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    產品中心 > 植物表型檢測 > 高通量植物表型平臺

    高通量植物表型平臺

    在“高通量植物表型”沒有形成商業化的細分市場之前,著名的溫室園藝自動化公司已經在2003年為比利時的CropDesign公司建造了世界上第一套高通量數字化植物表型系統,通量為40 000盆,至今仍在每天運行。如此高通量的一套系統,迄今為止在全世界仍然是唯一的。到目前為止,WPS表型系統的客戶包括CropDesign(已被巴斯夫收購)、英美煙草、陶氏、拜耳、KeyGene等等,以及超過110家大型園藝公司,傳送帶的長度合計超過1000 km,每周傳送的植株數目達到150萬株,每周拍攝的表型圖片超過1000萬張。

    WPS基于傳送系統的高通量表型平臺被稱為WPScanConveyor。

    高通量植物表型平臺

    在“高通量植物表型”沒有形成商業化的細分市場之前,著名的溫室園藝自動化公司已經在2003年為比利時的CropDesign公司建造了世界上第一套高通量數字化植物表型系統,通量為40 000盆,至今仍在每天運行。如此高通量的一套系統,迄今為止在全世界仍然是唯一的。

    到目前為止,WPS表型系統的客戶包括CropDesign(已被巴斯夫收購)、英美煙草、陶氏、拜耳、KeyGene等等,以及超過110家大型園藝公司,傳送帶的長度合計超過1000 km,每周傳送的植株數目達到150萬株,每周拍攝的表型圖片超過1000萬張。

    WPS基于傳送系統的高通量表型平臺被稱為WPScanConveyor


    功能特性

        ?  模塊化的產品設計,方便為客戶提供定制化方案

        ?  花盆里濺出的土壤、水都不會影響表型平臺的運轉

        ?  U型傳送帶可以進行花盆漫灌,特別適合水稻的高通量測量

        ?  傳送帶的更換和維護非常便宜

        ?  圖像分析軟件在相機端,測量完4秒內即完成數據分析

        ?  每小時的測量通量可以達到150-600

        ?  涵蓋各種植物,例如水稻、小麥、玉米、番茄、土豆、甘薯、大豆、苜蓿、煙草、油菜、白菜等等

        ?  測量的植物尺寸從幾厘米到兩三米

        ?  2003年為比利時CropDesign公司建造了世界上第一套高通量數字化植物表型系統,通量為40 000盆,至今仍是全球最大的高通量植物表型平臺,且每天都在運行

        ?  全球已安裝系統的傳送帶長度合計超過1000 km


    WPScanConveyor-web1



    基本設計

    如圖所示為一個基礎的設計方案,植物的整個生長階段都可以在傳送帶上,傳送帶可以根據客戶需要設定是否定時進行隨機排列。通過傳送帶可以把植物傳送到指定位置,如自動澆水稱重單元、成像單元以及人工加載區等。對于溫室或者生長室內的植物,傳送帶還可以根據植物大小設計傳送帶間的距離,以保證植物在傳送過程中不會相互干擾。



    500pots

    500盆植物的自動化傳送系統,配有成像暗房:1- 該節傳送帶是平衡的,可以自由升起,手動控制,非常輕松的進入成像區域和澆水單元;2- 植物生長的傳送區域;3- 成像室;4- 澆水稱重單元



    整個表型平臺都采用模塊化設計,這樣可以最大程度的滿足客戶定制化的需求。

    WPScanConveyor-web2

    模塊化設計,定制化服務



    成像暗房的高度

    對于表型平臺而言,成像暗房的高度依賴于受測植物的高度和寬度。因此客戶在提出設計需求時,需要預先明確所研究植物的最大高度和最大寬度,根據下表確認自己的溫室或房間是否能滿足安裝。下表中的Height指植物高度,Width指植物寬度,兩者交叉對應的數據為成像暗房的高度,單位為毫米。



    height

    根據植物的最大高度和最大寬度來決定成像暗房的高度



    傳送區域

    為了降低大型植物(葉片易交疊)縱向移動摩擦造成的損傷,WPS專門開發了一種新的方法,能夠最大限度的降低植物之間的相互影響,從而保證數據的可靠性。這種方法要求每條傳送帶末端的那盆植物逐次運動,當最后一株植物移動之后,整個區域的所有植物朝著傳送帶的輸出端整體移動一個位置,這樣就不會損傷葉片了。


    conve




    成像單元內傳送車旋轉裝置

    對于某些成像單元,在成像過程中要求植物可以自動旋轉,以便獲得不同側面的圖像,進而對植物的結構特征和生物學信息進行綜合評價。WPS系統安裝了一套高精度的自動旋轉裝置,位于成像單元內部,能夠自動將植物從傳送帶上取下并放置到旋轉臺上,根據預設的成像角度自動采集植株不同側面的圖像。整個圖像采集過程速度較快,72個側面加上頂面僅需4秒鐘便可完成,完全滿足高通量測定的需求。



