普渡大学农学系的博士后研究助理尼尔·卡彭特（Neal Carpenter）（左）走遍了玉米和高粱领域，准备使用普渡大学开发的手持式传感器来测量植物的健康状况。马修·芬顿（Matthew Fenton）使用智能手机收集数据。普渡大学农业与生物工程学系的助理教授Jian Jin希望他的高光谱成像设备将在国内外的植物科学家和农民中广泛使用。图片提供：Purdue Research Foundation图片/ Oren Darling

普渡大学的教授已经构建了一种创新的手持式传感器，该传感器为植物科学家和农民提供了一种更精确的方法来测量农作物的健康状况，同时可以收集最新的数据，这些数据可以为州和联邦官员以及其他人提供有价值的信息。

普渡大学农业与生物工程学系的助理教授Jian Jin希望他的高光谱成像设备将在国内外的植物科学家和农民中广泛使用。该设备会扫描植物的生理特征，例如水分，养分和叶绿素水平，以及不同的化学喷洒效果和疾病症状，以确定植物是否健康或处于压力下。

金说，他制造的高光谱成像设备将帮助农民在肉眼看不见的数小时至数天的时间内检测出植物健康的变化。它还将允许农民进行必要的改变，以使用更少的资源来种植更多的粮食，例如减少肥料和水的使用。

Jin说：“我的愿景是，这种传感器将允许走过田野的家庭农民使用手持设备和智能手机从大型公司和大型大学建造的非常昂贵的表型系统中获得相同的信息，”金说。“我们在全球有6亿农民，其中很少有人从高端植物传感器技术中受益。现在，有了这款手持设备，大多数农民都可以从中受益。”

这项技术与普渡大学的“大跃进”相呼应，以此庆祝该大学在普渡大学成立150周年之际在健康，太空，人工智能和可持续发展方面取得的全球进步。这是为期一年的庆祝活动思想节的四个主题，旨在向人们展示普渡大学作为解决现实世界问题的知识中心。

该传感器可以在不到五秒钟的时间内扫描植物，与传统相机所检测到的三个颜色带相比，每个像素可以检测数百个颜色带。一个版本还从植物上发射出一束荧光。两者均用于测量植物的压力和营养水平。

Jin说：“我们将硬件和软件技术都集成到了轻巧易携带的手持设备中。”

该传感器集成了先进的图像处理算法和普渡大学科学家开发的植物特征预测模型。这些模型是使用Purdue的数据库开发的，该数据库包含多年温室和田间植物研究测定方法。模型也在不断地改进和更新。

金说：“因此，我们总是对农民有最准确的预测。”

在过去的十年中，植物表型的飞速发展，因为越来越多地使用技术来根据当前条件提高效率，而不是农民依靠区域条件和历史数据来做出决定。大多数农场手动检查植物健康状况，但缺乏准确性和效率。

金说，他的传感器比目前植物科学家使用的精确度更高，后者可以钳住一片叶子并仅测量一部分植物的健康状况。

Jin说：“由于多种技术原因，该传感器的预测质量比人们在现有市场上拥有的任何其他类型的作物成像传感器都更加准确。” “由于我们每天都在扫描植物，并且正在升级硬件和软件技术，因此它也在不断改善。”

尽管该传感器是独立的，但用户还可以选择将具有地理位置的测量结果上传到由Purdue的Advanced Computing Group的Carol Song及其团队开发的基于Web的云地图服务。该系统基于传感器的测量值生成植物压力和营养热图，并在农场和区域级别提供交互式的农业数据查询功能。这种带有传感器数据的数字农业地图系统可以支持许多潜在的应用。例如，收集的数据将为州和联邦官员提供有价值的信息，说明他们在严重的农作物紧张时期可以采取哪些措施来帮助农民，以及可以预期的农作物产量信息。

他说：“如果我们能够在该地区成功地分布传感器，那么我们就可以生成这种数字化农业地图服务来监视整个地区的植物生长-哪些地区承受压力，哪些地区表现良好。”

ABE的Jin小组正在研究该设备的自动化。去年冬天，他和他的研究生与普渡大学机械工程学院的一个高级设计小组一起工作，并成功实现了一个机器人，该机器人利用温室中的传感器自动扫描叶片。机器人利用机器视觉识别目标叶子并将传感器带到那里，以便沿着叶子的自然坡度进行快速扫描操作。在温室中获得成功的鼓舞，Jin和他的团队正在着手设计农田环境中的下一个机器人。

机器人系统可能看起来像蜘蛛形变压器：它在作物行之间移动，每条腿都装有传感器，可以非常快地挥舞和扫描田间的叶子。Jin希望原型能够在2019年的生长季节中运行。

Jin正在寻找可以带领该设备商业化的合作者，尤其是在营销和批量生产方面。他认为，使数据更有价值是使设备低成本的最佳方法。

他说：“我们希望获得更多的数据，以便我们可以拥有更多有价值的数据服务。” “我们在普渡大学拥有出色的团队合作，以实现这一目标。除了ABE的工程师以外，普渡大学的育种家和生物学家还大力支持传感器的开发，其中包括普渡大学植物科学研究所科学主任Mitch Tuinstra教授和Tony Vyn，作物科学的Henry A. Wallace主席。Carol Song和她的高级计算小组的数据科学家团队提供了GIS地图功能。AgriculturalEconomics的Gerald Shively一直在推动该设备作为社会科学家的应用。”

普渡大学技术商业化办公室已为该技术申请了三项临时专利。