目前，國內(nèi)多家科研機構(gòu)、實驗室在關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)方向的科研，已經(jīng)取得了一定進展，僅在作物表型技術(shù)方面，已經(jīng)在玉米、小麥、棉花、油菜等作物方面獲得了進展。

一、田間玉米苗期高通量動態(tài)監(jiān)測方法

科研機構(gòu)：北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心/數(shù)字植物北京市重點實驗室、上海海洋大學(xué)信息學(xué)院

為解決玉米出苗動態(tài)檢測監(jiān)測，依靠人工觀測，管理不精準(zhǔn)的問題，實現(xiàn)田間精細化管理。北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心攜手上海海洋大學(xué)等結(jié)構(gòu)，研究以田間作物表型高通量，采集平臺獲取的高時序可見光圖像，和無人機平臺獲取的可見光圖像兩種數(shù)據(jù)源，構(gòu)建了不同光照條件下的玉米出苗過程圖像數(shù)據(jù)集。對不同品種、不同密度的玉米植株進行出苗動態(tài)連續(xù)監(jiān)測，對各玉米品種的出苗持續(xù)時間和出苗整齊度進行評價分析。

試驗結(jié)果表明，利用本模型得到的動態(tài)出苗結(jié)果與人工實際觀測具有一致性，可以滿足實際應(yīng)用場景下玉米出苗自動檢測的需求，具有魯棒性和泛化性。

二、基于Micro-CT的玉米籽粒顯微表型特征研究

科研機構(gòu)：北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心/數(shù)字植物北京市重點實驗室、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院

針對傳統(tǒng)籽粒顯微性狀檢測方法效率低、誤差大且指標(biāo)單一等問題，該團隊研究利用Micro-CT掃描技術(shù)對5種類型11個品種玉米籽粒開展顯微表型(植物組織、細胞和亞細胞水平的表型信息)精準(zhǔn)鑒定研究。

基于對CT序列圖像的處理解析，共獲取籽粒、胚、胚乳、空腔、皮下空腔、胚乳空腔和胚空腔的34項顯微表型指標(biāo)。結(jié)果表明，Micro-CT掃描技術(shù)不僅可以實現(xiàn)玉米籽粒顯微表型的精準(zhǔn)鑒定，還可以為玉米(比如：普通玉米、爆裂玉米、甜玉米、高油玉米等)籽粒分類、品種檢測等提供技術(shù)支撐。

三、基于高光譜數(shù)據(jù)的玉米葉面積指數(shù)和生物量評估

科研機構(gòu)： 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院

該團隊為提升玉米精準(zhǔn)管理水平，研究基于3個種植密度和5份玉米材料的田間試驗，獲取玉米大喇叭口期的地面ASD高光譜數(shù)據(jù)與無人機高光譜影像，分析不同種植密度下不同遺傳材料的葉面積指數(shù)(LAI)和單株地上部生物量，構(gòu)建基于全波段、敏感波段和植被指數(shù)的LAI和單株的上部生物量高光譜估算模型，比較分析兩類高光譜數(shù)據(jù)在玉米表型性狀參數(shù)上的檢測能力。

結(jié)果表明，田間非成像高光譜和無人機成像高光譜在玉米LAI及生物量估算方面具有較好的一致性，能夠快速有效地提取地塊尺度玉米農(nóng)學(xué)參數(shù)信息，可為高光譜技術(shù)在小區(qū)尺度的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理應(yīng)用提供參考。

四、基于快速葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)的油菜冠層生化參數(shù)垂直異質(zhì)性分析

科研機構(gòu)：浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部光譜檢測重點實驗室、浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點實驗室

針對現(xiàn)有作物生化參數(shù)的垂直分布研究，缺乏與光合生理聯(lián)系的問題，該團隊研究主要探究了不同氮素處理水平下，油菜苗期冠層內(nèi)的葉綠素、類胡蘿卜素、干物質(zhì)和水分等生化參數(shù)的垂直分布變化特性，及葉片的光合性能，進一步剖析了熒光響應(yīng)與生化參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系。

試驗結(jié)果表明:應(yīng)用快速葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)對作物進行生化信息的垂直異質(zhì)性檢測，具有可行性，可為指導(dǎo)精準(zhǔn)施肥和提高優(yōu)質(zhì)優(yōu)產(chǎn)提供新思路和技術(shù)支撐。

