一种农作物抗倒伏测试系统方法及使用其的方法
【专利摘要】本发明涉及一种农作物抗倒伏测试系统及使用其的方法，该系统包括：风场模拟装置、传感器和处理器；所述风场模拟装置设置在被测作物的一侧，所述传感器包括应力应变传感器和温度湿度传感器，所述应力应变传感器设置在所述被测作物的茎秆上，用于采集所述被测作物的应力应变，所述温度湿度传感器设置在所述被测作物所在的土壤上，用于测量所述土壤的温度和湿度，所述处理器接收所述传感器采集的数据，并对所述数据进行处理。本发明的系统及方法，采集与倒伏直接相关的弯曲、弯折顺时局部的应力、应变数据，通过建立农作物的三维模型，分析被测作物的抗倒伏性，从而提高了大田农业生产以及农作物品种评价的质量和效果。
【专利说明】一种农作物抗倒伏测试系统方法及使用其的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业器械领域，具体地，涉及一种农作物抗倒伏测试系统及使用其的方法。
【背景技术】
[0002]在我国现代农业生产中，作物倒伏已经成为影响农业高产、稳产的重要因素。以玉米、水稻、小麦为代表的大田作物在我国农业生产中占有很大比重，以玉米为例，每年因倒伏造成的减产达上百万吨。因此，开展主要农作物的抗倒伏定量化、标准化研究十分必要。随着现代信息化、自动化技术手段的发展，特别是传感器、材料力学、计算机以及机械自动化技术在农业领域的深入应用，为传统的农作物性状参数获取、测量与分析带来全新的技术手段和实用工具，通过模拟真实环境构建大田自然风场环境并进行农作物抗倒伏测试分析，为农业生产和品种选育提供实时准确的数据支持，从而提高作物高产、稳产能力，对于推动现代农业的快速发展有着巨大的促进作用。
[0003]作物倒伏类型包括根倒、茎倒等不同类型，倒伏方式与倒伏位置与作物茎杆的材料力学性能紧密相关，不同物种、不同品种、不同环境以及不同栽培种植密度均会对作物茎杆等器官的内部组织结构产生影响，从而影响作物器官的材料力学属性。从茎杆等主要器官的材料力学性能角度研究作物抗倒伏性是本领域有效的技术手段。
[0004]但是在大田生产过程中，环境变化不可预知，在大田中开展农作物抗倒伏研究计算和分析具有较大难度。当前针对力学性能的研究主要包括茎杆弯折力、茎杆压碎力、硬皮穿刺力等间接参数的测量与评价。针对田间自然状态下的作物抗倒伏研究，难以构建系统化、定量化、标准化外部环境，不能获取与倒伏直接相关的弯曲、弯折瞬时局部的应力、应变数据，从而影响大田农业生产以及作物品种评价的质量和效果。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述情况，提供一种农作物抗倒伏测试系统及使用其的方法，通过构件系统化、定量化和标准化的外部环境模拟装置，采集与倒伏直接相关的弯曲、弯折顺时局部的应力、应变数据，通过建立农作物的三维模型，分析被测作物的抗倒伏性，从而提高了大田农业生产以及农作物品种评价的质量和效果。
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种农作物抗倒伏测试系统，其特征在于，所述系统包括:风场模拟装置、传感器和处理器；所述风场模拟装置设置在被测作物的一侧，所述传感器包括应力应变传感器和温度湿度传感器，所述应力应变传感器设置在所述被测作物的茎杆上，用于采集所述被测作物的应力应变，所述温度湿度传感器设置在所述被测作物所在的土壤上，用于测量所述土壤的温度和湿度，所述处理器接收所述传感器采集的数据，并对所述数据进行处理。
[0007]其中，所述风场模拟装置包括风机、管道和空气射流出口，所述风机设置于所述管道的一侧末端，所述空气射流出口设置于所述管道的另一侧末端，所述风机将空气吸入到所述管道中，并通过所述空气射流出口吹向所述被测作物。
[0008]其中，所述风场模拟装置还包括整流器，所述整流器设置在所述管道中。
[0009]其中，所述系统还包括移动装置，所述风场模拟装置设置在所述移动装置上，并随着所述移动装置移动。
[0010]其中，所述处理器和所述传感器通过无线传输的方式进行数据的传输。
[0011]根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述系统的进行农作物抗倒伏测试的方法，所述方法包括:
[0012]SI，风场模拟装置将设定的风力吹向被测作物；
[0013]S2，测量在设定风力下所述被测作物的数据；
