一種作物不同生長期葉片孔隙率的估算方法與流程
2023-07-07 13:14:36 2
本發明涉及植保技術領域，涉及一種作物不同生長期葉片孔隙率的估算方法，尤其適用於作物某一生長期植株群體不同位置葉片孔隙率的估算。
背景技術：
植株孔隙率有兩種定義方法，即面積孔隙率和體積孔隙率。面積孔隙率是指單位面積所含孔隙面積的百分比，體積孔隙率是指單位體積所含孔隙的體積百分比，具體根據研究角度的不同而略有差異。
在作物施藥過程中，植株孔隙率的大小由於受到高鬱閉度作物冠層茂密枝葉的影響，沿植株高度從上向下孔隙率逐層減小，而沉積到植株中下層的霧滴主要是穿過上層葉片的孔隙到達葉面，因此中下層葉片的藥液沉積量也逐漸變少。為了增加作物中下層的藥液沉積量，噴霧裝置往往需要增加輔助裝置，通過附加的外部裝置擾亂作物冠層的枝葉排列，增大作物局部的葉片孔隙率，增加霧滴的穿透量，在一定程度上達到了增加中下層沉積量的效果。但是在選擇輔助裝置的噴霧量、風量等參數時，往往是依靠經驗來選擇，對特定參數下葉片形成的孔隙率無判斷依據，因此，亟需一種作物不同生長期葉片孔隙率的估算方法，實現作物不同種植參數、不同生長期下葉片孔隙率的近似計算，為噴霧裝置性能參數的選擇提供參考，從而提高農藥的有效利用率，減少農藥對生態環境的汙染。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供了一種作物不同生長期葉片孔隙率的估算方法，通過估算不同位置計算截面上部葉片在計算截面上的投影面積，進而估算得出群體植株不同位置上的葉片孔隙率。
本發明一種作物不同生長期葉片孔隙率的估算方法，採用的技術方案包括如下步驟：
1)根據作物群體特徵選擇以一定行距和株距排列的四株作物包圍形成的區域作為群體葉片孔隙率估算的區域，以其中一株作物的根部與地面的交點為原點，以該株作物中心線向上為z軸，株距和行距方向分別為x和y軸，建立相應坐標系，用來確定計算過程中作物植株和葉片的位置坐標。
2)根據作物葉片的形狀特徵，為方便計算將其抽象為葉片的近似形狀，即長方形、圓形或其它相對規則的幾何體，同時將群體植株做相應的抽象簡化。
3)待選定估算區域後，根據需要確定沿植株方向葉片孔隙率計算截面，即群體植株的不同位置高度，自作物植株頂部向下分別記為第一層截面、第二層截面、第三層截面、第四層截面或更多層，依據植株的生長特點，植株的不同層位可近似為具有一定半徑的圓面或其它幾何形狀，當群體植株生長期短，葉片相對稀疏時，計算截面的面積近似等於四個四分之一圓面的面積，當群體植株生長期長，葉片相對密集時，計算截面的面積等於植株行距和株距的乘積。
4)第一層葉片孔隙率的估算，將第一層截面上部的作物植株葉片向第一層截面投影，凡是葉片投影到截面上的面積，均不能計入該層的葉片孔隙率估算，即第一層葉片孔隙率等於第一層截面的面積減去葉片投影到該截面上的面積(包括葉片投影重疊部分的面積)與該截面的面積之比。
5)第二層葉片孔隙率的估算，將第二層截面上部的作物植株葉片(包括第一層上部的葉片)向第二層截面投影，凡是葉片投影到該截面上的面積，均不能計入該層的葉片孔隙率估算，同時由於第一層截面上部和第一層與第二層截面之間的葉片均需向第二層截面投影，有可能出現葉片重疊的現象，因此在估算葉片孔隙率時，需減去重疊葉片的投影面積，即第二層葉片孔隙率等於第二層截面的面積減去葉片投影到該截面上的面積(包括葉片投影重疊部分的面積)與該截面的面積之比。
6)重複5)的計算過程，完成第三層、第四層和其它各層葉片孔隙率的估算，最終得出群體植株不同位置的葉片孔隙率。
本發明的有益效果是：
1、本發明通過抽象簡化的方法近似估算群體植株的葉片孔隙率，估算過程簡便易懂，可操作性高。
2、本發明通過估算群體植株的葉片孔隙率，可以為作物不同生長期施藥噴霧參數的選擇提供參考，提高農藥的有效利用率，減少農藥對生態環境的汙染。
附圖說明
圖1是本實施例群體植株排列示意圖；
圖2、6是本實施例第一層葉片孔隙率估算示意圖；
圖3、7是本實施例第二層葉片孔隙率估算示意圖；
圖4、8是本實施例第三層葉片孔隙率估算示意圖；
圖5、9是本實施例第四層葉片孔隙率估算示意圖；
圖10是實施例中葉片重疊成三角形時重疊面積估算示意圖；
圖11是實施例中葉片重疊成平行四邊形時重疊面積估算示意圖；
圖12是實施例中葉片重疊成直角梯形形時重疊面積估算示意圖；
圖中：1、作物植株2、作物葉片3、第四層截面4、第三層截面5、第二層截面6、第一層截面。
具體實施方式一：
本實施例中，所選作物植株生長時間短或葉片相對稀疏，葉片近似為長方形，選定區域四株作物的行距為l1，株距為l2，單株作物沿高度方向分為四層，每層的葉片孔隙率用ψk表示，為簡化計算本實施例每層只包括四片葉子，並且四片葉子在一個平面內呈圓形均勻分布，圓面半徑為r，植株上下層葉片個數相同，且不出現葉片相交，單個葉片的面積為s單葉。
