田間視覺檢測(cè)機(jī)器人的核心功能及相比人工田間測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

人工田間測(cè)量的三大隱患，正在悄悄毀了你的科研成果：
性狀“偏差”
同一性狀，上午下午測(cè)兩樣；測(cè)量人員狀態(tài)不同，測(cè)量結(jié)果差一截；
時(shí)間“誤差”
數(shù)千個(gè)試驗(yàn)小區(qū)無法同一時(shí)間采集，所謂 “性狀差異”，可能只是生長(zhǎng)時(shí)間差的誤判；
數(shù)據(jù)“孤島”
海量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分散在不同的記錄本、Excel表格和個(gè)人電腦中。
 
如何突破人工測(cè)量瓶頸，實(shí)現(xiàn)作物全生育期、高通量、高精度的表型解析？谷豐光電給出系統(tǒng)性解決方案 ——以田間視覺檢測(cè)機(jī)器人為核心的“設(shè)備+軟件+數(shù)據(jù)”一體化解決方案，深入解析植物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。
 
田間視覺檢測(cè)機(jī)器人
多維度視覺采集 | 原位無損測(cè)量 | 自主導(dǎo)航定位
 
田間視覺檢測(cè)機(jī)器人是針對(duì)田間作物表型檢測(cè)需求而設(shè)計(jì)，以田間自主移動(dòng)平臺(tái)為載體，集三維重建與表型解析功能于一體的移動(dòng)化采集設(shè)備。

設(shè)備依托深度相機(jī)環(huán)境感知與RTK高精度定位，實(shí)現(xiàn)自主路徑規(guī)劃與穩(wěn)定導(dǎo)航；通過RGB相機(jī)與深度相機(jī)同步采集冠層數(shù)據(jù)，結(jié)合點(diǎn)云融合與深度學(xué)習(xí)算法構(gòu)建作物精細(xì)三維模型，自動(dòng)提取株高、冠層覆蓋度、葉面積指數(shù)等關(guān)鍵表型參數(shù)，識(shí)別倒伏、病蟲害等生長(zhǎng)異常，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理與大規(guī)模育種篩選提供數(shù)據(jù)支撐。

該機(jī)器人大幅提升采集效率，采集數(shù)據(jù)客觀均一、全程可追溯，支持多終端調(diào)取與長(zhǎng)期存儲(chǔ)。這一突破推動(dòng)田間作物管理加速向數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化轉(zhuǎn)型。
 
核心功能
01高通過性全向移動(dòng)底盤
·采用碳鋼支架剛性框架，配備四輪+四腿復(fù)合機(jī)構(gòu)，四個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的輪轂電機(jī)＋四個(gè)高精度伺服電機(jī)組成高精度四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向的復(fù)合結(jié)構(gòu)，兼顧移動(dòng)效率與越障能力。
·支持全向移動(dòng)、原地轉(zhuǎn)向與避障，可適配田埂、溝渠等復(fù)雜地形，保障作物行間穿行與精準(zhǔn)�？�。


 
02全自動(dòng)多維度視覺采集
集成三組二級(jí)電缸升降系統(tǒng)，程序精準(zhǔn)控制RGB相機(jī)與深度相機(jī)拍攝高度，無需人工干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)不同生育期作物冠層的多高度圖像序列自動(dòng)采集。
 
03多模態(tài)視覺成像
集成高分辨率RGB相機(jī)與結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)，RGB相機(jī)采集冠層高清色彩紋理信息（如葉色、病斑），雙目深度相機(jī)生成密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取三維幾何信息（如株高、冠層體積），實(shí)現(xiàn)作物表型2D視覺特征與3D空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的一體化采集。
 
04原位無損測(cè)量 
·依托多傳感器融合技術(shù)，通過非接觸式方式完成作物群體表型參數(shù)測(cè)量，全程不破壞作物自然生長(zhǎng)狀態(tài)。
·基于點(diǎn)云融合與深度學(xué)習(xí)算法，自動(dòng)提取株高、冠層覆蓋度、葉面積指數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)識(shí)別倒伏、病蟲害等生長(zhǎng)異常情況。
 
