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专利名称:用于分析植物毒性的自动化系统的制作方法
技术领域:
本发明涉及用于植物损伤的自动化分析的一种系统。更具体地说,本发明涉及用于自动化系统的一种田用车、一种车辆或者一种车辆的机架移动式附件(toolbarmobileattachment),用于迅速并准确地测量植物损伤或由一种农药或其配方组分引起的植物毒性,并且还涉及选择或排除农药的方法、或基于该自动化系统选择或排除植物选择的方法。
背景技术:
农业小块土地研究试验被设计成测量这些地块的处理效果。地块处理采用常用的施药方法,包括例如叶处理、土壤处理、喷淋处理、沟灌处理以及种子处理。当该处理为一种化学药品例如一种农药(如除草剂、杀虫剂、杀真菌剂、杀线虫剂,等等)时,通常进行测量来检测有害植物效应的迹象。虽然在一些情况下,该化学药品增强了该植物并且该测量检测出植物质量的提高。这些测量需要针对植物毒性或其他植物损伤(如矮化生长、直立不良或相似测量结果)进行大量的、耗时的田间地块的视觉评级。然后使用这些评级来选择对一种感兴趣的农药具有耐受性的植物或用于筛选对植物的农药有效性的测试。这些田间评级是非常耗时且主观的,即使雇佣具有高度专业化技能背景的人员也是如此。每个地块必须对除草剂损伤的多个部分进行评级,并且每个部分都在
0-100的尺度上进行视觉评级。由于对评级多个地块所需要的时间间隔以及由于个人的技术水平和个人偏差,在评级上存在着可变性。如果地块植物质量受到与所述处理无关的环境条件(如冰雹、病害、风)的损害,那么该地块的结果是没有用的,因为预期的处理不能被准确测量。现有程序需要在施药之后大约四到三十天进行地块植物毒性的评价。就植物损伤和植物死亡对植物进行计数或视觉评分。记下不符合最低质量标准的地块以便将其从进一步的分析中排除。这些评级的范围将是从早期营养生长阶段到生殖生长阶段。多重评级允许更详细地了解植物对农药损伤的反应,但现有的人工程序是昂贵的、劳动密集的且并不总是精确的。发明概述本发明包括用于植物育种计划中用以自动评价植物的植物毒性和/或损伤或死亡的自动化田地扫描系统,更确切地说包括对在植物育种计划中农药处理后的植物中的植物毒性和/或损伤的评价。本发明包括用于植物选择计划中的一种系统和一种田用车或机架,用来自动评价植物的植物毒性和/或损伤或死亡,更确切地包括,在针对转化株、主导事件或具有渗入的转基因或性状的植物的选择计划中对植物的植物毒性和/或损伤的评价。本发明包括用于植物筛选计划中的一种系统以及自动化田地扫描,用来自动评价植物的植物毒性和
/或损伤或死亡,包括在针对植物中的沉默的、可变换的或丢失的性状的检测计划中对植物的植物毒性和/或损伤的评价,在被推定携带这些转基因或性状的植物中这些性状对于异型生物质应用是可检测的。本发明包括用于化学筛选计划中的一种系统以及一种田用车/机架,用来自动评价植物的植物毒性和/或损伤或其缺乏,这些植物是用不同的农药、农药混合物、农药施用速率、农药施用类型、用于农药施用的不同装置或者这些的任何组合进行处理过的。在一些情况下,该处理对植物具有有益效果。本农药筛选方法使用该自动化田地扫描系统通过评价在一个自动化农药筛选计划中的植物的植物毒性和/或损伤来筛选农药。宽泛地说,本发明包括用来自动评价农业领域中的植物的植物毒性和/或损伤或死亡的一种系统以及一个自动化传感工具。在一个优选的实施方案中,本发明包括用于在农业小块土地研究试验中将植物地块植物毒性的定量过程自动化的一种系统。该系统使用有源辐射测量传感器来测量每行中的冠层光谱反射,表示为NDVI单位(归一化差值植被指数)。植被读数从土壤读数中分离并记录为植被覆盖百分比以及平均NDVI。
该系统使针对植物的植物毒性或损伤的成千上万的实验植物的筛选过程自动化。该系统还使针对成千上万的植物的农药筛选过程自动化,用于检测植物的植物毒性或损伤。典型地,评价植物损伤是一个人工过程,依赖于若干有经验的技术人员做出每小时数百次的评价并将其
