一种悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台的制作方法

本实用新型涉及现代精准农业研究技术领域，具体为一种悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台。

背景技术：

在大田高通量作物表型分析及近地遥感技术领域，现有方案主要包括最原始、最传统的纯手工取样测量，以及后来逐渐发展到使用便携式仪器技术进行相关表型参数测量分析，再到近几年国内开始引进国外的大型地面轨道平台进行大田作物表型研究，成为现阶段的热点。该方案是基于工业用重型龙门吊结构和重型铁轨铺设的大型移动平台，必须安装在非常牢靠的地基上，并且需要大型电器设备专用的配电箱为其供电，工作时，人工通过按钮控制整体框架在铁轨上往返移动，安装在载荷平台上的成像传感器同时采集数据。如需其他传感器数据，则需要将原传感器拆除后再安装新传感器。现有技术中，就传统的纯手工式、损伤性(取样)表型测量技术而言，需要大量劳力、耗时耗力，采集的数据量非常有限，而且由于人工接触采样，通常都会对植物造成不同程度的损伤。

就便携式仪器技术方案而言，如采用fluorcam便携式光谱成像进行作物光合效率测量、采用iq高光谱成像仪进行作物生理生化形状分析，比纯手工式测量更进一步，但仍然不能高通量测量分析，现有大型地面轨道式大田作物表型分析平台方案，轨道铺设在地面，成像支架沿轨道滑行采集作物表型性状数据，这种方式提高了表型分析的通量，但轨道铺设对地面耕地造成浪费、破坏、污染等问题，而且地面轨道必须保持经常性维护，否则很容易损坏变形。由于笨重的支架，轨道承重处理不好就会导致损坏不能使用，一旦轨道堵塞、生锈或被杂草、植被、异物等障碍物阻挡，则很容易出现轮毂卡住、两端移动距离不均、甚至烧坏配电箱等问题。

为了解决地面轨道的问题，有的单位采用龙门吊结构设计，由于为了保证横梁在数十米跨度下的结构强度和起重能力，横梁自身的重量一般可达数吨，这就需要两侧的承载主梁可承载数吨级别的重量，因此承载主梁的重量也非常巨大。这样一来，整套平台的自重就无法减轻，安装使用极为不便。而其所搭载的彩色相机和多光谱相机传感器，重量最重仅有数千克，完全大材小用，不相匹配，大田表型分析研究时，基于近地光谱成像遥感数据、大田环境监测数据、土壤监测数据等多传感器同步监测技术的多源信息采集对表型精准研究至关重要。现有技术没有考虑多传感器同步监测，而且由于没有专业的增稳云台和高光谱扫描平台等，仅限于简单的彩色相机获取近地rgb遥感数据，不能搭载高光谱成像系统，更无法获取如需环境温度、温度、光照度、co2环境、土壤水等实时监测数据，不能在线查看实时监测数据，必须等数据采集结束后，将数据导出至电脑，才能查看、分析。既达不到多传感器同步监测，也达不到数据实时监测，同时也增加了操作人员的工作量，因此我们提出了一种悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台，解决了上述背景技术中提出的高通量、非损伤、全自动大田高通量作物表型分析、生长环境监测及逆境生物学研究的问题。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台，包括悬浮轨道、移动扫描轴、地面站，其特征在于：所述悬浮轨道的下表面固定连接有支撑立柱，所述悬浮轨道的两侧活动套接有驱动系统，所述驱动系统的上表面前端固定连接有移动扫描轴，所述驱动系统的一侧上表面固定连接有主控系统及系统电源模块，所述移动扫描轴横跨悬浮轨道，所述移动扫描轴的内部固定连接有传动机构，所述移动扫描轴的一侧固定连接有传感器升降轴，所述传动机构的一端固定连接至传感器升降轴的一侧，所述传感器升降轴的底端活动连接有相机传感器。

