论文标题： Standard Framework Construction of Technology and Equipment for Big Data in Crop Phenomics

期刊：Engineering

作者：温维亮, 顾生浩, 张颖, 杨万能, 郭新宇

发表时间： November 2024

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.06.001

微信链接：点击此处阅读微信文章

近日，由北京市农林科学院信息技术研究中心、国家农业信息化工程技术研究中心、华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室等单位共同完成的 “作物表型组大数据技术及装备标准体系构建研究” 取得重要成果，相关研究论文发表于中国工程院院刊《Engineering》。该研究为作物表型组学的发展和应用提供了重要的标准规范支撑，有望推动作物科学的数字化转型升级。温维亮为第一作者，杨万能、郭新宇为通讯作者。

作物表型组学是近年来快速发展的国际作物科学研究热点领域，它通过多学科交叉合作，旨在突破作物表型高通量、自动、精准感知与获取，以及解决多模态、多尺度、多生境的组学大数据智能解析难题。然而，当前作物表型组学技术及装备产品的研发与应用缺乏标准规范，已成为限制作物表型产业高质量发展的瓶颈。

图1. 作物表型组大数据涵盖内容示意图。

为解决这一问题，研究团队从作物表型产业需求出发，绘制了作物表型组大数据技术及装备产业图谱。该图谱涵盖了作物表型产业链的主要参与者，包括用户、研究机构、表型公司、政府部门和供应商等，并展示了各环节之间的信息和关系。通过对产业图谱的分析，研究团队发现了当前作物表型组大数据技术装备发展面临的诸多问题，如研发普适性差、重复研发现象严重、上下游集成工作量大、数据标准不一难以共享等。

图2. 作物表型组大数据技术及装备产业图谱。

针对这些问题，研究团队提出了构建作物表型组大数据技术及装备标准体系的必要性。研究团队认为，标准体系的构建将有助于指导产业发展，提升产业服务能力，满足多组学研究、智慧农业研究与应用以及数字育种等对高质量作物表型组大数据的需求。

在标准体系构建目标方面，研究团队明确了总体目标是提高作物表型全流程的连贯性和一致性，获取高质量的作物表型组大数据，实现硬件设备、表型解析算法、数据应用管理和共享的互联互通。同时，他们还提出了四个具体短期目标，包括明确装备研发接口、限定产品应用场景、规范数据采集流程和提升数据结构化程度。

图3. 作物表型组大数据技术及装备标准体系构建目标示意图。

为实现这些目标，研究团队设计了作物表型组大数据技术及装备标准体系的组织结构，主要包括作物表型硬件装备研发标准、作物表型数据采集标准和作物表型数据存储管理规范三大部分。在标准体系构建要点上，他们分别从硬件装备研发、数据采集和数据存储管理等方面给出了详细的建议。

在硬件装备研发标准方面，针对传感器、成像单元和表型平台等提出了具体的研发或集成标准，以确保其性能和兼容性。在数据采集标准方面，根据大田环境和设施环境的不同特点，制定了相应的数据获取规范，以提高数据的一致性和可用性。在数据存储管理标准方面，重点关注数据格式、质量和完整性，以促进数据的共享和应用。

图4. 作物表型组大数据技术及装备标准体系组织结构。

研究团队表示，作物表型组大数据技术及装备标准体系的构建对作物表型全流程具有重要的促进作用。它可以规范和指导作物表型获取装备的研发，提高表型获取效率和稳定性；规范和指导作物表型数据获取流程，保证数据质量；为表型解析算法提供高质量数据，提高解析的自动化水平；规范和指导作物表型组数据库的建设，促进数据的存储、管理、分享和应用。

此外，研究团队还探讨了标准体系构建的评价方式。他们认为，好的表型产品应具备好用、能用得起、符合用户使用习惯、具有高通量和自动化能力等特点。在评价标准体系时，应从硬件集成、数据质量和数据应用流通等方面进行考量，并确保标准体系经得起验证，能被广大科研人员和用户接受。

图5. 标准体系构建促进作物表型全流程示意图。

研究团队强调，作物表型组学是一个交叉学科，标准体系的构建需要多学科研发人员的参与和合作。在构建过程中，应充分考虑各国国情和农业领域的复杂性，借鉴其他领域成熟的标准，逐步完善标准体系。同时，应选择需求旺盛的环节作为切入点，优先制定相关标准规范，并在实践中不断改进和完善。

该研究为作物表型组学的发展提供了重要的理论指导和实践参考，有望推动作物表型产业的高质量发展，为我国农业现代化建设做出贡献。研究得到了国家重点研发计划项目、北京市农林科学院协同创新中心建设项目、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系等项目的支持。

文章信息：

Standard Framework Construction of Technology and Equipment for Big Data in Crop Phenomics

作物表型组大数据技术及装备标准体系构建研究

作者：

温维亮, 顾生浩, 张颖, 杨万能, 郭新宇

引用：

Weiliang Wen, Shenghao Gu, Ying Zhang, Wanneng Yang, Xinyu Guo, Standard Framework Construction of Technology and Equipment for Big Data in Crop Phenomics, Engineering, Volume 42, 2024, Pages 175-184, ISSN 2095-8099, https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.06.001.

Open access

开放获取全文

https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.06.001

推荐阅读

北京交通大学团队在智能铁路主动安全保障技术研究获重要进展

中国科学院团队：优化紫外高级氧化工艺，实现水中微污染物精准去除

热管理技术的革新：可重构热穹实现针对带热源目标的三维热隐身

Engineering再次入选中国科技期刊卓越行动计划英文领军期刊项目

Engineering 2024年11月刊目录 | 精准营养与健康专题