[0014]S3，根据测量的数据，利用预设的所述被测作物茎杆的三维模型进行数据分析，计算所述被测作物的茎杆的材料力学属性参数。
[0015]其中，所述数据包括所述被测作物的茎杆的变形以及应力。
[0016]其中，所述步骤S2还包括:测量所述被测作物所在的土壤的温度和湿度。
[0017]通过上述实施例可知，本发明的农作物抗倒伏测试系统及方法，综合利用传感器、材料力学、计算机以及机械自动化等方法和技术，构建系统化、定量化、标准化的倒伏外部模拟环境实现装置，可在田间环境下，真实模拟自然风场，并实时、准确、快速、高效地获取农作物在弯折、倒伏过程中与倒伏直接相关的瞬时局部应力、应变数据，以此为基础计算分析作物茎杆的材料力学特性，为作物品种的定量化、标准化评价提供新的技术方法，从而提高大田农业生产以及作物品种评价的质量和效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0019]图1示出了本发明的一种农作物抗倒伏测试系统的结构框图。
[0020]图2示出了本发明的一种农作物抗倒伏测试方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0022]图1示出了本发明的一种农作物抗倒伏测试系统的结构示意图。
[0023]参照图1，本发明实施例的一种农作物抗倒伏测试系统包括:风场模拟装置10，传感器20，处理器30。
[0024]风场模拟装置10设置在所述被测作物40的一侧，风场模拟装置10包括风机11，管道12和空气射流出口 13，风机11位于管道12的一侧末端，空气射流出口 13设置于管道12的另一个末端，并且将空气射流出口设置为面向被测作物40，风机11提供气流的初始速度，将所述空气吸入到得到管道中，并在管道12中形成稳定、流速均匀的气流，同时产生一定的压力，并在空气射流出口 13处形成具有一定稳定风场的区域，从而使得从空气射流出口吹出的气流与自然风具有类似的属性。
[0025]另外，在管道12内还可以安装整流器，用于对管道内的气流进行调整。
[0026]本发明的实施例的系统还包括移动装置，如导轨等，风场模拟装置10设置在移动装置上，可以通过移动装置实现风场模拟装置在水平方向的移动。
[0027]空气射流出口 13的规格根据被测作物区域的大小确定，如以玉米为例，单株玉米约2-2.5m高，横向Im宽，通常需要2m*lm的出口截面积；小麦水稻等植株Im高左右，需要约2m*lm的出口截面积，管道长度与截面积相关，2m*lm的出口截面积为例，长度至少需要4m ο
[0028]同时，不同被测作物要求的实验风速不同，以玉米为例，发生倒伏条件风速要达到25m/s,小麦水稻倒伏风速需要达到15m/s。
[0029]风机11的功率与截面积、风速相关，以2m*lm的出口截面积，25m/s风速为例，需要约 55kw0
[0030]风机11可使用电机或柴油机驱动，满足大田野外环境的条件。
[0031]传感器20包括应力应变传感器21和温度湿度传感器22，应力应变传感器21设置在被测作物40的茎杆上，并且在每个被测作物40上设置有多个应力应变传感器21，用于检测被测作物的不同部位的应力应变。
[0032]温度湿度传感器22设置在被测作物所在的土壤上，用于检测土壤的温度和湿度。
[0033]处理器30与传感器20连接，用于对所述传感器采集的数据进行处理。
[0034]另外，可以使用无线传输的方式在传感器20和处理器30之间进行数据的传输，从而可以更方便地设置传感器，而不会影响数据的传输。
[0035]图2示出了本发明的一种农作物抗倒伏测试方法的流程图。
[0036]根据本发明的另一个方面，基于上述农作物抗倒伏测试系统，提供了一种农作物抗倒伏测试分析方法，参照图2，该方法包括步骤:
[0037]SI，风场模拟装置将设定的风力吹向被测作物；
[0038]在使用农作物倒伏过程运动学分析系统时，首先对系统进行设置。
[0039]风场模拟装置的空气射流出口的大小，风机的功率以及管道的疮毒根据被测作物的品种设定。如对玉米进行测定时，单株玉米约2-2.5m高,横向Im宽,通常需要2m*lm的出口截面积，管道长度至少需要4m，同时，如果设定风速为25m/s，则设置风机的功率为55kw。
[0040]传感器的设定同样根据被测作物的品种设定，在被测作物的茎杆上设置多个用于测量应力应变的传感器，同时，在田间设置温度湿度传感器，以测量田间的温度和湿度。
