全新啟程——托普云農為植物表型科研“數(shù)智”賦能

全球范圍內，在成像、算力、算法的逐輪驅動下，計算機視覺和人工智能技術支撐了各行各業(yè)的蓬勃發(fā)展。在農業(yè)領域，基于計算機視覺的植物表型技術，逐步嵌入到農業(yè)產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)中，人工智能技術也得以大放異彩。托普云農多年深耕智慧農業(yè)領域，在植物表型領域深厚積累，不斷攻克技術難點，啟動高通量表型產品化過程，推動植物表型技術在產業(yè)端、科研端落地應用，為植物研究領域提供先進、全面的高通量采集分析解決方案。

什么是植物表型技術

植物表型是作物基因型和所處環(huán)境影響所造成的諸如形狀、結構、大小、顏色等全部可測的生物體外在表現(xiàn)，以及肉眼看不見的生理功能和各種組分的含量。智慧農業(yè)，是通過收集和分析數(shù)據(jù)來改進特定地點的農業(yè)決策，植物表型研究是智慧農業(yè)研究中的一個重要分支。

植物表型就是為植物體檢的技術。正如俗語所說，“良莠不分”，田間的環(huán)境極其復雜多變，要在密集且相互重疊的葉片中準確辨別作物表型是一項艱巨的任務。高通量植物表型檢測，能有效利用先進的光譜成像技術和解析技術，實現(xiàn)對植物肉眼可見的形態(tài)學指標和肉眼不可見的組分、生理、脅迫、病害等指標的可視化；利用先進的控制技術、通信技術和軟件技術，實現(xiàn)表型性狀測量和數(shù)據(jù)分析的自動化；利用先進的圖像識別、機器學習、深度學習等人工智能技術，實現(xiàn)多性狀關聯(lián)分析與數(shù)據(jù)挖掘的智能化；用這些可視化、自動化、智能化的技術，可以高通量、高精度的對單器官、單株或群體尺度的植物進行快速的測量分析。

2023年，《Nature》子刊就曾在報道中提出Sensors in Agriculture: Towards an Internet of Plants “植物互聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Plants, IoP）這一全新概念，聲稱隨著技術的發(fā)展，我們將見證植物與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，實現(xiàn)實時、連續(xù)的植物生長監(jiān)測，植物互聯(lián)網(wǎng)的時代即將來臨。

雖然植物表型雖然是面向世界種業(yè)科技前沿和農業(yè)產業(yè)的主戰(zhàn)場，但國內與國外的表型領域研究卻仍然存在不小的差異。把握時機的同時，也要認清行業(yè)痛點之所在，有針對性的發(fā)力。

把握時機，直面痛點

當前，植物表型市場目前在發(fā)達國家占據(jù)主導，而亞洲市場則展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α５珖鴥雀咄恐参锉硇蛿?shù)據(jù)采集環(huán)境建設尚不充分，企業(yè)多采取小規(guī)模的課題組式運作，而非規(guī)?；魉€生產。為填補國內市場空白，亟需構建有效的運營模式，滿足科研單位和農業(yè)企業(yè)的實際需求，實現(xiàn)植物表型大規(guī)模研究和比較分析。

植物表型研究作為信息技術與農業(yè)科技的交匯點，企業(yè)亟需吸引高層次人才，以保障研究的長期可持續(xù)發(fā)展。技術方面，植物表型組學作為科學前沿，引入各類高精度傳器、AI模型算法、操作系統(tǒng)等，對于把握國內戰(zhàn)略機遇、打破國外技術壟斷、形成良好產業(yè)鏈及掌握自主知識產權至關重要?；诋斚轮参锉硇完P鍵裝備和算法技術壟斷、成本高昂等，降低成本并研發(fā)更加便捷好用的產品，是科研單位和農業(yè)企業(yè)擴大應用范圍的重大舉措。

托普云農-為植物表型科研“數(shù)智”賦能

專項團隊自研攻關。托普云農表型專項研發(fā)團隊由東京大學畢業(yè)、國家千人計劃引進專家、研發(fā)團隊首席科學家領銜，吸引了海內外博士、碩士等高層次人才，組成硬件、軟件、算法、產品、品檢各小組，對標國際前沿技術，開展硬件、軟件、算法等全流程自主科研攻關。技術團隊更完備更專業(yè)，保障整個從設計研發(fā)到產品質檢的快速產業(yè)化，強大的算法團隊有多款人工智能明星產品（例如考種、根系等）的開發(fā)經驗和基礎。

