[發(fā)明專利]一種基于環(huán)境補償模型的植物凈光合速率測定方法、系統(tǒng)、終端及可讀存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110264344.3
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112881620B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅旗舞;李聰聰;陽春華;桂衛(wèi)華
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N21/39;G06K9/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

本發(fā)明公開了一種基于環(huán)境補償模型的植物凈光合速率測定方法、系統(tǒng)、終端及可讀存儲介質(zhì)，所述方法包括：步驟S1：分別獲取分析氣室和參比氣室中光合作用過程目標(biāo)氣體對應(yīng)的二次諧波信號峰值，以及采集環(huán)境目標(biāo)參數(shù)；步驟S2：計算雙氣室的二次諧波信號峰值差，并輸入至環(huán)境補償模型中得到二次諧波峰值差補償因子；步驟S3：利用所述二次諧波峰值差補償因子補償所述二次諧波信號峰值差得到二次諧波峰值補償值；步驟S4：利用所述二次諧波峰值補償值反演得到植物光合作用中目標(biāo)氣體的痕量濃度差，并基于所述目標(biāo)氣體的痕量濃度差計算出凈光合作用速率。所述方法使用二次諧波峰值差表征光合作用時目標(biāo)氣體的濃度差，可以最大程序消除環(huán)境因素的影響，并進(jìn)一步使用環(huán)境補償模型提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)智能算法檢測應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)境補償模型的植物凈光合速率測定方法、系統(tǒng)、終端及可讀存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

研究表明，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造中，作物產(chǎn)量的90％以上都是基于其光合作用的有效產(chǎn)出，因此監(jiān)測光合作用速率對提升作物培育質(zhì)量、品質(zhì)、產(chǎn)量等都有著重要的參考價值。目前植物光合作用光合速率的測定方法主要有半葉法、生長分析法、釋放O₂法和CO₂吸收法，CO₂吸收法又可分為化學(xué)滴定法、PH值法、同位素法、紅外CO₂氣體分析法。其中，紅外CO₂氣體分析法因基礎(chǔ)理論成熟、測定靈敏度高、設(shè)備響應(yīng)快、非破壞性測量，在實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)檢測中得以廣泛應(yīng)用，也是目前主流規(guī)格的光合儀所采用的植物光合速率測定方法。但紅外CO₂氣體分析法在實際應(yīng)用中，也存在著如下缺點：(1)紅外CO₂氣體分析法采用紅外光源產(chǎn)生紅外輻射，穩(wěn)定的環(huán)境溫度是保障紅外光源的正常工作的前提；(2)野外復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境，使得光合儀在需要定量分析的任務(wù)中誤差較大；(3)對濃度極低或者吸收極弱的氣體變化，檢測精度不高。

如何克服現(xiàn)有紅外CO₂氣體分析法的技術(shù)障礙，實現(xiàn)植物凈光合速率測定精度的提高正是本發(fā)明的研究目標(biāo)。其中，TDLAS-WMS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)氣體分子光譜的指紋級特征提取，在復(fù)雜環(huán)境條件下抗干擾能力強(qiáng)，且具備高重復(fù)頻率大范圍動態(tài)測量能力，非接觸式實時實地定量分析ppm、ppb甚至更低級別的現(xiàn)場痕量氣體，因此廣泛應(yīng)用在工業(yè)氣體檢測、燃燒監(jiān)測、氧氣濃度探測等領(lǐng)域。因此，如何將TDLAS-WMS技術(shù)應(yīng)用至植物凈光合速率測定是本發(fā)明亟需研究的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于環(huán)境補償模型的植物凈光合速率測定方法、系統(tǒng)、終端及可讀存儲介質(zhì)，所述方法結(jié)合TDLAS-WMS技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了用二次諧波峰值差表征光合作用時目標(biāo)氣體的濃度差，對光合作用中濃度極低或者吸收極弱的氣體實現(xiàn)ppm甚至更低級別的測量，提高氣體的定量分析精度。與此同時，提出了環(huán)境補償模型，利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型，適應(yīng)在復(fù)雜惡劣的測量環(huán)境中由環(huán)境因素引起的測量誤差，提高了測定植物凈光合速率的準(zhǔn)確性和實時性。

一方面，本發(fā)明提供了一種基于環(huán)境補償模型的植物凈光合速率測定方法，包括如下步驟：

步驟S1：分別獲取分析氣室和參比氣室中光合作用過程目標(biāo)氣體對應(yīng)的二次諧波信號峰值以及采集環(huán)境目標(biāo)參數(shù)；

其中，采用雙氣室結(jié)構(gòu)并在開放氣路下激光穿過分析氣體室和參比氣體室；

步驟S2：計算雙氣室的二次諧波信號峰值差并將所述二次諧波信號峰值差以及所述環(huán)境目標(biāo)參數(shù)輸入至環(huán)境補償模型中得到二次諧波峰值差補償因子其中，

其中，所述環(huán)境補償模型的輸入數(shù)據(jù)是二次諧波信號峰值差及其環(huán)境目標(biāo)參數(shù)，輸出數(shù)據(jù)為二次諧波峰值差補償因子；

步驟S3：利用所述二次諧波峰值差補償因子補償所述二次諧波信號峰值差得到二次諧波峰值補償值其中，