一、系統(tǒng)定義與學術定位

托普云農(nóng)智能孢子捕捉儀（浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司研制，典型型號 TPSQ?BZ 系列）是針對氣傳植物病原真菌孢子（銹菌 Urediniospore、白粉菌 Conidium、稻瘟病菌 Pyriculariopsis、晚疫病菌 Sporangium 等）開發(fā)的野外自動化病害監(jiān)測預警終端。該系統(tǒng)以主動慣性撞擊采樣（Impaction Sampling）為物理基礎，融合負壓氣路采集、自動載玻帶進給、數(shù)字顯微成像（景深融合/多焦點合成）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）孢子形態(tài)識別算法及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）遠程傳輸，實現(xiàn)空氣中病原孢子的連續(xù)捕獲、數(shù)字化顯微觀測、自動分類計數(shù)與侵染風險時空分析，替代傳統(tǒng)被動重力沉降法玻片與人工鏡檢，氣傳病害"侵染前預警"的數(shù)據(jù)空白。

二、核心硬件構成與采樣光學設計

主動負壓氣路采樣單元：內(nèi)置微型無刷氣泵按設定流量與時段吸入環(huán)境空氣，含孢子氣溶膠經(jīng)收縮噴嘴加速后撞擊至涂覆粘性介質（凡士林/硅油）的透明載玻帶或載玻片上；孢子因慣性大于氣流偏轉被截留，潔凈氣流排出，克服被動沉降法捕獲效率低、受風力與暴露時間影響大的缺陷。

自動載玻帶進給機構：步進電機驅動載玻帶按預設周期（如每1 h 或每12 h）自動移位更換采樣位，使各時間段氣溶膠樣本在帶面上呈時間順序排列，形成具時空標記的孢子捕獲序列，滿足病害流行學模型對采樣時間分辨率的要求。

數(shù)字顯微成像單元：配備光學放大顯微鏡頭（典型百倍級）與高清 CMOS/CCD 相機，內(nèi)置自動對焦與多焦點圖像融合（Focus Stacking）算法，生成清晰反映孢子大小、表面紋飾及萌發(fā)孔等形態(tài)特征的顯微圖像，支持明/暗場成像模式。

環(huán)境感知與防護：集成溫濕度傳感器實時監(jiān)測箱體內(nèi)微環(huán)境，配備防雨百葉（蟲雨分離結構）、溫控模塊及內(nèi)置 GPS/北斗 定位，支持站點地圖化管理與防盜位移報警。

供電與通信：標配市電交流型或太陽能直流型（光伏板＋蓄電池），通過 4G/5G 或 RJ45 以太網(wǎng)將顯微圖像及結構化數(shù)據(jù)上傳至植保物聯(lián)網(wǎng)云平臺。

三、工作流程與運行機制

定時主動采樣：系統(tǒng)按預設時段啟動氣泵，定量抽取田間空氣使病原孢子慣性撞擊粘附于載玻帶當前采樣位。

載玻帶等時進給：采樣完成后步進電機驅動載玻帶移位至下一潔凈位，舊采樣位進入顯微成像工位。

自動顯微成像：顯微相機按設定頻率對帶面孢子樣本執(zhí)行自動對焦與多焦點圖像采集，經(jīng)景深融合法消除離焦模糊，生成高清孢子顯微圖像暫存于嵌入式處理單元。

AI 孢子識別與計數(shù)：圖像輸入預訓練深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（基于大量標注的病原真菌孢子顯微圖像數(shù)據(jù)集），完成孢子區(qū)域檢測、形態(tài)學特征提取、近緣種區(qū)分（如稻瘟病菌與紋枯病菌分生孢子）及單位體積空氣孢子濃度計算，輸出分類計數(shù)結果與時間戳。

數(shù)據(jù)上傳與云端分析：結構化孢子濃度數(shù)據(jù)、氣象要素（溫濕風雨）及原始/處理后顯微圖像經(jīng) IoT 模塊上傳云平臺；平臺按日/旬/月聚合孢子釋放動態(tài)，結合歷史流行學數(shù)據(jù)與氣象閾值模型擬合侵染始期與發(fā)生高峰。

