[發明專利]自走式苗木樹干表型信息采集系統及其采集方法

有效

• 申請號: 202010464390.3
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111561873B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 張慧春;張萌;周宏平;鄭加強;邊黎明
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08;G01B11/06;G01B11/00;G01J3/50;G01N21/27
• 代理公司: 南京科闊知識產權代理事務所(普通合伙) 32400
• 代理人: 王清義

本發明公開了一種自走式苗木樹干表型信息采集系統及其采集方法，包括軟件處理模塊、行車平臺和信息采集系統；信息采集系統包括上相機升降裝置、下相機升降裝置和伸縮夾持裝置，下相機升降裝置下端與行車平臺連接，上相機升降裝置下端與伸縮夾持裝置連接，上相機升降裝置和下相機升降裝置位于同一條豎直方向上。本發明的采集系統能夠更加方便準確地對植物整個生長期表型的變化進行檢測和無損測量。本發明的采集方法中，樹干表型信息采集的效率較高，既能精確測量樹干胸徑，又能通過圖像采集獲得多高度直徑、活枝下高、削度、材積、樹皮顏色、樹干健康程度等多種樹干表型參數，過程中注重保護植株的枝干避免損傷，能夠減小測量對植株生長的影響。

技術領域

本發明涉及面向林地種植的處于生長期的苗木樹干的表型檢測領域，具體涉及一種對中小型苗木在自然環境下生長過程的自走式苗木樹干表型信息采集系統及其采集方法。

背景技術

基因組測序工作的快速發展帶來一個新的問題，缺乏合適的高通量表型獲取技術獲取對應的表型信息。在獲得海量植物基因組信息的基礎上，如何高通量、高分辨率、高效地解析基因、表型及環境響應三者的相互作用機理已成為一個全新的挑戰。植物表型數據涵蓋生理、生化、生態及生長動態等多維尺度，它以植物栽培和植物育種的實際需求為導向，依賴自動化、現代化的表型平臺來實現。

苗木的諸多表型特性，反映了苗木的生長整個過程，或者基因型與其生長環境動態變化的互作關系。苗木表型特性的采集，對苗木生長狀況的監控、苗木的成活率的提高、優株的苗期篩選有著重要的意義。

樹干的表型參數包括胸徑、活枝下高、削度、材積、樹皮顏色、樹干健康程度等。

胸徑，又稱干徑，指喬木主干離地表面胸高處的直徑，胸徑是森林調查中最為主要的基礎數據，也是構建立木材積方程和生物量模型等所用的基本測樹因子。為了便于測量及減少測量誤差，我國采用樹高1.3m處的直徑作為胸徑。目前的林業測樹技術中已有高性能光學測樹儀器能夠準確測量樹干不同高度處的直徑。

活枝下高，是指地面到活立木樹冠的最低枝杈點的高度，是樹干修剪時決定樹冠高度及冠高比的重要因素。如為用材類樹種，認為其活枝下高的值越大越好，以提高木材的產出；如為觀賞型樹種，認為其活枝下高的值越小越好，有益于樹冠形成后規整好看。

削度，是指樹干直徑沿其樹干向上隨干徑位置的升高而逐漸減小變化的程度，即隨著樹干高度增加而逐漸變細的緩急程度。它是描述樹干干形好壞的重要度量指標，削度值的大小直接影響材積和出材率。削度分絕對削度和相對削度。絕對削度是樹干上相距1米兩端直徑之差，相對削度通常以胸徑為100％，其它各斷面之直徑與其相比的百分數。

材積，即立木蓄積，樹木經濟利用的主要部分是樹干，因此材積是林木經營利用的基本經濟指標，在木工業生產、森林資源調查、生物量和碳儲量研究等方面有著廣泛的應用。目前計算活立木材積的常規方法是，利用樣木的胸徑、樹高測量值，查閱立木材積表或使用材積求算單株活立木材積。

樹皮顏色，是樹木種類的識別的依據，也可以通過樹干顏色判斷樹干的健康程度，一般通過色卡比對來確定。

樹干健康程度，根據樹干表面的顏色、節子和紋理等表面形貌特征，可以判斷出樹木表面是否有蟲洞、破損或是腐壞，以此可以評估樹干的健康程度。

傳統的人工接觸式胸徑測量方法存在勞動強度大、人力成本高、效率低等缺陷，難以滿足當前林業信息化發展要求，而全站儀等精密設備因限于其體積、重量、操作復雜程度及成本等因素，在林業調查中難以普及。近景攝影測量雖然可以在一定程度上解決上述問題，但其解算步驟繁瑣，不可避免會具有一定誤差，仍不能完全滿足實地測量需要。國外研制的自伸長接觸式卡尺測徑儀，操作簡單，可滿足長期監測胸徑變化的要求，但需要將測徑儀釘與樹木表面，對樹木有所損傷，且一棵樹木需要一個測徑儀，對于大樣本的監測來說成本昂貴。

發明內容