下面結合附圖對本發明專利作進一步描述。本發明所述的一種作物不同生長周期葉片孔隙率的估算方法，如圖1、2、3、4、5所示，具體包括如下步驟：
1)根據作物群體特徵選擇以行距l1和株距l2排列的四株作物包圍形成的l1×l2區域作為群體葉片孔隙率估算的區域，以其中一株作物的根部與地面的交點為原點，以該株作物中心線方向為z軸，株距和行距方向分別為x和y軸，建立相應坐標系。
2)根據所選作物葉片的形狀特徵，為方便估算將其抽象為長方形，同時將群體植株做相應的抽象簡化。葉片的位置坐標用(xij，yij)表示，i＝1,2,....,n表示不同的葉片，j＝1,2,3,4表示一個葉片的四個端點，葉片長邊與x軸的夾角為αi。
3)待選定估算區域後，根據需要確定沿植株方向葉片孔隙率計算截面，即群體植株的不同位置高度，自作物植株頂部向下分別記為第一層截面6、第二層截面5、第三層截面4、第四層截面3，當群體植株生長時間短或葉片相對稀疏時，計算截面的面積s計算等於
4)第一層葉片孔隙率的估算：將第一層截面6上部的作物植株葉片向第一層截面6投影，凡是葉片投影到該截面上的面積，均不能計入該層的葉片孔隙率估算，由圖可以看出每個植株四分之一圓面內只有一個完整葉片，即第一層葉片孔隙率ψ1等於第一層截面6的面積減去葉片投影到該截面上的面積s有效與該截面的面積s計算之比，即：
5)第二層葉片孔隙率的估算：將第二層截面5上部的作物植株葉片(包括第一層上部的葉片)向第二層截面5投影，凡是葉片投影到該截面上的面積，均不能計入該層的葉片孔隙率估算，由圖可以看出每個植株四分之一圓面內只有兩個完整葉片，即第二層葉片孔隙率ψ2等於第二層截面5的面積減去葉片投影到該截面上的面積s有效與該截面的面積s計算之比，即：
6)重複5)的計算過程，得出第三層、第四層葉片孔隙率分別為
具體實施方式二：
本實施例中，所選作物植株葉片近似為長方形，選定區域四株作物的行距為l1，株距為l2，單株作物沿高度方向分為四層，每層的葉片孔隙率用ψk表示，k＝1,2,3,4，為簡化計算本實施例每層只包括四片葉子，並且四片葉子在一個平面內呈圓形均勻分布，圓面半徑為r。假定植株上下層葉片個數相同，單個葉片的面積為s單葉。
下面結合附圖對本發明專利作進一步描述。本發明所述的一種作物不同生長周期葉片孔隙率的估算方法，如圖1、6、7、8、9、10、11、12所示，具體包括如下步驟：
1)根據作物群體特徵選擇以行距l1和株距l2排列的四株作物包圍形成的l1×l2區域作為群體葉片孔隙率估算的區域，以其中一株作物的根部與地面的交點為原點，以該株作物中心線方向為z軸，株距和行距方向分別為x和y軸，建立相應坐標系。
2)根據所選作物葉片的形狀特徵，為方便估算將其抽象為長方形，同時將群體植株做相應的抽象簡化。葉片的位置坐標用(xij，yij)表示，i＝1,2,....,n表示不同的葉片，j＝1,2,3,4表示一個葉片的四個端點，葉片長邊與x軸的夾角為αi。
3)待選定估算區域後，根據需要確定沿植株方向葉片孔隙率計算截面，即群體植株的不同位置高度，自作物植株頂部向下分別記為第一層截面6、第二層截面5、第三層截面4、第四層截面3或更多層等，依據植株的生長特點，植株的不同層位可近似為具有一定半徑的圓面，由於群體植株葉片相對密集，計算截面的面積s計算等於l1×l2。
4)第一層葉片孔隙率的估算：將第一層截面6上部的作物植株葉片向第一層截面6投影，凡是葉片投影到該截面上的面積，均不能計入該層的葉片孔隙率估算，即第一層葉片孔隙率等於第一層截面的面積減去葉片投影到該截面上的面積與該截面的面積之比，即：
5)第二層葉片孔隙率的估算：將第二層截面5上部的作物植株葉片(包括第一層上部的葉片)向第二層截面5投影，凡是葉片投影到該截面上的面積，均不能計入該層的葉片孔隙率估算，同時由於第一層截面6上部和第一層截面6與第二層截面5之間的葉片均需向第二層截面5投影，有可能出現葉片重疊的現象，因此在估算葉片孔隙率時，需減去重疊葉片的投影面積，即第二層葉片孔隙率等於第二層截面5的面積減去葉片投影到該截面上的面積(包括葉片重疊後的面積)與該截面的面積之比。
長方形葉片兩兩重疊後會出現以下幾種情況，重疊區域的面積可按照下面相應的公式計算。
①兩葉片相交形成三角形時，重疊區域面積計算公式為：
②兩葉片相交形成平行四邊形時，重疊區域面積計算公式為：
③兩葉片相交形成直角梯形時，重疊區域面積計算公式為：
④兩葉片相交形成一般四邊形、五邊形和六邊形等時，可以將相交區域分割成三角形或三角形與上述規則形狀的組合，同時運用上述公式計算重疊區域的面積。
最終第二層葉片孔隙率估算公式為：
式中，e1、e2分別為葉片1、2的寬度，s有效＝s投影-s重疊。
6)重複5)的計算過程，完成第三層和第四層葉片孔隙率的估算，最終得出群體植株不同位置的葉片孔隙率。