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    188宝金博页面版: 基于数字化植物表型平台+D3P+的田间小麦冠层光截获算法开发

    下载积分： 490

    内容提示： 2020 年 3 月 第 2 卷 第 1 期 Mar. 2020 Vol. 2, No. 1 智慧农业（中英文）Smart Agriculture基于数字化植物表型平台 （D3P） 的田间小麦冠层光截获算法开发刘守阳1，2，3 * ，金时超 5，6 ，郭庆华 5，6 ，朱艳4 ，Fred Baret 1，2，3 *（1. 南京农业大学作物表型组学交叉研究中心，江苏南京 210095；2. 法国农业和环境科学研究院CAPTE实验室，阿维尼翁 210095，法国；3. 南京农业大学江苏省现代作物生产协同创新中心，江苏南京 210095；4. 南京农业大学国家信息农业工程技术中心/188宝金博页面版部智慧农业工程研究中心，江苏南京 210095；5. 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室，北京 100093；6. ...

    文档格式：PDF | 页数：12 | 浏览次数：37 | 上传日期：2022-10-12 08:44:10 | 文档星级：
    2020 年 3 月 第 2 卷 第 1 期 Mar. 2020 Vol. 2, No. 1 智慧农业（中英文）Smart Agriculture基于数字化植物表型平台 （D3P） 的田间小麦冠层光截获算法开发刘守阳1，2，3 * ，金时超 5，6 ，郭庆华 5，6 ，朱艳4 ，Fred Baret 1，2，3 *（1. 南京农业大学作物表型组学交叉研究中心，江苏南京 210095；2. 法国农业和环境科学研究院CAPTE实验室，阿维尼翁 210095，法国；3. 南京农业大学江苏省现代作物生产协同创新中心，江苏南京 210095；4. 南京农业大学国家信息农业工程技术中心/188宝金博页面版部智慧农业工程研究中心，江苏南京 210095；5. 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室，北京 100093；6. 中国科学院大学，北京 100049）摘 要：冠层光截获能力是反映作物品种间差异的重要功能性状，高通量表型冠层光截获对提高作物改良效率具有重要意义。本研究以小麦为研究目标，利用数字化植物表型平台（D3P）模拟生成了100种冠层结构不同的小麦品种在5个生育期的三维冠层场景，记录了从原始冠层结构中提取的绿色叶面积指数（GAI）、平均倾角 （AIA） 和散射光截获率 （FIPAR dif ） 信息作为真实值，进一步利用上述三维小麦场景开展了虚拟的激光雷达（LiDAR）模拟实验，生成了对应的三维点云数据。基于模拟的点云数据提取了其高度分位数特征（H）和绿色分数特征（GF）。最后，利用人工神经网络（ANN）算法分别构建了从不同LiDAR点云特征（H、GF和H+GF）输入到FIPAR dif 、GAI和AIA的反演模型。结果表明，对于GAI、AIA和FIPAR dif ，预测精度从高到低对应的点云特征输入为GF+H > H > GF。由此可见，H特征对提高目标表型特性的估算精度起到了重要作用。输入GF + H特征，在中等测量噪音（10%）情况下，FIPAR dif 和GAI的估算均获得了满意精度，R 2 分别为0.95和0.98，而AIA的估算精度（R 2 =0.20）还有待进一步提升。本研究基于D3P模拟数据开展，算法的实际表现还有待通过田间数据进一步验证。尽管如此，本研究验证了D3P协助表型算法开发的能力，展示了高通量LiDAR数据在估算田间冠层光截获和冠层结构方面的较高潜力。关键词：冠层光截获；高通量表型；LiDAR；数字化植物表型平台（D3P）；小麦冠层中图分类号：TP391.4 文献标志码：A 文章编号：202002-SA004引文格式：刘守阳, 金时超, 郭庆华, 朱艳, Fred Baret. 基于数字化植物表型平台(D3P)的田间小麦冠层光截获算法开发[J]. 智慧农业(中英文), 2020, 2(1): 87-98.Liu Shouyang, Jin Shichao, Guo Qinghua, Zhu Yan, Fred Baret. An algorithm for estimating field wheat canopylight interception based on Digital Plant Phenotyping Platform[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(1): 87-98. (in Chinesewith English abstract)1 引言由于人口增加和人类饮食结构的变化，全球粮食需求持续增加。同时，气候变化带来的作物生长环境的变化性和不确定性给培育适应未来气候条件的高产作物品种带来了严峻挑战 ［1,2］ 。doi：10.12133/j.smartag.2020.2.1.202002-SA004收稿日期：2020-02-12 修订日期：2020-03-01基金项目：南京农业大学高层次引进人才经费（440-804005）* 通讯作者：1.刘守阳 （1987－），男，博士后，研究方向：作物表型，电话：+33 686447941，Email：shouyang.liu@inrae.fr；2.FredBaret（1956－），男，研究员，研究方向：农业物遥感和表型，电话：+33 432722363，Email：frederic.baret@inrae.fr。

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