作物冠層內光分布測量裝置及方法
2023-10-23 18:56:12
專利名稱：作物冠層內光分布測量裝置及方法
技術領域：
本發明涉及光分布測量技術領域，特別涉及ー種作物冠層內光分布測量裝置及方法。
背景技術：
植物冠層內輻射分布的測定為冠層內輻射傳輸與分布規律的研究奠定了基礎，是驗證輻射模型的主要方法。近年來，隨著現代自動探測技術的發展，出現了多種專門的作物冠層內光的觀測 儀器。如=LI-COR公司出品的LI-190SA點式和LI-191SA線式光合有效輻射光量子測定儀；英國的Delta-T儀器公司出品的SunScan冠層分析儀；美國Decagon儀器公司的AccuPAR冠層分析儀，主體為ー個80cm的探棒上均勻分布著的80個PAR探頭，並通過ー個小型操作終端，具有對探頭編組測定的能力。在自行研製的光分布測量儀器方面，Karine Chenu等人於2008年基於Turtle模型原理研製了 Turtle_6和Turtle_16測量儀。這些光分布測量裝置可以進行植物冠層的光分布測量，但方式各不相同，LI-190SA點式和LI-191SA線式可對指定點與線上的光分布進行測量，SunScan冠層分析儀可對線上的輻射分布給出平均輻射值，AccuPAR冠層分析儀可得到探棒上的80個探頭的光強值，TurtIe_6和Turtle_16則可以較好地測量指定點的散射光分布值。但上述光分布測量裝置的主要缺陷為點式測量儀較厚重，難以安裝到植物葉片指定位置，即使安裝上，也會導致植物葉片損失自然形態，給測量帶來誤差；線式測量裝置的缺點是測量位置難以調整，無法測量指定位置的光強度信息，SunScan冠層分析儀、AccuPAR冠層分析儀也具有該缺陷；Turtle_6和Turtle_16測量儀可以測量作物冠層內指定點的光分布信息，但其也無法依附在植物葉片上，且無法同時測量多個點的光強度信息；另外，以上各種光分布測量裝置都無法同時測量多個任意指定點的光強度信息。
發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何便於調整測量位置、並且不會使植物葉片損失自然形態，以提高光分布測量的精度。( ニ )技術方案為解決上述技術問題，本發明提供了ー種作物冠層內光分布測量裝置，所述裝置包括承載單元、接收單元、以及至少ー個光傳感器，所述承載単元包括支撐部分和與待測作物葉片形態相同的承載部分，所述至少一個光傳感器分別設於所述承載部分上、且依次串聯連接，所述至少一個光傳感器中的一個光傳感器與所述接收單元連接。優選地，所述裝置還包括支架和天空傳感器，所述支架的頂端位於所述待測作物的冠層頂部，所述天空傳感器設於所述支架的頂端，所述天空傳感器與所述至少一個光傳感器中的一個光傳感器連接。
優選地，所述光傳感器上設有濾光片。優選地,所述承載單元為金屬條。本發明還公開了ー種基於所述的作物冠層內光分布測量裝置的測量方法，所述方法包括以下步驟SI :利用承載單元上的支撐部分將所述承載單元進行固定，使所述承載単元上與待測作物葉片形態相同的承載部分與待測作物葉片相接觸；S2 :將至少ー個光傳感器根據需要分別設於所述承載部分上的測量處；S3 :將天空傳感器設於支架的頂端；S4 :所述接收單元每經過預設間隔時間進行一次信號採集，以實現對待測作物葉 片的冠層內光分布測量。優選地，步驟SI之前還包括以下步驟SO :選取待測作物葉片，根據所述待測作物葉片的形態加工承載單元，以實現承載単元上的承載部分與待測作物葉片形態相同。優選地，步驟S2中的光傳感器上設有濾光片；步驟S4中進行信號採集後，對採集的信號進行還原。(三)有益效果本發明通過承載単元上與待測作物葉片形態相同的承載部分來放置光傳感器，便於調整測量位置、並且不會使植物葉片損失自然形態，提高了光分布測量的精度。
圖I是按照本發明ー種實施例的作物冠層內光分布測量裝置的結構示意圖；圖2是濾光片對不同強度的光強濾光的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進ー步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。本實施方式的裝置包括與待測作物葉片形態相同的承載單元、接收單元、以及至少ー個光傳感器，所述至少一個光傳感器分別設於所述承載単元上、且分別與所述接收單元連接。為避免出現光傳感器超程情況出現，優選地，所述光傳感器上設有濾光片。為防止承載單元的面積過大，從而對待測作物葉片進行遮擋，本實施方式中，所述承載單元優選為金屬條。本發明還公開了ー種基於所述的作物冠層內光分布測量裝置的測量方法，所述方法包括以下步驟SI :將與待測作物葉片形態相同的承載單元進行固定，使所述承載単元與待測作物葉片相接觸；S2 :將至少ー個光傳感器根據需要分別設於所述承載単元上的測量處；S3 :將所述至少ー個光傳感器分別與所述接收単元進行連接；S4 :所述接收單元每經過預設間隔時間進行一次信號採集，以實現對待測作物葉片的冠層內光分布測量。優選地，步驟SI之前還包括以下步驟SO :選取待測作物葉片，根據所述待測作物葉片的形態加工承載單元，以實現承載單元與待測作物葉片形態相同。優選地，步驟S2中的光傳感器上設有濾光片；步驟S4中進行信號採集後，對採集的信號進行還原。