[發(fā)明專利]一種新型的葉面積指數(shù)儀及其葉面積指數(shù)測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110275210.1
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN112857269A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇宏新;謝賢勝;祝曉光;劉東方
• 申請（專利權(quán)）人: 南寧師范大學(xué);北京天航華創(chuàng)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/28
• 分類號(hào): G01B11/28;G01C11/04;G01S19/14;G08C17/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

本發(fā)明公開了一種新型的葉面積指數(shù)儀及其葉面積指數(shù)測量方法，其中，所述葉面積指數(shù)儀包括魚眼鏡頭、攝像模組、數(shù)據(jù)采集器、圖像分析模塊和供電模塊；所述魚眼鏡頭和攝像模組分別與數(shù)據(jù)采集器連接，所述數(shù)據(jù)采集器與圖像分析模塊通過GPRS通訊連接，所述供電模塊為太陽能電池板，并與電池組連接。通過數(shù)據(jù)采集器控制魚眼鏡頭和攝像模組，定時(shí)自動(dòng)獲取植物冠層的半球數(shù)字圖像，再將圖像通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到圖像分析模塊，本地端可以通過圖像分析模塊獲取半球數(shù)字圖像，利用相應(yīng)的軟件對圖像進(jìn)行分析，最終推算葉面積指數(shù)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及葉面積指數(shù)觀測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型的葉面積指數(shù)儀及其葉面積指數(shù)測量方法。

背景技術(shù)

植被是地球系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，葉片是植被進(jìn)行光合、呼吸、蒸騰等等生理過程的主要承載體。葉面積指數(shù)(Leaf Area Index，LAI)是表征葉片疏密程度和描述植被生長狀態(tài)以及冠層結(jié)構(gòu)的重要地表植被參數(shù)，通常被定義為單位土地表面積上的總?cè)~表面積的一半。通過連續(xù)監(jiān)測葉面積指數(shù)，可以快速衡量生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和模擬群落生態(tài)過程演變，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)研究。

目前，LAI測量方法主要分為直接法和間接法。直接法主要有凋落物收集法和破壞性取樣法，均是通過比葉面積(Specific Leaf Area,SLA)來估算LAI。然而，直接法耗時(shí)耗力且難以重復(fù)，不能有效觀察葉面積的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化特征。間接法往往采用基于輻射或圖像的光學(xué)儀器自下而上測定LAI，如LAI-2200(LiCor Inc,Lincoln,Nebraska,USA)、TRAC(Tracing Radiation and Architecture of Canopies)等冠層分析儀，以及數(shù)碼相機(jī)+魚眼鏡頭的半球攝影法(Digital Hemispheral Photography，DHP)，以HemiView為代表。間接法的這幾類測量儀器均由國外研究人員研發(fā)，價(jià)格比較昂貴。同時(shí)，實(shí)施以上的測量方法，均要求觀測人員到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地操作，無法進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)的觀測，因而需花費(fèi)更多的人力成本和時(shí)間。

事實(shí)上，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，特別是森林生態(tài)系統(tǒng)，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能以及環(huán)境效應(yīng)滯后等特點(diǎn)，采用短期調(diào)查或?qū)嶒?yàn)研究，難以確切地揭示其生物與生物之間、生物與環(huán)境之間的復(fù)雜關(guān)系，這就要求對同一觀測點(diǎn)位開展長時(shí)間定位動(dòng)態(tài)觀測，連續(xù)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及環(huán)境之間的相互作用和反饋機(jī)制。目前，市場上的LAI測量光學(xué)儀器均為便攜式，雖操作簡便，卻不適合作為長期固定監(jiān)測儀器使用，難以排除不同使用者因測量時(shí)間、高度、角度、方向以及測量點(diǎn)位的不一致等因素而導(dǎo)致的測量誤差，不能很好地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位觀測，降低了觀測數(shù)據(jù)的可比性。

現(xiàn)有基于圖像的光學(xué)測量儀器，往往是應(yīng)用半球攝影法，通過魚眼鏡頭和數(shù)碼相機(jī)獲取冠層圖像，基于比爾定律以及冠層空隙率與冠層結(jié)構(gòu)相關(guān)原理在軟件實(shí)現(xiàn)對冠層圖像的分析工作，進(jìn)而推算葉面積指數(shù)值，但在實(shí)際測量中也存在較多的限制。以HemiView為例，除以上所述不足之外，還存在相機(jī)電池容量有限問題，長時(shí)間測量需頻繁更換電池，不能適用于大面積的固定樣地監(jiān)測。

綜上所述，由于葉面積指數(shù)是研究陸地生態(tài)系統(tǒng)能量交換的關(guān)鍵參數(shù)，我國農(nóng)林科學(xué)、遙感科學(xué)等方面的研究人員對測量儀器的需求較大，但現(xiàn)階段儀器存在費(fèi)用昂貴、難以長時(shí)間定位監(jiān)測、無法實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、電池容量有限、費(fèi)時(shí)費(fèi)力且無法保證測量精度等不足，因此自行研發(fā)一套造價(jià)成本低、定時(shí)和定位觀測的自動(dòng)化葉面積指數(shù)測量儀器，對于打破外國壟斷、滿足國內(nèi)市場需求及科學(xué)研究具有重大的意義。本發(fā)明將在圖像測量的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步彌補(bǔ)以上的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種新型的葉面積指數(shù)儀及其葉面積指數(shù)測量方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種新型的葉面積指數(shù)儀，包括魚眼鏡頭、攝像模組、數(shù)據(jù)采集器、圖像分析模塊和供電模塊；所述魚眼鏡頭和攝像模組分別與數(shù)據(jù)采集器連接，所述數(shù)據(jù)采集器與圖像分析模塊通過GPRS通訊連接，所述供電模塊為太陽能電池板，并與電池組連接。