05多尺度自適應(yīng)觀測(cè)
·根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要靈活切換觀測(cè)尺度，實(shí)現(xiàn)從田間群體長(zhǎng)勢(shì)概覽（如作物均勻度）到單株個(gè)體精細(xì)測(cè)量（如果穗識(shí)別）的無縫銜接與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。
·支持同一區(qū)域長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可輸出冠層生長(zhǎng)曲線、倒伏發(fā)展趨勢(shì)等連續(xù)數(shù)據(jù)。


 
06厘米級(jí)高精度自主導(dǎo)航
·搭載RTK-GNSS高精度定位系統(tǒng)，能夠基于預(yù)設(shè)路徑在田間實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度的自動(dòng)巡線行駛與定點(diǎn)采集。
·結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制算法具備路徑跟蹤與糾偏能力，確保大規(guī)模田間表型采集的自動(dòng)化與可重復(fù)性。
 
07智能化控制與數(shù)據(jù)處理
·集成工業(yè)級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，依托定制化軟件統(tǒng)一調(diào)度導(dǎo)航、采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃、自動(dòng)巡測(cè)至數(shù)據(jù)回傳的全流程智能作業(yè)。
·軟件涵蓋導(dǎo)航控制、三維重建、表型解析三大模塊，可構(gòu)建作物精細(xì)三維模型，輸出精準(zhǔn)可追溯的數(shù)字表型數(shù)據(jù)。
   
主要提取性狀參數(shù)I-trait（以種子為例）：


棉田表型研究案例展示



如下圖所示，田間視覺檢測(cè)機(jī)器人采集棉田苗期的RGB圖像和深度圖；
   
數(shù)據(jù)采集
依托田間視覺檢測(cè)機(jī)器人提取的表型信息，通過數(shù)據(jù)軟件分析可得到以下參數(shù)信息：
1、二維視覺特征參數(shù)
·色彩紋理類：葉色分級(jí)、葉綠素相對(duì)含量評(píng)估值、冠層顏色均勻度；
·脅迫識(shí)別類：病斑面積占比、發(fā)病等級(jí)、病蟲害空間分布密度。
2、三維結(jié)構(gòu)核心參數(shù)
·單株/群體形態(tài)指標(biāo)：株高、冠層體積、冠層覆蓋度、葉面積指數(shù)、莖稈粗度、葉片分布密度；
3、生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)
·時(shí)序變化指標(biāo)：冠層生長(zhǎng)曲線、株高增長(zhǎng)速率、葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)；
·長(zhǎng)期追蹤指標(biāo)：倒伏發(fā)展程度、冠層覆蓋度動(dòng)態(tài)變化率。
4、脅迫與異常評(píng)估參數(shù)
·逆境響應(yīng)指標(biāo)：干旱/鹽堿脅迫下冠層形態(tài)變化系數(shù)、病蟲害擴(kuò)散速率；
·群體整齊度指標(biāo)：田間植株高度變異系數(shù)、出苗率、群體均勻度評(píng)分。
 
適用植物種類
·適用植物種類：小麥、水稻、玉米、棉花、大豆、蔬菜、花卉等（其它植物可定制）；
·可測(cè)作物類型：上述植物田間群體或單株作物。

產(chǎn)品參數(shù) 交付案例
 
中國農(nóng)業(yè)科技院西部農(nóng)業(yè)研究中心
谷豐光電攜手中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院西部農(nóng)業(yè)研究中心基因編輯與生物育種團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合研發(fā)棉花大田表型機(jī)器人。這款專為新疆棉田表型數(shù)據(jù)采集量身打造的智能裝備，為農(nóng)業(yè)科研攻關(guān)與田間精細(xì)化管理，提供了高效可靠的智能化解決方案。