五、利用多時序激光點云數(shù)據(jù)提取棉花表型參數(shù)方法

科研機構(gòu)：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國家重點實驗室等

為實現(xiàn)作物表型參數(shù)高效、準(zhǔn)確地測量和作物生育期表型參數(shù)的動態(tài)量化研究，該團隊研究以棉花為研究對象，針對棉花植株主干的幾何特性，采用三維激光掃描LiDAR技術(shù)獲取棉花植株的多時序點云數(shù)據(jù)，對各植株表型參數(shù)動態(tài)變化過程進行了量化。

實驗結(jié)果表明，采用主干提取及葉片分割方法能夠?qū)崿F(xiàn)棉花的枝干和葉片分割。提取的株高、葉長、葉寬等表型參數(shù)與人工測量值的決定系數(shù)均趨近于1.0;同時，實現(xiàn)了棉花表型參數(shù)的動態(tài)量化過程，為三維表型技術(shù)的實現(xiàn)提供了一種有效方法。

六、基于YOLOv4和自適應(yīng)錨框調(diào)整的谷穗檢測方法

科研機構(gòu)：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院、陜西師范大學(xué)計算機學(xué)院

為解決傳統(tǒng)人工統(tǒng)計谷穗費時費力的問題，該團隊研究提出了一種基于YOLOv4和自適應(yīng)錨框調(diào)整的谷穗檢測方法，可快速準(zhǔn)確地檢測特定框中的谷穗。通過自適應(yīng)地調(diào)整錨框，可生成符合谷穗目標(biāo)的候選框，從而提升檢測的準(zhǔn)確率。

試驗結(jié)果表明，該方法獲得了良好的谷穗檢測性能，在所有評價標(biāo)準(zhǔn)上均比其他比較模型高出8%，具有較好的準(zhǔn)確性和高效性。

七、基于超體素聚類和局部特征的玉米植株點云雄穗分割

科研機構(gòu)：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院、遼寧省農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心等

針對當(dāng)前三維點云處理方法在玉米植株點云中識別雄穗相對困難的問題，該團隊提出一種基于超體素聚類和局部特征的玉米植株點云雄穗分割方法。

結(jié)果表明，基于超體素聚類和局部特征的玉米植株點云雄穗分割方法，具備在玉米植株點云中提取雄穗的能力，可為玉米高通量表型檢測、玉米三維重建等研究和應(yīng)用提供技術(shù)支持。

八、基于三維數(shù)字化的小麥植株表型參數(shù)提取方法

科研機構(gòu)：北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心數(shù)字植物北京市重點實驗室、西北農(nóng)林科技大學(xué)信息工程學(xué)院

針對小麥植株分蘗多、器官間交叉遮擋嚴重，難以用圖像或點云準(zhǔn)確提取植株和器官表型的問題，該團隊研究提出了基于三維數(shù)字化的小麥植株表型參數(shù)提取方法。

根據(jù)三維數(shù)字化數(shù)據(jù)的空間位置語義信息和表型參數(shù)的定義，提出了小麥植株表型參數(shù)計算方法，實現(xiàn)了小麥植株和器官長度、粗度和角度等3類共11個常規(guī)可測表型參數(shù)的計算。利用豐抗13號、西農(nóng)979號和濟麥44號三個品種小麥起身期、拔節(jié)期、抽穗期三個時期的人工測量值和提取值進行驗證。

結(jié)果表明，在保持植株原始三維形態(tài)結(jié)構(gòu)的前提下，提取的莖長、葉長、莖粗、莖葉夾角與實測數(shù)據(jù)精度相對較高。該方法能便捷、精確地提取小麥植株和器官形態(tài)結(jié)構(gòu)表型參數(shù)，為小麥表型相關(guān)研究提供了有效技術(shù)支撐。

九、作物三維重構(gòu)技術(shù)研究現(xiàn)狀及前景展望

科研機構(gòu)：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院

為深入總結(jié)作物表型中三維重構(gòu)技術(shù)研究進展，該團隊從作物三維重構(gòu)的基本方法與應(yīng)用特點、研究現(xiàn)狀和前景展望等三個方面展開綜述。從作物三維重構(gòu)全程自動化、4D表型的構(gòu)成、作物虛擬生長與模擬育種和智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展等方面對作物三維重構(gòu)技術(shù)的前景進行了展望。

作物的三維重構(gòu)模型對于高通量作物表型獲取、作物株型特征評價、植株結(jié)構(gòu)和表型相關(guān)性分析等均具有重要意義，加快了新品種的選育和優(yōu)化了田間管理。

審核編輯黃宇