[發明專利]一種識別作物根系活動層深度的方法及系統

有效

• 申請號: 202110204767.6
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113156082B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 于景鑫;張鐘莉莉;張馨;薛緒掌;張石銳;李文龍
• 申請（專利權）人: 北京農業智能裝備技術研究中心
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 聶俊偉

1.一種識別作物根系活動層深度的方法，其特征在于，包括：

利用設置于目標測量點的土壤水分傳感器，按預設時間間隔采集不同深度的土壤含水量，構建時間序列數據；

在構建三維空間坐標系之后，將所述時間序列數據轉換為所述三維空間坐標系下的點位數據；

對所述點位數據進行空間插值處理，構建數字土壤水分濕度空間模型；

對所述數字土壤水分濕度空間模型進行模型變化速率計算，以根據計算結果構建數字土壤水分變化速率模型；對所述數字土壤水分濕度空間模型進行模型變化方向計算，以根據計算結果構建數字土壤水分變化方向模型；

基于所述數字土壤水分變化速率模型和所述數字土壤水分變化方向模型，確定根系活動區域；并將所述根系活動區域的中點所對應的深度值作為所述作物根系活動層深度；

所述三維空間坐標系，包括x，y，z三個互相垂直的要向軸；x軸用于表示時間維度軸，y軸用于表示土壤深度維度的軸，z軸用于表示土壤含水量維度的軸；

相應地，所述將所述時間序列數據轉換為所述三維空間坐標系下的點位數據，包括：

將所述時間序列數據中的每一條數據轉換為所述三維空間坐標系下的一個空間要素點；

按照間隔采樣順序，確定所述時間序列數據中的每條目標數據對應的點位數據x軸值；

定義每條目標數據對應的土壤采樣深度中點所對應的深度值作為所述點位數據y軸值；

將所述目標數據對應的土壤含水量作為所述點位數據z軸值；

所述對所述點位數據進行空間插值處理，構建數字土壤水分濕度空間模型，包括：

在所述點位數據所在的三維空間區域內任一目標數據點(x_i,y_i,z(x_i,y_i))的土壤含水量z(x_i,y_i)具有二次連續導數的情況下，確定所述目標數據點的能量函數；

確定所述能量函數的最小化能量函數；

基于數據離散點的表列形式，獲取所述目標數據點的土壤含水量預測值函數，以計算所述目標數據點的土壤含水量預測值；

根據預設像元大小，以像元中心點所對應的目標數據點的土壤含水量預測值作為像元值，構建所述數字土壤水分濕度空間模型；

所述對所述數字土壤水分濕度空間模型進行模型變化速率計算，以根據計算結果構建數字土壤水分變化速率模型，包括：

利用數字模型變化速率計算公式，在所述數字土壤水分濕度空間模型的柵格表面，根據任一中心像元在x軸方向變化率和y軸方向變化率，確定所述任一中心像元的變化率；

根據所述任一中心像元的變化率，獲取土壤水分變化速率特征，以構建所述數字土壤水分變化速率模型；

所述數字模型變化速率計算公式的表達式為：

其中，slope_radians為任一中心像元的變化率，ATAN為反正切函數，dz/dx為任一中心像元的x軸方向變化率，dz/dy為任一中心像元的y軸方向變化率；

所述對所述數字土壤水分濕度空間模型進行模型變化方向計算，以根據計算結果構建數字土壤水分變化方向模型，包括：

利用數字模型變化方向計算公式，在所述數字土壤水分濕度空間模型的柵格表面，根據任一中心像元在x軸方向變化率和x軸方向變化率，確定所述任一中心像元的變化方向；

根據所述任一中心像元的變化方向，獲取土壤水分變化方向特征，以構建所述數字土壤水分變化方向模型；

所述數字模型變化方向計算公式的表達式為：

aspect＝57.29578*ATAN2([dz/dy],-[dz/dx])；

其中，aspect為任一中心像元的變化方向，ATAN2為四象限反正切函數，dz/dx為任一中心像元的x軸方向變化率，dz/dy為任一中心像元的y軸方向變化率。