地下根窖里的“巡檢機器人"——澳作Rhizo-OBS-SP行走式根系高通量表型系統全新上市

一、根系研究為什么難？

根系研究不好做。原因就一個——長在地下。

地上部分拍個照片就能分析株高、葉面積、葉色，無人機飛一圈能覆蓋幾百畝。根系不行，想看就得挖，挖出來根斷了，再看就沒了。

所以長期以來，根系研究基本就兩種辦法：挖根洗根，或者埋根管用手持相機拍。挖根的問題是只能得到一個時間點的數據，同一棵樹、同一株苗的根今天什么樣、明天什么樣、整個生育期怎么變化，根本追蹤不了。手持微根窗相機的問題更直接——需要人站在根窖里一個一個根窗去拍，拍完回來自己描根、自己量，幾十個根窗幾百張圖，一個研究生描一個月很正常。

這些問題不是今天才被發現，但一直沒有一個系統性的解決方案。

Rhizo-OBS-SP要解決的，就是這幾件事。

二、這套設備是怎么運行的？

Rhizo-OBS-SP是一套能在地下根窖里自己行走、自己拍照、自己分析的自動監測系統。

簡單說，就是一臺AGV小車（就是工廠倉庫里常見的那種自動搬運車），搭載一個垂直升降的成像模組，在根窖通道里按照預設路線行走，到每個根窗前自動停靠、自動對焦、自動拍照，拍完去下一個，全部拍完自己回來充電。

每張照片的拍攝位置由激光SLAM和二維碼復合導航鎖定，加上4軸電動微調平臺補償，AGV重復定位精度±5mm，微調補償后精度≤±0.02mm。別小看這個數字——沒有這個精度，今天拍的根和三個月后拍的根位置對不上，根本沒法做時序對比。

成像模組搭載RGB相機和高光譜相機兩套系統。RGB負責形態，分辨率2000萬像素，單張能覆蓋34.5cm×100cm的根窗，0.15mm空間分辨率足以看清細根。高光譜負責生理指標，380-800nm連續光譜采集，通道數≥900，分辨率≤0.89nm，能無損測出根系水分狀態、衰老程度、脅迫損傷等指標，一鍵計算NDVI、PRI等40多種植被指數。

兩套相機分時獨立成像，各配獨立光源，互相不干擾。拍完的數據自動歸檔到工控機，進入RhizoGraph分析軟件處理。

三、這套系統解決了哪些實際問題？

第一條：自動行走確保位移精度，時序數據真正可比

這是Rhizo-OBS-SP最核心的技術價值，也是最難被替代的一點。

手持設備拍根系，最大的問題不是拍不清楚，而是下次拍的時候對不準同一個位置。根窖里的根窗通常長一米多、寬三四十厘米，視野內根密密麻麻，今天拍的是左上角區域，兩周后手工對準同一個位置，誤差可能到毫米甚至厘米級。這種誤差下，你計算出的“根系生長了X毫米"其實包含了對不準帶來的位置偏差。

Rhizo-OBS-SP的復合導航+電動微調補償把這個誤差壓縮到了0.02mm以內。今天拍的圖像，三個月后、一年后再拍，兩張圖可以精確疊在一起，每一條根的延伸、每一個根尖的位移都能被真實記錄下來。分子育種QTL定位需要的正是這種精度——基因型數據和表型數據必須精確對應到同一根系個體的同一部位，否則統計出的相關性毫無意義。

目前市面上沒有第二套設備能把自動行走和亞毫米級重復定位做到這個程度。

第二條：RGB+高光譜可選配，研究深度自己選

不同課題組的研究目標不同，經費也不同。

只做形態觀察和常規表型分析的課題組，選配RGB成像即可。想要進一步做生理指標、脅迫響應、衰老評估的課題組，可以升級高光譜模塊。

這個選配邏輯很簡單——根系的生理狀態變化往往早于形態變化。一根根尖，RGB圖上看著和昨天一樣，但高光譜數據已經顯示它的葉綠素開始降解、水分含量下降。等RGB圖上發黃發褐，已經是肉眼可見的死亡狀態，生理變化可能在幾天甚至幾周前就開始了。

對于做逆境生理、根際互作、碳氮循環這類機理研究的團隊，高光譜提供的是時間窗口——能提前捕捉到“這根根在走向衰老"的信號，而不是等到它死了才去記錄。

第三條：RhizoGraph軟件自帶拼接和多維分析，不用交年費

這套設備配套的RhizoGraph根系智能分析平臺是澳作自己研發的，擁有國家版權局的軟件著作權，不用給第三方交年費，算法免費升級。

軟件內置深度學習根土分割模型，能自動區分土壤、活根和衰老根，不用人工描根。標準配置下分割精度≥92%，復雜土壤背景（干旱土、濕土）下也能保持穩定，細根增強功能專門針對1-3像素級的細根做了優化。

圖像拼接——根窗通常長一米以上，單張圖像覆蓋不全。RhizoGraph能把同一根窗的不同分段圖像自動拼接成全根窗全景圖，無縫融合。根系研究者都知道這個功能有多實用——看到一整面根的分布，和看十幾張局部圖拼湊出來的印象，是兩碼事。

最后，軟件支持批量輸出根系總長、平均直徑、根尖數量、分形維數、拓撲結構等全套參數，一個根窗的數據處理時間從幾小時壓縮到幾分鐘。

四、哪些方向的研究能用到？

林木、作物、蔬菜的地下根窖全生育期根系發育動態觀測

干旱、鹽堿、重金屬、低溫等脅迫條件下根系形態與生理響應試驗

細根周轉、根系壽命、土壤碳氮循環長期定位研究

種質資源根系構型高通量篩選與抗逆能力評價

根系QTL定位、基因功能驗證、分子育種的表型數據配套

根際互作、養分吸收、水肥利用效率機理研究