多級預警與終端可視化：當孢子濃度超過預設閾值且環(huán)境溫濕條件滿足病原菌侵染窗口時，系統(tǒng)觸發(fā)分級預警（APP推送/短信/平臺標記），植保人員通過 Web 端或移動端查看各站點孢子濃度曲線、空間分布熱力圖及防治建議，可遠程修改采樣頻率、拍照時段等參數(shù)。

耗材提示與運維：系統(tǒng)自動檢測載玻帶剩余用量并在低于閾值時提示更換，支持連續(xù)長期野外無人值守運行。

四、關鍵技術創(chuàng)新點

主動慣性撞擊采樣＋時間標記載玻帶：相較被動沉降法顯著提高微米級（典型 2～50 μm）孢子捕獲效率，且采樣位具明確時間戳，可直接用于病害流行學時間動態(tài)分析。

自動顯微多焦點融合成像：解決高倍鏡下孢子樣本景深不足導致的局部模糊問題，保障 AI 模型輸入圖像質量，提升微小近似種識別置信度。

氣傳病原菌專用深度學習識別模型：針對銹菌、白粉菌、稻瘟病菌、晚疫病菌等主要作物病原孢子構建形態(tài)識別網(wǎng)絡，可區(qū)分近緣種并完成自動計數(shù)，支持用戶按需擴展識別菌種庫。

孢子濃度—微氣象耦合侵染預警模型：云端引入溫濕度、降雨、風速等微氣象因子，建立病原菌孢子釋放—傳播—侵染適宜性判據(jù)，實現(xiàn)"孢子出現(xiàn)→環(huán)境適宜→侵染風險"三級預警，推動防治窗口前移至肉眼病斑顯現(xiàn)之前。

五、核心功能

1、智能孢子捕捉分析儀可24小時無間斷自動捕捉病菌孢子，對所捕獲的病菌孢子自動實時在線拍攝。

2、照片自動選取并上傳：系統(tǒng)具備圖片選取功能，自動選取清晰的照片上傳至云服務器。

3、自動統(tǒng)計分析：采用云服務器技術，實現(xiàn)對病菌孢子圖片的人工統(tǒng)計與分析，可實時人工遠程查看確認，縮短了預測預報周期。

4、智能孢子捕捉分析儀能實行遠程控制，無需人員去現(xiàn)場。

<1>開關機；遠程設置工作模式：遠程自動拍照和手動拍照；

<2>設置工作時段，拍照張數(shù)，拍照采集時間；

<3>查詢設備實時狀態(tài)：工作狀態(tài)/離線狀態(tài)，查詢空氣采樣時間；設置空氣采樣時間；

5、GPS定位，防盜防位移。

6、高清攝像頭，景深融合技術，3D觀感強。

7、自動檢測載玻帶使用量，提示更換。可連續(xù)工作365天。

8、設備自動檢測箱體內(nèi)溫濕度，保證設備自動正常運行。

六、學術意義與技術價值

該系統(tǒng)將傳統(tǒng)植物病理學中對氣傳病原菌依賴人工涂抹玻片—24 h 暴露—實驗室顯微鏡逐片鏡檢的低通量、滯后性調查流程，升級為全天候無人值守、定量化、具時空分辨率的自動氣溶膠孢子監(jiān)測范式，緩解了基層測報人員鏡檢工作量大、近似種辨識難、數(shù)據(jù)時間分辨率低及預警滯后的結構性瓶頸。其"主動吸氣慣性采樣—時間標記載玻帶—數(shù)字顯微景深融合成像—深度學習方法孢子識別—IoT 云端孢子—氣象耦合預警"的技術路線，為區(qū)域性氣傳植物病害的早期侵染預警、精準減量用藥決策及植物病害流行學長期數(shù)據(jù)積累提供了標準化的硬件平臺與算法支撐。

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