可选的，所述悬浮轨道、支撑立柱、移动扫描轴以及传感器升降轴均采用高强度合金制作。

可选的，所述相机传感器包括高光谱成像传感器、rgb成像传感器、红外热成像传感器。

可选的，所述地面站包括地面站面板、地面站电源接口、地面站数据接口、地面站开关、地面站电压显示窗口、地面站触控屏、地面站操作键、地面站显示屏。

本实用新型提供了一种悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台，具备以下有益效果：

1、该悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台，通过支撑立柱和悬浮轨道的配合使用，利用支撑立柱将悬浮轨道设于大田样方(或样带)的两侧，完整覆盖整个大田样方(或样带)，有效解决了纯人工采样测量对植物造成的损伤和效率问题，同时，相比传统小型便携光谱成像仪器采集的面测量数据，本平台由悬浮轨道(y轴)、移动扫描轴(x轴)、传感器升降轴(z轴)以及相机传感器共同组成表型性状大数据采集系统，可xyz三维扫描全面覆盖整个大田样方(或样带)，全样本量采集，无需随机取样测量，增加了数据采集面积，实现真正意义上的高通量作物表型测量分析。

2、该悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台，通过驱动系统和悬浮轨道的配合使用，利用驱动系统内部的齿轮进行驱动，同时套接在悬浮轨道的两侧，运行时，两条轨道悬浮于地面数米以上，远离地面，运行无任何阻碍遮挡，有效避免了因田间土壤、植物、杂草、异物阻塞轨道或缠绕齿轮而引起的机械故障及设备损坏，提高了整体设备移动运行的精确性和可靠性，同时使用高强度合金材料对合金立柱、移动扫描轴以及传感器升降轴进行制作，既保证了维持设备正常运行所需的足够强度，又大大减轻了平台自重，兼顾了轻质、结实的特点，同时利用支撑立柱对悬浮轨道进行支撑，使该平台在安装架设时，无需专业建筑施工人员进行大规模施工安装，仅需要开挖少量地基用于固定支撑立柱，无需大规模开挖田地，既降低了安装难度、节省了成本，又避免了环境及农田污染、节省了大量田地，便于在后期进行维护、拆卸和安装。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型侧面的结构示意图；

