[发明专利]一种农作物倒伏运动学分析系统及使用其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业器械领域，具体地，涉及一种农作物倒伏运动学分析系统及使用其的方法。

背景技术

在我国现代农业生产中，作物倒伏已经成为影响农业高产、稳产的重要因素。以玉米、水稻、小麦为代表的大田作物在我国农业生产中占有很大比重，以玉米为例，每年因倒伏造成的减产达上百万吨。因此，开展主要农作物的抗倒伏定量化、标准化研究十分必要。随着现代信息化、自动化技术手段的发展，特别是传感器、材料力学、计算机以及机械自动化技术在农业领域的深入应用，为传统的农作物性状参数获取、测量与分析带来全新的技术手段和实用工具，通过模拟真实环境构建大田自然风场环境并进行农作物抗倒伏测试分析，为农业生产和品种选育提供实时准确的数据支持，从而提高作物高产、稳产能力，对于推动现代农业的快速发展有着巨大的促进作用。

作物倒伏类型包括根倒、茎倒等不同类型，倒伏方式与倒伏位置与作物茎秆的材料力学性能紧密相关，不同物种、不同品种、不同环境以及不同栽培种植密度均会对作物茎秆等器官的内部组织结构产生影响，从而影响作物器官的材料力学属性。从茎秆等主要器官的材料力学性能角度研究作物抗倒伏性是本领域有效的技术手段。基于运动学方法研究茎秆的材料力学属性是一种全面而有效的方式。

但是在大田生产过程中，环境变化不可预知，在大田中开展农作物抗倒伏研究计算和分析具有较大难度。当前针对力学性能的研究主要包括茎秆弯折力、茎秆压碎力、硬皮穿刺力等间接参数的测量与评价。针对田间自然状态下的作物抗倒伏研究，难以构建系统化、定量化、标准化外部环境，不能获取与倒伏直接相关的弯曲、弯折瞬时局部的应力、应变数据，从而影响大田农业生产以及作物品种评价的质量和效果。

发明内容

本发明针对上述情况，提供一种农作物倒伏运动学分析系统及使用其的方法，通过构建系统化、定量化和标准化的外部环境模拟装置，采集与倒伏直接相关的植株连续运动学数据，通过建立倒伏过程的动态过程三维重建与虚拟仿真，从而提高了大田农业生产以及农作物品种评价的质量和效果。

根据本发明的一个方面，提供一种农作物倒伏运动学分析系统，其特征在于，所述系统包括：风场模拟装置、采集装置和处理器；所述风场模拟装置设置在被测作物的一侧，所述采集装置用于采集所述被测作物的数据，所述处理器接收所述采集装采集的数据，并对所述数据进行处理。

其中，所述风场模拟装置包括风机、管道和空气射流出口，所述风机位于所述管道的一侧末端，所述空气射流出口设置于所述管道的另一个末端，所述风机将所述空气吸入到得到管道中，并通过所述空气射流出口吹向所述被测作物。

其中，所述风场模拟装置还包括整流器，所述整流器设置在所述管道中。

其中，所述系统还包括移动装置，所述风场模拟装置设置在所述移动装置上，并随着所述移动装置移动。

其中，所述采集装置包括特征标记贴片和捕捉镜头，所述特征标记贴片设置在所述被测作物的茎秆上的特定的位置，所述捕捉镜头设置成围绕所述被测作物的形式，用于捕捉所述特征标记贴片的位置。

其中，所述处理器与所述采集装置通过无线的方式进行数据的传输。

其中，所述特征标记贴片为轻质红外敏感反光材料贴片。

其中，所述捕捉镜头为近红外运动捕捉镜头。

根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述系统进行农作物倒伏运动学分析的方法，所述方法包括：

S1，风场模拟装置将设定的风力吹向被测作物；

S2，采集在设定风力下所述被测作物的数据；

S3，对所述数据进行处理，计算所述被测作物的茎秆的转角变化率；

S4，根据测量的数据和所述转角变化率，利用预设的所述被测作物茎秆的三维模型进行分析，对所述被测作物的倒伏过程进行动态三维重建和虚拟仿真。

其中，所述数据包括所述被测作物的茎秆在风力的作用下的弯折变形过程以及复位过程。

通过上述实施例可知，本发明的农作物倒伏运动学分析系统及方法，综合利用传感器、材料力学、运动捕捉、计算机以及机械自动化等方法和技术，构建系统化、定量化、标准化外部环境模拟装置，可在田间环境下，真实模拟自然风场，并实时、准确、快速、高效地获取农作物在弯折、倒伏过程中植株的连续运动学数据，从运动学角度计算分析作物主要器官的材料力学属性，并实现倒伏过程的动态过程三维重建与虚拟仿真。为作物品种的定量化、标准化评价提供新的技术方法，从而提高农业生产以及作物品种评价的质量和效果。

附图说明