[發(fā)明專利]LED脈沖光源式作物冠層植被指數(shù)測(cè)定系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710702273.4
• 申請(qǐng)日: 2017-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN107389613A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李修華;王策;陳佐鵬;黃大根;李炳南;陳曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/47
• 分類號(hào): G01N21/47
• 代理公司: 廣西南寧明智專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司45106
• 代理人: 農(nóng)勁風(fēng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種作物冠層植被指數(shù)測(cè)定系統(tǒng)，具體是一種LED脈沖光源式作物冠層植被指數(shù)測(cè)定系統(tǒng)，屬于農(nóng)業(yè)信息檢測(cè)工具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)漫反射光譜和相關(guān)作物生長(zhǎng)信息之間的機(jī)理關(guān)系的研究表明：利用冠層光譜分析技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)特征和植株?duì)I養(yǎng)狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其中差值植被指數(shù)（DVI）、歸一化植被指數(shù)|（NDVI）和比值植被指數(shù)（RVI）等光譜指數(shù)被廣泛應(yīng)用于對(duì)植物的營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行估測(cè)。歸一化植被指數(shù)|（NDVI）是利用可見光和近紅外兩個(gè)波段的反射率歸一化比值得到的，它一方面能反映植被光合作用有效輻射吸收情況，另一方面能反映作物群體大小、健康程度等情況。相比于傳統(tǒng)的物理和生化方法研究作物的營(yíng)養(yǎng)狀況，冠層光譜分析技術(shù)具有快速、便攜、無損、不受時(shí)空限制等突出優(yōu)點(diǎn)，因此利用作物冠層漫反射光譜獲取作物生長(zhǎng)信息是農(nóng)業(yè)信息領(lǐng)域的重要研究方向。目前，將冠層光譜反射信息和作物生長(zhǎng)信息之間的機(jī)理關(guān)系進(jìn)行工程化實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用于田間實(shí)時(shí)測(cè)量和實(shí)時(shí)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是較為薄弱的環(huán)節(jié)，基本還處于研究階段和試用化階段，尚未在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到有效的應(yīng)用。

采用冠層反射光譜傳感技術(shù)來獲取作物的生長(zhǎng)信息指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)形式主要有兩種：被動(dòng)光源式和主動(dòng)光源式。被動(dòng)光源式測(cè)量?jī)x器采用太陽光作為光源，其最大的局限性是使用受到太陽光照強(qiáng)度、入射角等因素的影響，其測(cè)量值會(huì)因自然光環(huán)境的變化而變化，一般需要在晴好天氣且具有較大太陽角時(shí)使用，陰雨天則無法使用。主動(dòng)光源式測(cè)量?jī)x器采用自帶光源，其可以消除外部光環(huán)境的影響，可在任何天氣情況下使用，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，是目前的主流形式。目前國(guó)外市場(chǎng)上已有商品化的主動(dòng)光源式測(cè)量?jī)x器有：NTech公司研發(fā)的GreenSeeker系列手持式光譜儀、Topcon公司生產(chǎn)的CropSpec植物氮含量傳感器和Holland Scientific公司生產(chǎn)的Crop Circle手持式光譜儀，但國(guó)外儀器價(jià)格昂貴，操作不便、分析方法復(fù)雜等因素限制這些儀器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用，多數(shù)作為科研院校或機(jī)構(gòu)開展科研項(xiàng)目的工具，很難在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容

要使作物冠層植被指數(shù)測(cè)量?jī)x器能在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行推廣使用，需要解決以下幾個(gè)問題：

（1）儀器結(jié)構(gòu)便攜性：儀器的體積、重量、電池續(xù)航能力等直接影響其在農(nóng)田環(huán)境的可應(yīng)用性。目前多數(shù)無損式測(cè)量?jī)x器體積較大，重量較重，續(xù)航時(shí)間短。

（2）光源穩(wěn)定性：由于被動(dòng)光源式采用太陽光作為光源，而太陽光強(qiáng)受時(shí)間、天氣等因素影響大，為了保持光源的穩(wěn)定性，一般采用自帶光源的主動(dòng)光源式，但該方式也容易受溫度、工作電壓、光源排列方式等因素影響。

（3）有效信號(hào)與背景信號(hào)的分離：儀器的主要應(yīng)用場(chǎng)所為大田，除了儀器自帶的主動(dòng)光源，將包含信號(hào)強(qiáng)度很高的自然光等其他光源，在反射光檢測(cè)單元處如何有效地對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行分離，提取有效信號(hào)，是需要解決的主要問題之一。

（4）減少光學(xué)通道：傳統(tǒng)儀器需要為每個(gè)波段設(shè)計(jì)一個(gè)光學(xué)通道，從而導(dǎo)致光學(xué)通道設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，也直接導(dǎo)致成本的增加。如何在不影響測(cè)量精度的情況下盡可能減少光學(xué)通道，簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也是要解決的又一主要問題。

（5）降低數(shù)據(jù)隨機(jī)誤差：主動(dòng)光源式儀器在獲取數(shù)據(jù)的頻率較高時(shí)，需要降低信號(hào)在硬件電路中可能存在的隨機(jī)誤差。

（6）可操作性：一般光譜儀設(shè)計(jì)復(fù)雜，使用步驟繁瑣，通常需要專業(yè)培訓(xùn)，缺乏設(shè)計(jì)友好的人機(jī)界面及接口，不方便非專業(yè)人士快速上手。

（7）低功耗：作為便攜式儀器，功耗的要求非常嚴(yán)格。盡可能降低功耗，保證足夠的電池續(xù)航能力。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種LED脈沖光源式作物冠層植被指數(shù)測(cè)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)這些問題進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，因此非常適合在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行推廣使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種LED脈沖光源式作物冠層植被指數(shù)測(cè)定系統(tǒng)，包括傳感器、控制器和電源電路三個(gè)部分。