實施例參照圖1，本實施例中，光傳感器由於要放置於植物葉片表面，因此，在保證測量精度的同吋，降低傳感器重量也是重點，因此，傳感器採用ISL29004光傳感器，該傳感器質量較小，且能保證獲取數據具有較高的精度，但在大田中測量光分布時，容易出現光強超量程 的情況，因此，在傳感器上加濾光片，由於加了濾光片，因此，需要對不同強度的光強進行濾光係數的確定，從而進行採集信號的還原，以保證系統輸出正確的光強值。經測量，單個傳感器加濾光片重量為11. 90g。由於數據傳輸的限制，每條線路只容許8個傳感器，每個線路配有一個筆記本(即接收單元)記錄數據，傳感器間採用質量較小的數據線連接，數據線配有15cm、20cm和30cm三個長度的，數據線重量為6. 09g(15cm長的數據線)以在實際應用中進行選擇，其中，數據傳輸協議為I2C總線協議；在對待測作物葉片進行測量時，包括如下步驟根據所待測作物葉片設計輕搭架形態與搭架固定方式首先確定預進行光分布測量的作物葉片主要形態，以玉米為例，選定預測量其上光分布的玉米葉片，用數位化儀測量其葉脈形態，選擇一定長度的鋁條(即金屬條，其重量為O. 3g/cm)將其加工成葉脈曲線形態，鋁條的前端有IOcm空餘，後端有80cm左右(具體根據所待測作物葉片的葉尖距離地面的距離決定)的空餘。鋁條前端插入所待測作物葉片的葉鞘與莖杆之間的空隙並用繩子綁定加固，後端插入土地中，如此固定的鋁條與葉片形態一致，其上面可以放置光傳感器，如可在鋁條上均勻放置多個光傳感器。根據具體作物生長環境設計測量環境線路一端需延長ー個天空傳感器至所述待測作物葉片的冠層頂部，以測量冠層外部的光強，外部的傳感器要保持水平。每條線路的另一端延長至冠層外部通過數據轉換ロ連接到筆記本，由於實驗需對冠層光分布進行連續觀測，筆記本需放置於箱子內以防止太陽光長時間照射導致溫度過高，箱子需距測量群體有一定距離以減少箱子對冠層光分布的影響。參照圖2，光強測量數據的還原光傳感器所接收到的光強為經濾光片過濾後的光強，為得到測量位置的實際光強，需對測量光強進行還原。實驗表明，濾光片對不同強度的光強濾光為線性變化，因此確定還原公式為L = 6600. OXVa，其中Va為傳感器實際測量值，L為實際測量光強(單位為勒克斯)。該測量裝置上的傳感器每3秒記錄並存儲一次數據，因此，該測量裝置可對作物冠層指定位置的光強進行連續檢測。所測量數據可用於作物冠層模擬方法的驗證，也可用於分析作物指定器官光強的連續變化。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍 應由權利要求限定。
權利要求
1.ー種作物冠層內光分布測量裝置，其特徵在於，所述裝置包括承載單元、接收單元、以及至少ー個光傳感器，所述承載単元包括支撐部分和與待測作物葉片形態相同的承載部分，所述至少一個光傳感器分別設於所述承載部分上、且依次串聯連接，所述至少ー個光傳感器中的一個光傳感器與所述接收單元連接。
2.如權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括支架和天空傳感器，所述支架的頂端位於所述待測作物的冠層頂部，所述天空傳感器設於所述支架的頂端，所述天空傳感器與所述至少一個光傳感器中的一個光傳感器連接。
3.如權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述光傳感器上設有濾光片。
4.如權利要求I或2所述的裝置，其特徵在於，所述承載單元為金屬條。
5.ー種基於權利要求I 3中任一項所述的作物冠層內光分布測量裝置的測量方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 Si:利用承載單元上的支撐部分將所述承載單元進行固定，使所述承載単元上與待測作物葉片形態相同的承載部分與待測作物葉片相接觸； 52:將至少ー個光傳感器根據需要分別設於所述承載部分上的測量處； 53:將天空傳感器設於支架的頂端； 54:所述接收單元每經過預設間隔時間進行一次信號採集，以實現對待測作物葉片的冠層內光分布測量。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，步驟SI之前還包括以下步驟 SO :選取待測作物葉片，根據所述待測作物葉片的形態加工承載單元，以實現承載單元上的承載部分與待測作物葉片形態相同。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，步驟S2中的光傳感器上設有濾光片； 步驟S4中進行信號採集後，對採集的信號進行還原。
全文摘要
本發明公開了一種作物冠層內光分布測量裝置及方法，涉及光分布測量技術領域，所述裝置包括承載單元、接收單元、以及至少一個光傳感器，所述承載單元包括支撐部分和與待測作物葉片形態相同的承載部分，所述至少一個光傳感器分別設於所述承載部分上、且依次串聯連接，所述至少一個光傳感器中的一個光傳感器與所述接收單元連接。本發明通過承載單元上與待測作物葉片形態相同的承載部分來放置光傳感器，便於調整測量位置、並且不會使植物葉片損失自然形態，提高了光分布測量的精度。
文檔編號G01J1/00GK102680084SQ20121012513
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者溫維亮, 王傳宇, 王成, 郭新宇, 高權 申請人:北京農業信息技術研究中心