温室自动化植物表型平台的设计开题报告

1. 研究目的与意义

基因型、表型和环境三者构成了遗传学研究的铁三角。随着现代分子生物学的发展，基因型研究得到了迅猛发展；而由于表型本身的复杂性和动态变化，且传统的表型调查效率较低、技术发展落后，表型研究严重滞后于各组学研究，从而也限制了遗传学的发展。而为了准确、快速地测量表型数据，测量工作需要较高的重复性和高通量的处理能力。实现测量过程的自动化既能将人从繁复的工作中解脱出来，提高效率，又能够充分利用各项检测仪器，实现精确测量。

温室自动化植物表型平台，就是一个在温室中测量植物各项特性的系统，它能够准确地了解植物状态，对于植物的生长发育有较为重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

国内外表型研究发展落后，传统的表型检测手段完全不能满足需求。表型组学的概念首次提出是在1997，起初发展极为缓慢，近十年发展迅速。当前植物表型组学领域的热点之一是建设分析技术平台，但简单地依赖商品化的设备难以完成系统复杂的植物表型组研究。就进展而言，研究水平如下：在国内穴盘苗自动输送机构可以解决穴盘苗和花盆的精确定位问题，为移栽机的整体设计奠定基础。目前有一部分机构利用计算机视觉技术对植物的表型特征进行无损测，提取植物的表面积、轮廓特征、叶片个数及叶片尖点到质心的距离参数。国内提出一种用于高通量植株株型性状参数获取的快速三维重建方法，为了提高重建效率，研究中使用了图形处理单元（GPU）并行处理技术，在统一计算设备架构（CUDA）下进行重建的并行计算，使单株重建时间缩减到10秒左右，适合使用于高通量表型检测平台。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：本设计首先会根据基本的物料输送相关知识，满足对象植物从进入系统到离开之间的自动化输送传递；其次会查阅并选择相关的仪器，能够对植物的各类表型信息进行采集，包括叶面积、颜色、三维尺寸等信息；同时部分信息的采集需要使对象植物与传感器具有相对运动（平移或旋转），据此设计相应的移动平台。

研究计划：

4. 研究创新点

温室自动化植物表型平台，是专门用于温室中盆栽植物的表型检测的自动化系统。将结合实际需求，设计喷雾工作台，从而既可实现染病植物的喷药，又能满足其他研究（如植物对部分胁迫因子的反应，农药的药效等）的条件需要。