    WPScanConveyor-web3
      左為結構示意圖,右為實物圖。其中右圖中左下角的相機為專門做根系成像的相機




    澆水和稱重單元

    精確灌溉是數字化植物表型系統一個非常重要的組成部分。WPS自動澆水和稱重單元能夠監測植物的重量變化,并準確控制每一個植株的澆水量。澆水和稱重單元主要包含以下幾個模塊:

        ?  植物定位裝置:確保植物+盆+傳送車位于重力感應器位置,進行承重;

        ?  重力感應器:準確測定植物+盆+傳送車的重量;

        ?  澆水臂:帶有高精度的噴嘴,可以選擇從花盆頂部、底部托盤或者其他方式(如模仿降雨)澆水;

        ?  泵。



    WPScanConveyor-web4
    左為結構示意圖,右為澆水單元實物圖



    此外,對于像水稻這種作物來說,WPS能夠提供一種特殊的傳送帶直接漫灌,更接近田間真實情況。這種傳送帶兩個側面帶擋板,呈U型結構。傳送帶的兩端亦帶擋板,整條傳送帶形成一個水槽,可以澆滿水進行培養。等到測量時,將水放掉進行傳送即可。

    Rotterdam-0248603



    SmartFlo
    傳送帶,WPS的頂級創意


    WPS也可以為客戶提供一種低成本的半自動化表型系統,該系統是基于大名鼎鼎的SmartFio系統設計而成,同樣可以保證較高的通量和可靠地數據。SmartFio系統一直采用與全自動高通量表型系統相同的澆水稱重單元,能夠與“feeder”自動化傳送帶直接連接,對溫室或者野外的植物進行表型測定。如下為一些具體的實例:


    WPScanConveyor-web6

    植物傳送車

    植物傳送車主要用于承載植物,并配合傳送帶運送至系統的各個區域。具體功能如下:

        ?  增加植物穩定性;

        ?  定義傳送帶上植物的空間;

        ?  允許傳送車緩沖,以發揮整套系統的最佳效率。


    WPScanConveyor-web7


    WPS植物傳送車有一個獨一無二的特性,該特性在與傳送帶配合工作中發揮作用。當傳送車在運動過程中遇到阻礙物時,它可以自動抬高以脫離處于運動狀態的傳送帶(通過一種簡單、零成本的工程解決方案實現),這導致傳送車與傳送帶之間的摩擦力瞬間消失,從而避免植物受到損傷。因此,客戶甚至可以通過一根手指輕松擋停超過100 kg的物體。



    根系表型測定

    對于植物根系表型的研究,WPS也可以提供相應的方法去測定和量化。

        ?  根系生長速率;

        ?  根系厚度;

        ?  無損傷根系生物量;

        ?  根系壞死。

    通過對一種帶有方形邊框花盆的傳送,便可以實現高通量自動化的根系表型研究。請參加下圖的花盆設計:


    WPScanConveyor-web8



    主要技術參數

        ?  植物高度:幼苗到5 m高

        ?  傳送系統最小長度:3 m

        ?  傳送系統最大長度:30 至 70 m

        ?  最大加載:15 kg/植物+傳送車

        ?  傳送帶材質:聚氨酯傳送帶

        ?  傳送速度范圍:3-30 m/min

        ?  框架材質:鍍鋅鋼&鋁

        ?  支持材料:鍍鋅鋼

        ?  成像單元旋轉臺直徑:300 mm

        ?  旋轉速度:1-180度/秒

        ?  旋轉增量:1度

        ?  旋轉精度:+/- 1度

        ?  旋轉臺直線導軌長度:400-4000 mm

        ?  灌溉系統直線導軌長度:700-2000 mm

        ?  灌溉精度:+/- 1ml + 1% of dose

        ?  稱重系統最大承重:20 kg

        ?  稱重系統安全超載限制:最大承重的500 %

        ?  稱重系統精度:最大承重的0.015 %


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