记录。这种人工系统使用一个数字评分系统,例如从一到九,其中一相当于最适度的损伤而九相当于植物死亡。由多位技术人员在每日基础上对成千上万的地块进行人工评价。这些评价是主观性的,因为每位技术人员具有不同的偏差以及经验量。典型地,一位技术人员每小时可以评价介于500株和1000株之间的植物,或者每小时大约50到100个小研究地块。在一个实施方案中,本发明提供了用于评价生长的处理过的植物的损伤的系统。本发明用来评价来自对在一块田地中生长的植物的农药处理的植物毒性和/或损伤。用于获取有关种植行中植物的植物毒性的数据的设备被安装在一个田用车上从而便于在田间移动。该田用车包括在植物冠层上方支撑在轮子上的一个本体。一个辐射测量传感器被安装在该田用车的本体上并且被定位为使得当该田用车在田间移动时该辐射测量传感器向下观察一个行。传感器的数目与田用车跨越的植物的行数相对应,使得每个传感器都被定位在一行的上方。当田用车沿多个行被向前推时,每个传感器组件从相应的行中的植物中收集数据并且产生一个数据信号,该数据信号被同样安装在该田用车上的一台计算机接收并储存。优选地,田地的各个行中的各个植物的位置或范围由一个GPS设备记录,该GPS设备与种植该行的播种机相关联,并且该田用车还包括GPS装置,使得产生的数据可以与记录的种植位置相关联,并且由此种植在该位置的用于一个育种计划
(用来开发改良的植物品种)中的种子的身份也可以与该记录的种植位置相关联。任选地,该田用车或车辆可以包括一个标记或排除工具。当产生数据信号时,将这个信号与在结果范围内的数据信号相比较并确定其在该结果范围之内或之外。指示一个可选择的植物的所有数据信号都可以用一个自动化标记系统进行标记。因此该自动化标记器可以标记所希望的植物或不希望的植物。这些植物可以用一种可以在视觉上描绘这些植物的颜料或涂料的喷雾、一个标记、一个标志或一个标签进行标记。可替代地,可以用一种靶向性除草剂喷雾排除这些植物,该除草剂喷雾由该系统自动启动从而与植物的GPS位置相关;或者可以用一个机械装置(被该系统自动化)将这些植物进行切割、修剪或物理破坏,从而与所不希望的植物的GPS位置相关。在另一个实施方案中,本发明提供了评价一种农药具有植物毒性作用或损伤生长中的植物的倾向的方法。该方法包括在田地中种植多个分成行的地块并将一个移动式田用车定位在生长的植物的上方。该田用车(可被机动化,手动推动或用踏板力操作)包括一个本体,其中至少一个传感器被固定到该本体上。每个传感器产生数据信号,并且一台计算机接受并存储这些数据信号。该方法还包括如下步骤将每个传感器定位在单行植物上;扫描在每行中的每株植物;将来自每个传感器的数据信号传输到该计算机中;以及将这些数据信号存储在该计算机中。通过仔细考虑详细的说明和附图,本发明的其他方面将会变得明显。附图简要说明图
I是一块玉米地的***图。图2是包含在本发明中的有轮车支撑设备的***图,显示出该支撑设备跨越两行玉米。图3-5是该车的另外的***图。·图6是该车在一个呈现在一块田地中的玉米中的另一个***图。图7是用于一个系统中的一个传感器的照片。图8是主导事件试验-V2施药的曲线图,y轴显示了在5DAT(处理后的天数)时的总植物百分比(GeneralPhytopercentage),并且x轴显示了在12DAT时的平均NDVI。图9是主导事件试验-V2施药的曲线图,y轴显示了在17DAT(处理后的天数)时的总植物百分比,并且X轴显示了在12DAT时的平均NDVI。
图10是主导事件试验-V2施药的曲线图,y轴显示了在17DAT(处理后的天数)时的总植物百分比,并且X轴显示了在19DAT时的平均NDVI。
图11是主导事件试验-V5施药的曲线图,y轴显示了在6DAT(处理后的天数)时的总植物百分比,并且X轴显示了在8DAT时的平均NDVI。.
