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田间全天候、全自动监测植物表型!
高通量田间植物表型平台FieldScan是专为田间表型研究设计的高通量植物表型平台,可在任何环境条件下全天候测量。根据系统设计的大小,一套系统每天可测量上万株植物,每小时通量可达5000株植物,可实现对植物生长和蒸腾(结合称重系统)的精确测量,特别适合应用于抗旱或其他表型性状的大规模筛选。不仅可直接扫描种植在田间土壤的植物,同时还可扫描盆栽植物。在采用盆栽植物培养时,可根据压力传感器跟踪每株植物的重量,计算其蒸腾速率。
设计理念-在高通量与准确性之间平衡
在现代植物研究与育种中,田间表型是表型组学*亟需发展的领域之一,一直面临着各种挑战。例如从全日照到夜间,温度的巨大变化和降雨等外界环境不仅影响测量技术,同时对植物也可能产生很大的影响。因此,对测量技术来讲,需要设定非常合理的信噪比以准确地获取表型信息;同时也需要在有限的时间段里,高通量地获取植物的表型信息;当然对环境因子的同步监测也十分必要。
在开发FieldScan时,我们的目标是提供一套可在任何环境下使用;每天可进行多次扫描;同时可剔除低质量数据的田间表型获取系统。如果侧重通量和灵活性,我们可以在田间使用拖拉机或UAV等移动设备。但为了获得毫米级的高精度测量,我们决定不再使用这些传统移动设备,而高精度的测量仅适用于固定式的系统。为此我们需要开发一套能同时满足高精度和高通量的移动平台。 FieldScan的设计,采用移动式激光3D植物表型平台 PlantEye作为核心,并集成了其它多种传感器。PlantEye用于获取植物生长情况。通过3D的顶部成像,不仅能获得叶面积、叶倾角、冠层等参数,同时还能得到相对于其他技术更高的精度和通量。当然在需要时,也可以集成其他传感器。在任何光照情况下,FieldScan都能在不影响植物本身生长的情况下,每天能对上万株植物(取决于系统大小)进行10次重复测量,为用户提供有价值的数据,方便了解植物在田间的生长情况。
技术原理
同时集成气象等其他因子传感器,对植物生长环境进行同步测量
应用领域
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主要功能
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测量结果示例
共集成了8台PlantEye,每小时可以对2000-3000株植物进行表型分析,一天的通量可以达到12000株。该系统将精准灌溉、表型分析、环境气象等参数集成到一起,由PhenoSpex的软件系统进行全方位自动控制。
植株高度和分辨率
对PlantEye传感器而言,其测量的植株高度范围很广,但是对于不同高度的植株需要做一些校正。植株越小,分辨率越高;植株越大,分辨率越低。例如测量高度在0-30 cm的植株,分辨率为0.2 mm;测量高度在0-70 cm的植株,分辨率为0.4 mm;测量高度在0-120 cm的植株,分辨率为1 mm。更高的植株也可以测量,只是分辨率稍有下降。
软件系统
测量结果举例
获奖
核心传感器PlantEye系统荣获如下奖项:
代表用户
国际上很多的客户与PhenoSpex公司签有保密协议,不允许后者公开客户信息。这里仅仅列出了很少的一部分允许公开的用户信息。
国际热带半干旱地区作物研究所(ICRISAT),用于珍珠粟(pearl millet)、高粱、花生、鹰嘴豆等的超高通量表型测量,进行抗旱研究。
Jülich研究中心(Research Center Jülich),欧洲**的科研机构之一,主要做甜菜和其它作物的表型研究。
瓦赫宁根大学,全球***的农业大学之一,主要用于甜椒、红掌等的早期胁迫监测。
世界**的特种肥料制造商Everris公司,用于缓释肥料的研发和作物管理。
德国Compo公司 (肥料公司) ,用于协助作物提高抗旱性和抗盐性的肥料筛选。
波恩大学,用于田间小麦和大麦的高通量表型测量。
奥胡斯大学(University Aarhus),丹麦排名第二的大学,用于菊花、小麦和欧洲油菜(Brassica napus)的表型测量。
园艺领域
在园艺领域,通过调节施肥、生长调节物质、环境控制等方法可以改进、优化植物生长和作物管理。植物表型平台PlantEye和管理软件DocTool的结合使用有效优化作物管理,降低风险。下面列出的这些用户,采用这套方案大大降低了资源和成本的消耗,显著提高了产量。
荷兰安祖(Anthura)公司,世界**的种苗生产企业,总部位于荷兰布雷斯克,主要从事红掌属植物和蝴蝶兰的育种与繁殖、盆花和切花种苗生产,在国际市场占有重要的地位。
德国Blumen Rieke公司
德国Koster公司
其它不允许公开的用户……
主要技术参数
通量:5000株/小时
集成传感器:PlantEye,温湿度传感器, 光合有效辐射传感器,风速风向传感器,雨量传感器, 负压传感器 (用于计算蒸腾,仅限盆栽)
测量的植物高度和分辨率:高度0-1500 mm,分辨率0.2-1.0 mm;其它植物高度可定制
传感器到植物的距离:*小350-650 mm,**1100-2200 mm
扫描波长:700-1100 mm
测量速率:每秒50个XZ轮廓图
信号接口:IN/OUT触发信号接口
触发选择:感应开关,RFID,光学二维码,外部信号(如定位系统),其它选择可定制
测量参数:高度(平均高度和**点)、独立叶面积、总叶面积(冠层面积)、投影叶面积、盖度、植物数目、叶片数目、叶片倾斜角PHI(Φ)、叶片方位角THETA(θ)、莲座状植物(rosette plants)的直径、植物体积、蒸腾速率、温度、湿度、风速风向、雨量、光合有效辐射等
数据下载:允许下载3D点阵云图(原始数据)、植物生长数据和高度柱状图等。
数据传输:通过Wifi无线传输
数据压缩:自动压缩
远程访问:支持通过>远程访问(ssh协议)
工作温度:0-50℃
工作湿度:<90% RH
供电:12 VDC、24 VDC、230 VAC均可
激光安全等级:1M
光环境:耐受全日照辐射
防护等级:IP67
数据库:PostgreSQL数据库
PSX低通量方案:准系统电脑(Barebone computer)
PSX超供通量服务器方案:1U Intel Dual-CPU服务器(8 cores x 1GHz), 8 GB;3 x 2000 GB硬盘;RAID 5控制器;1.5 TB磁带驱动器
HortControl数据管理系统
工作界面:通过浏览器登录工作
软件界面:提供不同界面用于数据自动导入,用于集成导入其它环境或植物传感器的数据
数据下载:允许下载数据(ASCI)进行进一步分析,允许导入/导出数据库
档案功能:具备档案录入、显示,作物管理、实验管理功能
统计功能:数据平均值和偏差值的统计分析
上载功能:能够上载高通量平台的实验设置信息
报警功能:数据异常时报警
2D Mapping功能:对不同生长区域进行2D Mapping,用于定量分析