一、平台简介

作物育种与栽培研究已进入组学时代，通过构建作物高通量表型平台，整合多源数据采集传感器，快速、准确地获取作物多尺度、高时序的表型数据，有益于为作物育种提供丰富的功能基因挖掘性状，有效监测作物在不同逆境胁迫下的响应，为作物抗逆、高产、生态栽培提供技术手段。   

田间高通量植物表型平台是一个完全自动化的系统，主要用于大批量获取生长在田间的农植物以及其他植物样本深层表型数据。系统集成了不同功能的摄像头、传感器以及照明系统等，同时能够防风防雨。该系统旨在连续监控田间植物的整个生长时期，获取精准表型组学以及生理学信息。

田间高通量作物表型平台采用先进的传感器、稳定的工业控制、智能的表型分析技术，高效集成应用RGB图像、热红外图像、激光点云、光谱和环境传感器，设计并研发田间高通量作物表型获取平台及表型解析系统，搭建作物表型高通量采集环境，构建作物全生育期连续数据获取技术体系。实现了田间作物表型数据的自动化、高通量连续获取和基于多传感器的作物表型指标智能解析，为作物遗传育种、基因资源挖掘与功能验证、植物生理学等研究提供标准化表型数据采集环境。

二、系统组成

田间高通量植物表型平台包括植物表型平台基础结构、表型平台多自由度运动与控制机构、多传感器数据采集模块、植物表型智能分析软件等。植物表型平台基础结构，是根据实施场地状况合理设计支撑柱和承重轨道，最大程度优化空间资源利用率。多自由度运动和控制机构，是根据植物育种试验规划及流程合理设计数据采集节点的运动速度、位置和角度，结合多自由度的自动运动和控制系统，实现大田区域全覆盖扫描。多传感器数据采集模块，选配可见光、深度相机、光谱、环境等数据采集单元，高效采集植物图像、点云和光谱等多元数据。植物表型智能分析软件，提供通用表型分析模块和植物品种表型分析模块，其中通用表型分析模块可获取植物形态、颜色、纹理等表型形状，植物品种表型分析模块则是针对植物品种特性和特定育种需求所定制研发的表型分析补充插件。

系统组成

田间作物高通量表型平台构成如下：

三、技术指标

3.1田间作物表型平台技术指标

1) 系统采用手动无线控制和自动可编程两种控制模式，且独立运行。

2) 系统控制根据50米*10米区域内的坐标点，组成系统可辨识的地址，在上位机或控制触摸屏上设置地址，伺服运动控制器找到对应的地址，并按预设的程序运行。

3) 定位精度，控制系统配合齿条式运行传动，定位精度≦0.2mm。

4) 控制系统采取友好的人机界面HMI，可定时全自动全区域扫描，或选择特定区域。

5) 系统设计充分考虑环境的干扰因素，软硬件具备良好的可靠性；

6) 系统具有完善的故障诊断和提示功能，计时发现问题并报警；

7) 系统工作温度指标为-15℃～60℃，工作级别IP67级，所有部件采用密闭式防水防尘处理，可满足全天侯工作需要。

3.2田间作物表型平台控制软件功能

控制软件界面

四、表型指标解析

基于图像、点云与特征光谱相结合的育种材料识别、结构测量、理化参数解析、时空动态监测等，开发田间作物表型解析系统，实现田间大规模表型的高通量解析。构建作物表型组高通量、多维度和智能化的测量—解析—利用技术体系，解析的表型指标包括：株高、覆盖度、叶面积、NDVI、冠层温度、穗位高、地上生物量等表型指标，为作物表型组学研究人员和育种家、农学家提供实用的软件工具。

五、实施案例

以田间建设作物高通量表型平台为例，实施过程包括需求调研、实地调研、初步设计、详细设计、现场施工、系统部署、软件研发、系统联调、项目验收等环节，主要过程和效果如下：

1. 实施效果

在田间搭建高通量植物表型平台，满足在大田环境下开展烟草等植物高通量表型检测需求。规划区域可利用长度50m、宽10m、高6m，如下图所示。

龙门式田间植物表型高通量平台

上行轨道式田间植物表型高通量平台

（以上平台二选一）

2. 表型平台配套软件展示

数据采集软件

表型平台控制软件

表型分析软件

全景图像拼接

作物小区、品种、植株自动检测、编码

作物花盆、植株自动检测与分析