每區域拍攝圖像幀數：1（可定制）

測量參數：包含作物總面積、綠葉面積、綠葉面積占比、分形維數、內接矩面積、內接矩寬度、高度、周長面積比、總面積最小內接矩面積比、凸包面積、可見葉片邊緣長度、作物持綠特性、卷葉程度、枯死葉比例、植株緊湊度、植株伸展度、株型分散度等

3、 高光譜成像單元

成像波長范圍：400-1000nm

光譜分辨率：5.5nm（均值）

測量參數：計算植物冠層光譜特征曲線，以及光譜指數如NDVI、GVI等三十個常用植被指數，葉綠素含量、冠層氮含量等生物學參數的分析，

4、多光譜成像單元

成像波長：藍光（中心波長475nm）、綠光（中心波長560nm）、紅光（中心波長668nm）、紅邊（中心波長717nm）、近紅外波段（中心波長840nm）

5、激光雷達單元

激光等級：一級安全激光

測距范圍：0.1~20m

采集視場角：水平360°，垂直300°

測量精度：<3mm@1m

控制操作：大尺寸電阻觸摸屏、WIFI無線遙控操作

測量參數：株高、葉面積、葉面積指數、投影面積、植物群冠層覆蓋度、植物群冠層高度均值、植物群冠層幅長均值、植物群冠層幅寬均值、葉面積密度等

6、紅外熱成像單元

測溫范圍：（可選）：-40至+150℃，+100至+650℃，+300至+2000℃

測溫精度：±2℃或讀數的±2%

分辨率：640 x 480pixel

焦距：24.6mm

熱靈敏度/NETD：<0.05℃@+30℃/50mK

空間分辨率（IFOV）：0.68mrad

探測器像素間距：17µm

探測時間常數：典型值8ms

測量參數：可計算冠層平均溫度、最高溫度、zui低溫度，可形成溫度分布圖、區域溫度分析