軟、硬件融合發(fā)展。盡管測量植物表型的技術非常多元，但核心在于技術本身是否足夠先進、可靠。托普云農高度整合可見光二維三維、高光譜、多光譜、紅外熱成像、激光雷達等先進成像技術，充分發(fā)揮AI圖像處理、深度學習等技術優(yōu)勢，運用全自研算法打造植物表型智能解析平臺“TP-AIPheno”，創(chuàng)新性地將數(shù)據(jù)采集與解析流程集成在同一軟件中，實現(xiàn)采集、分析實時化、一體化。“我們現(xiàn)已做到可見光二維單株植物解析用時小于5秒，可見光三維單株植物解析用時小于2分鐘，高光譜單株植物解析用時小于5秒”，研發(fā)團隊首席科學家介紹研究成果。

可見光二維成像

可見光三維成像

高光譜成像

多元化產品開發(fā)。行業(yè)的發(fā)展、消費者需求多樣化，單一的產品或服務難以滿足市場的需求。托普云農高通量植物表型涵蓋根、莖、葉、花、果實、種子等植物器官，以及植物單株、植物群體等不同尺度，并根據(jù)溫室、人工氣候室、田間等科研環(huán)境，打造便攜式、箱體式、田間無人機、無人車、軌道機等多形態(tài)表型設備。托普云農與中國水稻研究所、中國農業(yè)科學院茶葉研究所、浙江省農業(yè)科學院、浙江大學等機構攜手，推動表型產品向科研端、產業(yè)端快速落地，托普云農“高通量植物表型采集分析平臺”憑借表型指標覆蓋廣、解析精度高、效率高等創(chuàng)新優(yōu)勢，榮獲“CISILE 2024自主創(chuàng)新金獎”。

六大核心產品優(yōu)勢?？萍硷w速發(fā)展的時代，托普云農引領科技前沿，以六大核心產品優(yōu)勢為植物表型研究帶來了革命性的變革。高通量：實現(xiàn)了自動化傳送、自動化采集，自動解析識別，一次操作可獲得上百種參數(shù)，讓數(shù)據(jù)采集變得輕松高效；高精度：基于可見光、高光譜成像基礎、通過自研算法與計算機技術實現(xiàn)植物快速、高精度測量，讓科研成果更加可靠；高效率：在時間就是金錢的今天，二維單株分析時間僅需5秒、三維單株解析時間不超過2分鐘、高光譜單株分析時間也在5秒內完成；無損化：采用無接觸測量，全程陪伴作物從出苗到成熟，每一個生長階段都得到細致的觀察，無需擔心對植物造成傷害；多維度：從單器官-單株-群體，我們的多尺度測量結合二維圖像解析、三維高精度重構和高光譜曲線交互分析，提供全面多維度綜合實驗數(shù)據(jù)；應用廣：無論是遺傳育種、分子生物學，還是植物生理學、植物病理學，甚至是生態(tài)學、環(huán)境科學、植物保護，我們的技術都能廣泛應用，為各領域的研究提供強大支持。

成本降低、各項專利獲廣泛認可。托普云農在植物表型全系列產品研發(fā)過程中，先后承擔或參與多項國家級、省級研發(fā)課題項目，并取得國家發(fā)明專利23項、實用新型專利3項、軟件著作權7項?；谧灾餮邪l(fā)的優(yōu)勢，成功將成本降低，為客戶帶來更高的性價比。

引領農業(yè)科技新紀元，高通量植物表型技術，精準解鎖每一株植物的基因密碼！未來，隨著技術的飛速迭代和算法的持續(xù)優(yōu)化，我們的表型數(shù)據(jù)應用將不斷擴展，這將促進植物表型技術在中國智慧農業(yè)中的應用，為智慧農業(yè)的發(fā)展奠定堅實基礎。托普云農始終堅持科技創(chuàng)新引領，踐行“軟件與硬件高度協(xié)同”和“信息技術與農業(yè)專業(yè)深度融合”的方針，為智慧農業(yè)的持續(xù)繁榮和發(fā)展保駕護航！