图12是试验SG051的曲线图,它显示了12DATNDVI与16DAT植物的相关性。
图13是本发明的一个系统的一些电气部件的示意图。
图14a_c是本发明的安装到一个拖拉机上的实施方案的照片。
图15是试验SG051的曲线图,显示了12DATNDVI与产量的相关性。
图16是农药抗性大豆的主导事件试验的田间处理施药图。优选实施方案的详细说明在详细解释本发明的任一实施方案之前,应当理解的是,本发明在它的应用上并不限于在以下说明中所提出的或以下附图中所展示的结构和部件安排的细节。本发明可以有其他的实施方案,并且能够以不同的方式被实施或进行。在此描述的装置和方法可以充分利用全球定位卫星(GPS)系统来确定并记录田地、在田地中的地块、以及在地块中的植物的位置,使收集的植物状况数据相关联,从而确定和记录特定植物的位置,确定特定植物的标记、标志或标签,以及确定和分派特定植物。虽然将特别参照GPS卫星描述各种方法和装置,应当理解的是,这些传授内容同样适用于利用伪卫星或卫星与伪卫星的组合的系统。伪卫星是基于地面或基于近地面的发送器,它播送在L波段(或其他频率)载体信号上调制的一个伪随机(PRN)码(类似于一个GPS信号),通常与GPS时间同步。每个发送器都被分配一个唯一的PRN码从而允许被一个遥控接收器识别。如在此所使用的,术语“卫星”旨在包括伪卫星或伪卫星的等同物,并且如在此所使用的术语GPS信号旨在包括来自伪卫星或伪卫星的等同物的GPS样信号。应当进一步理解的是,本发明的方法和设备同样适用与基于全球导航卫星系统
(GL0NASS)或其他基于卫星的定位系统一起使用。GL0NASS系统不同于GPS系统之处在于,来自不同卫星的发射物(emission)通过略微不同的载波频率而使彼此区分,而不是利用不同的伪随机码。如在此以及在下面的权利要求书中所使用的,术语GPS应当被理解为表示美国全球定位系统以及GL0NASS系统或其他基于卫星和/或伪卫星的定位系统。图I展示了根据在此描述的方法种植的农田25。配备有一个高精度GPS接收器的一个播种机生成了农田25的一个数字地图的显影。通过这种操作定义的地图可能成为基本地图和/或可能成为一台机器指导的和/或下面将进一步讨论的控制系统的控制特征。该地图应当具有足够的分辨率,使得可以通过参照该地图将由该地图限定的在该区域内的一个车辆的精确位置确定到几英寸。目前可获得的GPS接收器,例如像NovAtel公司(卡尔加里(Calgary),艾伯塔省(Alberta),加拿大(Canada))生产的ProPak-V3,能够进行这样的操作。为了该操作,用一台拖拉机或其他车辆将一台播种机拖曳穿过田地25。该播种机配备有一个GPS接收器,它接收来自GPS卫星和一个参考站的传输。还将一种监控设备定位于播种机的板上,当种子被播种机播种时该监控设备记录种子的位置。换句话说,使用由该GPS接收器提供的精确定位信息以及由该播种机提供的输入,该监控设备记录在田地25中该播种机放置每个种子的位置
。当所述拖拉机和播种机在田地25上行进以播种不同行的种子、幼苗或作物时,一个数字地图被建立起来,其中每个播种在田地25中的种子的位置都存储。当种植操作发生时,可能在传输中产生这种地图或提供类似信息的其他数据结构。可替代地,该地图可以利用一个先前开发的地图(例如,从之前种植操作中产生的一个或多个地图,等等)。在这种情况下,这种先前存储的地图应该被更新,以反映最新种植的种子的位置。事实上,在一个实施方案中,一个先前存储的地图被用来确定种植种子/作物的适当位置。在这样一个实施方案中,存储在一个数据库中的有关信息(例如灌溉系统的位置和/或其他作物的先前种植位置)可被用来确定新作物/种子应该被播种的位置。这一信息被提供给该播种机(例如,以无线电遥测数据、存储数据等形式)并被用来控制播种操作。当播种机(例如,利用执行合适软件的一个常规的通用可编程微处理器或者一个位于其上的专用系统)识别出到达了一个播种点(例如,当该播种机越过田地25的一个被确定为种子应该被种植的位置时)时,一个机载控制系统启动一个种子播种机构来放置种子。关于何时进行这个种植的决定,是根据由GPS接收器提供的播种机的当前位置与数据库中得到的播种信息的比较做出的。例如,可以通过一个索引访问该播种信息,该索引是根据所述播种机的当前位置(即,一个位置相关数据结构)确定的。因此,给定该播种机的当前位置就可以访问一个查阅表或其他数据结构来确定是否应该播种一个种子。在该播种操作被用来建立该数字地图的情况下,播种数据不需要在播种机本地记录。相反,数据可以从该播种机传输到某一远程记录设施
(例如,一个作物研究站设施或其他中心或远程工作站位置),在该设施中数据可以被记录到合适的媒介上。在播种操作结束时的总体目标是获得一个数字地图,该数字地图包括每个播种的种子的精确位置(例如,在几英尺的范围内)。正如所指出的,用GPS技术绘制地图是获得所希望的准确程度的一种手段。如图I和2中所示,田地25上种植有许多行21植物,在本实施方案中这些植物为玉米植物。
不同品种的植物可以被种植在田地25中作为一个农药测试或植物育种或植物选择计划的一部分,用来评价在处理田地之后不同品种的植物毒性和/或损伤。例如,在田地25上可以种植有如甜玉米、大豆、棉花、花生、马铃薯、芸苔、小麦、苜蓿、甜菜、向日葵、水稻、高粱、蔬菜、水果以及浆果类的品种。可以建立植物确定计划(如一个育种计划、被赋予性状的植物选择、转化株选择计划、主导事件试验或转基因事件选择计划)来确定对一种农药处理具有抗性、耐受性或者敏感性的品种。处理应用方法包括,例如叶面处理、土壤处理、喷淋处理、沟灌处理以及种子处理。该处理是一种化学药品,像一种农药,如一种除草剂、杀虫齐U、杀真菌剂、杀线虫剂,它也可以包括除草剂佐剂、安全剂,等等。这些田地的农药处理可以和大范围的环境条件相结合。这允许该自动化植物确定计划来评价农药处理的效果,表示为在不同的基因植物条件乘以环境植物条件