数字绿土LiCrop表型监测系统打造农林建设新高地

近年来，随着分子生物学和基因组学等新兴学科的飞速发展，分子育种使育种家对基因型进行直接选择成为可能，有效解决了传统育种中“经验育种”周期长和效率低的问题，成为现代作物育种的主要方向。在传统的“经验育种”到定向、高效的“精确育种”的转化过程中，实现大幅度提高育种效率的关键环节之一是要对作物全生育期的表型性状进行快速、海量、无损的分析和监测。

表型是指生物体个别或少数性状以至全部性状的表现。依据育种目标的不同，需要改良提高的农艺性状可分为高产性状、稳产性状、品质性状和养分与光高效利用性状四个方面。当一个性状受单一主效基因调控，表型差异明显时，较易建立起表型—基因相关性，易于进行遗传改良。但大多数重要农艺性状为复杂性状如产量、株型、品质等，受多个遗传位点调控，表现出渐进式的变化；同时，基因——环境相互作用使得表型变异更加复杂。因此，发展精细，高通量、无损全生育期表型分析技术将提高性状分析精度、加速新品种选育周期。

表型分析是理解基因功能及环境效应的关键环节，表型监测不仅可对育种前期的室内种质筛选进行指导，而且能在后期推广种植中对品种的田间表现进行评估。LiCrop表型监测系统以水稻和玉米等主要粮食作物为研究对象，实现了多尺度、多时序作物全生育期的生长动态监测，为育种提供了重要数据支撑。

表型监测平台通过搭载不同类型的传感器，能够在短时间内获取多源多尺度遥感数据，为通量化地实现表型测量提供了支持。LiCrop作为国内首套高通量作物三维表型监测系统，该系统包括室内固定平台、室外移动监测平台、无人机监测平台，以及田间大型固定监测平台。

1、地面平台

LiCrop表型数据采集系统传感器模块

传感器集成系统高度模块化，集成激光雷达，高分辨率相机以及多光谱相机，热红外相机可实现作物表型的空间形态和光谱信息数据获取。

激光雷达获取的点云数据能够提供毫米级精度的表型结构信息，在作物叶倾角、叶面积密度、叶面积指数、作物三维体积等三维结构参数提取方面有不可比拟的优势；高分影像提供了群体水平完整的冠层覆盖信息，为作物三维重建时提供了丰富的纹理信息；高光谱图像通过拼接、校正、匀色等处理，提供了高光谱分辨率的植被指数，可应用于作物长势、作物生理状态评估；热成像仪提供了作物冠层温度的全天候监测，可实时地反映作物在生长胁迫下的生理状态。

2、无人机监测平台

无人机激光雷达系统参数简介

地面平台能够获取较为精细的作物表型数据，在单株尺度上的植被参数提取具有较大的优势，而要获取区域尺度的植被表型参数，则通常将多源传感器搭载到无人机等平台进行表型数据的获取,无人机平台可搭载激光雷达系统、可见光、多光谱、高光谱、热红外等多源传感器。

无人机激光雷达系统数据采集

无人机激光雷达点云数据成果

基于高光谱的作物监测

由于不同作物的光谱反射率不同，因此可以根据作物的光谱反射率对作物进行精细分类、长势监测、产量预估、灾害评估等；基于高光谱的作物监测对于保障国家粮食安全具有重要意义，同时也是农业生产过程中合理分配资源、精准施肥的重要依据。

3、LiPlant表型数据处理软件

为了便于多源数据分析，LiPlant软件模块集成了基于激光雷达点云数据的单株分割和枝叶分离算法，实现了群体到单株，单株到叶片多个水平表型结构参数的自动化、高通量提取（如冠层覆盖度、冠层高度模型、株高、叶倾角等）。此外，软件模块还包括点云和影像数据融合、植被指数提取以及温度分析等功能，为植物表型和生理生态等研究提供了充分、全面的支持。