图3为本实用新型图2a处结构的放大图；

图4为本实用新型地面站结构示意图；

图5为本实用新型的结构框图。

图中：1、传感器升降轴；2、移动扫描轴；3、悬浮轨道；4、驱动系统；5、支撑立柱；6、主控系统；7、系统电源模块；8、高光谱成像传感器；9、rgb成像传感器；10、红外热成像传感器；11、相机传感器；12、地面站；1201、地面站面板；1202、地面站电源接口；1203、地面站数据接口；1204、地面站开关；1205、地面站电压显示窗口；1206、地面站触控屏；1207、地面站操作键；1208、地面站显示屏；13、传动机构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1至图5，本实用新型提供一种技术方案：一种悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台，包括悬浮轨道3、移动扫描轴2、地面站12，悬浮轨道3的下表面固定连接有支撑立柱5，通过支撑立柱和悬浮轨道的配合使用，利用支撑立柱将悬浮轨道设于大田样方或样带两侧，完整覆盖整个大田样方或样带，有效解决了纯人工采样测量对植物造成的损伤和效率问题，同时，相比传统小型便携光谱成像仪器采集的面测量数据，本平台由悬浮轨道(y轴)、移动扫描轴(x轴)、传感器升降轴(z轴)以及相机传感器共同组成表型性状大数据采集系统，可xyz三维扫描全面覆盖整个大田样方或样带，全样本量采集，无需随机取样测量，增加了数据采集面积，实现真正意义上的高通量作物表型测量分析，同时使该平台在安装架设时，无需专业建筑施工人员进行大规模施工安装，仅需要开挖少量地基用于固定支撑立柱5，无需大规模开挖田地，既降低了安装难度、节省了成本，又避免了环境及农田污染、节省了大量田地，便于在后期进行维护、拆卸和安装，悬浮轨道3的两侧活动套接有驱动系统4，通过驱动系统4和悬浮轨道3的配合使用，利用驱动系统4内部的齿轮进行驱动，同时套接在悬浮轨道3的两侧，运行时，两条轨道悬浮于地面数米以上，远离地面，运行无任何阻碍遮挡，有效避免了因田间土壤、植物、杂草、异物阻塞轨道或缠绕齿轮而引起的机械故障及设备损坏，提高了整体设备移动运行的精确性和可靠性，驱动系统4的上表面前端固定连接有移动扫描轴2，驱动系统4的一侧上表面固定连接有主控系统6及系统电源模块7，主控系统6通过gui界面或pc端远程操控平台，移动扫描轴2横跨悬浮轨道3，移动扫描轴2的内部固定连接有传动机构13，移动扫描轴2的一侧固定连接有传感器升降轴1，传动机构13的一端固定连接至传感器升降轴1的一侧，传感器升降轴1的底端活动连接有相机传感器11，相机传感器11包括高光谱成像传感器8、rgb成像传感器9、红外热成像传感器10，利用高光谱成像传感器8、rgb成像传感器9、红外热成像传感器10共同组成表型性状大数据采集系统，可对大田进行多传感器、全覆盖、全样本量采集，实现了表型大数据多传感器同步采集，地面站12包括地面站面板1201、地面站电源接口1202、地面站数据接口1203、地面站开关1204、地面站电压显示窗口1205、地面站触控屏1206、地面站操作键1207、地面站显示屏1208，地面站12由地面站面板1201、地面站电源接口1202、地面站数据接口1203、地面站开关1204、地面站电压显示窗口1205、地面站触控屏1206、地面站操作键1207、地面站显示屏1208组成，主要用于控制rgb成像传感器9、红外热成像传感器10拍摄照片和记录数据，同时控制移动扫描轴2、悬浮轨道3、传感器升降轴1沿三轴方向任意移动，从而实现包括高光谱成像传感器8在内的所有相机传感器采集表型大数据，地面站12可悬挂，也可便携移动使用，悬浮轨道3、支撑立柱5、移动扫描轴2以及传感器升降轴1均采用高强度合金制作，同时使用高强度合金材料对悬浮轨道3、支撑立柱5、移动扫描轴2以及传感器升降轴1进行制作，既保证了维持设备正常运行所需的足够强度，又大大减轻了平台自重，兼顾了轻质、结实的特点，提高了该悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台的稳定性，通过悬浮轨道3、移动扫描轴2以及传感器升降轴1搭载相机传感器11共同组成表型大数据采集系统，沿轨道推扫形成跨度数米长度数十米甚至更长的样带，一次作业即可采集大田作物的可视化影像、光谱特征、土壤养分、冠层温度、土壤含水量及环境因子指标数据，从而实现多源表型大数据同步采集，拓展了表型组学研究的内容，提高了表型分析的深度，对研究人员分析研究作物表型、抗性筛选、产量评估、病虫害监测及采取及时有效的预防措施，以及研究作物与环境之间的相互影响关系具有重要意义，摈弃了传统大型表型分析平台惯用的地面重型轨道及龙门吊结构，采用了悬浮式轨道设计，解决了传统地面轨道易受杂物干扰、施工难度大、维护成本高及占地面积大等一系列弊端，节省了大量土地，减少了土地污染。

综上，该悬浮轨道式大田作物高通量表型分析平台，首先将地面挖出预埋槽，将支撑立柱5预埋在大田的两侧，使用时，启动驱动系统4，同时控制传动机构13在移动扫描轴2的内腔滑动，通过地面站12控制传感器升降轴1自动升降，进而对相机传感器11的高度进行调节，经过相机传感器11对数据进行处理收集，通过无线信号发送到地面站12上进行显示，即可。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。