[0041]系统设定完成后，首先开启风场模拟装置，以设定的风力吹向被测作物。
[0042]S2，测量在设定风力下所述被测作物的数据；
[0043]开始测量时，针对不同作物、不同品种、不同植株密度，分别设置不同的风速进行环境模拟，记录倒伏发生的时间，以及对应的应力应变数据，并针对茎倒、根倒、节倒等不同情况，建立倒伏风速、倒伏时间的相关性模型，并绘制应力应变曲线。
[0044]同时，使用温度湿度传感器获取大田土壤环境监测数据，包括土壤温度、土壤水分等参数，当作物发生根倒时，建立土壤含水量与倒伏风速、倒伏时间的相关性模型，并绘制含水量与倒伏风速相关性曲线。
[0045]S3，根据测量的数据，利用预设的所述被测作物茎杆的三维模型进行数据分析，计算所述被测作物的茎杆的材料力学属性参数。
[0046]本实施例中，通过预先设定的作物结构参数节间长、节半径、节间半径等参数，建立作物茎杆的三维模型，对三维模型进行有限元划分，将测量的应力应变数据应用到有限元分析模型，计算分析的茎杆在田间环境下模拟自然风场作用下的根拔力强度、抗拉强度、拉伸力分布、复位速度、抗弯强度、横折断强度、弹性模量等茎杆的材料力学属性参数指标。
[0047]另外，针对不同作物、不同品种、不同密度进行田间测试，并将分析结果作为农作物抗倒伏性评价的量化指标，为品种鉴定和品种选育提供量化参考，并形成田间环境下作物抗倒伏性测定的标准流程，从而达到提升现代农业生产效率和质量的目的。
[0048]通过上述实施例可知，本发明的农作物抗倒伏测试系统及方法，综合利用传感器、材料力学、计算机以及机械自动化等方法和技术，构建系统化、定量化、标准化的倒伏外部模拟环境实现装置，可在田间环境下，真实模拟自然风场，并实时、准确、快速、高效地获取农作物在弯折、倒伏过程中与倒伏直接相关的瞬时局部应力、应变数据，以此为基础计算分析作物茎杆的材料力学特性，为作物品种的定量化、标准化评价提供新的技术方法，从而提高大田农业生产以及作物品种评价的质量和效果。
[0049]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
【权利要求】
1.一种农作物抗倒伏测试系统，其特征在于，所述系统包括:风场模拟装置、传感器和处理器；所述风场模拟装置设置在被测作物的一侧，所述传感器包括应力应变传感器和温度湿度传感器，所述应力应变传感器设置在所述被测作物的茎杆上，用于采集所述被测作物的应力应变，所述温度湿度传感器设置在所述被测作物所在的土壤上，用于测量所述土壤的温度和湿度，所述处理器接收所述传感器采集的数据，并对所述数据进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种农作物抗倒伏测试系统，其特征在于，所述风场模拟装置包括风机、管道和空气射流出口，所述风机设置于所述管道的一侧末端，所述空气射流出口设置于所述管道的另一侧末端，所述风机将空气吸入到所述管道中，并通过所述空气射流出口吹向所述被测作物。
3.根据权利要求2所述的一种农作物抗倒伏测试系统，其特征在于，所述风场模拟装置还包括整流器，所述整流器设置在所述管道中。
4.根据权利要求1所述的一种农作物抗倒伏测试系统，其特征在于，所述系统还包括移动装置，所述风场模拟装置设置在所述移动装置上，并随着所述移动装置移动。
5.根据权利要求1所述的一种农作物抗倒伏测试系统，其特征在于，所述处理器和所述传感器通过无线传输的方式进行数据的传输。
6.一种使用权利要求1-5的任一项的系统进行农作物抗倒伏测试的方法，其特征在于，所述方法包括: Si，风场模拟装置将设定的风力吹向被测作物； S2，测量在设定风力下所述被测作物的数据； S3，根据测量的数据，利用预设的所述被测作物茎杆的三维模型进行数据分析，计算所述被测作物的茎杆的材料力学属性参数。
7.根据权利要求6所述的一种农作物抗倒伏测试方法，其特征在于，所述数据包括所述被测作物的茎杆的变形以及应力。
8.根据权利要求6所述的一种农作物抗倒伏测试方法，其特征在于，所述步骤S2还包括:测量所述被测作物所在的土壤的温度和湿度。
【文档编号】G01N3/00GK104198268SQ201410392267
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】郭新宇, 肖伯祥, 王传宇, 吴升, 杜建军 申请人:北京农业信息技术研究中心