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智慧農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展，各類高新科技產(chǎn)品以各自的優(yōu)勢(shì)進(jìn)軍農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，其中不乏各種機(jī)器人及各類傳感設(shè)備。掛軌式軌道機(jī)器人以其軌道在空中不會(huì)干擾 其他地面作業(yè)的優(yōu)勢(shì)在各行業(yè)中已有應(yīng)用，大棚農(nóng)作物監(jiān)測(cè)軌道機(jī)器人產(chǎn)品方 案采用掛軌式機(jī)器人的特點(diǎn)滿足高光譜相機(jī)推掃成像的要求，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚種 中作物的全覆蓋高光譜數(shù)據(jù)采集。同時(shí)還集成有多種先進(jìn)監(jiān)測(cè)儀器如紅外熱像 儀、可見光高清相機(jī)、輔助照明光源、溫濕度傳感器、光照度傳感器等等，可以 在可見光、近紅外、熱紅外的譜段范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)獲取大棚內(nèi)種植農(nóng)作物的空間影 像、光譜特征、輻射特征等多維數(shù)據(jù)，通過對(duì)大量樣本數(shù)據(jù)歸集整理、建模分析， 最終能夠獲取農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)成分、表觀信息、含水量、成熟度等生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) 對(duì)大棚農(nóng)作物及地表環(huán)境在時(shí)間和空間維度上的綜合監(jiān)測(cè)。

福建寧德某公司在自建的農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)安裝了益可達(dá)大棚農(nóng)作物監(jiān)測(cè)軌道機(jī)器人產(chǎn)品。目的是采用軌道式高光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)農(nóng)作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期觀測(cè)，研究農(nóng)作物的反射光譜與葉面積指數(shù)、地上生物量、產(chǎn)量、色素含量等農(nóng)學(xué)參數(shù)之 間的關(guān)系，進(jìn)而建立反演數(shù)據(jù)模型，并通過專家?guī)熘贫ǜ鲿r(shí)點(diǎn)人工干預(yù)指導(dǎo)方案， 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，降低人力投入，減少人工干預(yù)對(duì)土壤的負(fù)面影響，避免土地富營(yíng) 養(yǎng)化和貧瘠化。

 大棚農(nóng)作物監(jiān)測(cè)軌道機(jī)器人主要包括：自動(dòng)巡查機(jī)器人、高光譜成像儀、紅外熱像儀、可見光高清相機(jī)、溫濕度傳感器、光照度傳感器、工控機(jī)、吊裝軌道、輔助照明光源、設(shè)備吊裝架、后臺(tái)控制軟件、數(shù)據(jù)處理與分析軟件等。

自動(dòng)巡檢機(jī)器人是一款依賴于導(dǎo)軌的倒掛式行走機(jī)器人機(jī)器人上可安裝多種傳感器， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的綜合檢測(cè)，而且利用其自身的移動(dòng)功能，通過后臺(tái)設(shè)定機(jī)器人巡檢方案，機(jī)器人能夠全自動(dòng)對(duì)環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)過程中，機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)連續(xù) U 型、S 型軌道轉(zhuǎn)彎，做到無死角巡檢，采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。

光譜成像技術(shù)既可以獲取地物目標(biāo)的兩維空間幾何圖像，同時(shí)獲取地物目標(biāo)的光譜信息，其中，兩維圖像信息可以實(shí)現(xiàn)地物目標(biāo)的影像識(shí)別，光譜信息則直接反應(yīng)了地物目標(biāo)的屬性，可以實(shí)現(xiàn)地物的屬性探測(cè)及定量化分析。輕小型高光譜成像儀可搭載自動(dòng)巡查機(jī)器人，移動(dòng)式推掃成像，實(shí)現(xiàn)大棚種植作物的高質(zhì)量光譜數(shù)據(jù)采集，后續(xù)進(jìn)行高光譜數(shù)據(jù)處理，分析作物長(zhǎng)勢(shì)及健康狀況。

紅外熱成像 儀 采用紅外熱像儀對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行熱成像圖像采集，建立水分脅迫下葉片的含水率模型，監(jiān)測(cè)作物的水分脅迫狀況，從而進(jìn)行合理的灌溉調(diào)整，有利于作物肥水 管理的精準(zhǔn)化控制。微小型紅外熱成像組件可對(duì)目標(biāo)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量，可視頻全畫幅測(cè) 溫，支持等溫線功能，可以用顏色表示出等溫區(qū)域，能自動(dòng)追蹤區(qū)域最高溫及顯 示位置；具有拍照，錄像、溫度校正、切換色彩、電子變倍等功能。

 為滿足高光譜成像儀的光譜響應(yīng)范圍，輔助照明光源選用鹵素鎢燈照明。考慮到照明的強(qiáng)度，我們選用 500w(1000W)大功率光源，光通量為 8500lm，光源的元發(fā)光面積為 300*200mm，則光源距離地面 2m，光譜相機(jī)距離地面 4.5m，光源垂直照射，則光源照射到地面再反射到相機(jī)的光照度為 32lm。

 以上計(jì)算僅考慮反射率為 100%的情況，實(shí)際反射率要低于 100%，因此計(jì) 算光照度亦有所減少。為了使光源光照度更加集中，采用光源前端加裝反射罩方 式增加光源能量效率，可使得到達(dá)相機(jī)的光照度增加。
高光譜數(shù)據(jù)采集軟件主要實(shí)現(xiàn)高光譜相機(jī)的參數(shù)配置、數(shù)據(jù)顯示，與軌道機(jī)器人控制軟件配合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)同步采集。

通過益可達(dá)巡檢機(jī)器人可遠(yuǎn)程讀取高光譜原始數(shù)據(jù)、顯示光譜曲線、從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物及其生長(zhǎng)環(huán)境的水分、化學(xué)物質(zhì)、微量元素等指標(biāo)的定量反演等。