[發明專利]一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置

在審

• 申請號: 201811013110.6
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109358341A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 宋萍;辛曉平;翟亞宇;王旭
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01N21/84;G01S19/42
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發明公開了一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，RGB圖像獲取模塊和固態面陣激光雷達分別采集大量高分辨率的草地RGB圖像和相對距離圖像，GPS模塊獲取當前草地區域的GPS信息，嵌入式信號控制及處理板對相對距離圖像進行距離差值和直方圖統計獲取被測區域完整的草地高度分布信息，同時對草地RGB圖像進行覆蓋度計算，最后根據大量的草地覆蓋度數據、草地高度分布數據和對應區域的GPS信息進行草地生物量解算，使用本發明能夠實時、全面地獲取草地生物量信息，且結構簡單、攜帶方便。

技術領域

本發明屬于草地信息采集技術領域，具體涉及一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置。

背景技術

草地生物量的測量是有效反映草地生長情況的重要指標，可為草原的演替趨勢和生產潛力提供基礎信息。

草地生物量的測量包括草地覆蓋度的測量和高度的測量，傳統的草地生物量測量通常是分別進行草地覆蓋度測量和草地高度測量，然后線下進行生物量的解算。其中草地覆蓋度測量通常采用照相法，草地高度測量通常采用尺子測量法和傳感器測量法，因此其存在以下問題：①需多人操作；②便攜性不強；③不能實時獲取生物量；④可操作性不強；⑤測量精度不高。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，能夠實時、同時獲取植被高度信息和覆蓋度信息，且結構簡單、攜帶方便，為草原演替趨勢和生產潛力的研究以及相關人員野外實時獲取生物量信息提供了技術支持。

一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，包括殼體(10)、固態面陣激光雷達(1)、RGB圖像獲取模塊(2)、嵌入式信號處理板(3)、顯示屏(4)以及手持端(7)；

其中，所述固態面陣激光雷達(1)用于獲取被測草地的相對距離圖像，并根據相對距離圖像獲得草地區域的草地高度分布直方圖；

所述RGB圖像獲取模塊(2)用于獲取被測草地的RGB圖像；

所述嵌入式信號處理板(3)用于根據所述RGB圖像識別出的有草區域和無草區域，并得到有草區域覆蓋度；

所述顯示屏(4)用于顯示測量裝置的工作狀態和草地區域覆蓋度以及草地高度測量結果；

所述手持端(7)固定在殼體(10)上。

進一步的，固態面陣激光雷達(1)包括激光發射模塊(11)、激光發射透鏡組(12)、激光接收透鏡組(13)、窄帶濾光片(14)、集成CMOS光電測距芯片(15)、光源驅動電路模塊(16)和距離信息處理模塊(17)；

所述光源驅動電路模塊(16)驅動激光發射模塊(11)發出激光信號；并由激光發射透鏡組(12)向待測草地發射；激光接收透鏡組(13)收目標反射的激光信號，經窄帶濾光片(14)濾除雜散光；集成CMOS光電測距芯片(15)計算固態面陣激光雷達(1)到草地的相對距離圖像；所述距離信息處理模塊(17)獲得被測草地的高度分布直方圖。

進一步的，所述集成CMOS光電處理芯片(15)對回波信號進行多相位窗電荷累積積分并得到相對距離圖像的具體過程為：

集成CMOS光電處理芯片(15)的每個像素點按照4個不同相位窗依次接收回波信號，得到4組不同相位的積分電荷Q₁、Q₂、Q₃和Q₄；其中，Q₁、Q₂、Q₃和Q₄分別為相位窗相對于反射的調制光信號的移動相位為0度、180度、90度以及動270度時的積分電荷；計算光信號在集成CMOS光電處理芯片的每個像素點與草地之間往返的相位差其中∑Q₁、∑Q₂、∑Q₃和∑Q₄分別為積分電荷的多次累積結果；