一種樹木冠層分析儀的數據采集裝置，包括濾光片、與濾光片密封連接的傳感裝置，所述傳感裝置與采集控制單元連接，與傳感裝置連接有存儲裝置；所述傳感裝置是由設于同一平面上的若干光電傳感單元組成的陣列。本發明專利技術在平面上對樹木冠層結構特征參數進行測量，工作時放置在樹木或森林的冠層底下，通過測量一段時間內透過冠層的太陽光照強弱、光斑結構的變化過程來推算冠層的葉面積指數、孔隙度、消光系數以及這些結構參數的各向異性特征，由于能同時考慮冠層的葉空間分布、傳感器天頂角和太陽高度角，因此減少誤差；另外由于采用光電傳感器，減少了光學成像誤差；而且傳感裝置連接有存儲裝置，也實現了能較長時間下的數據測量。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及樹木冠層測量領域，特別涉及樹木冠層分析儀的數據采集裝置。
技術介紹
樹木冠層參數是林學、農學等領域中評價植物光合作用特征的主要參數， 在科學研究、生產實踐中具有重要意義。測量這些參數的傳感器分為兩類線 形傳感器和半球形傳感器。線形傳感器如美國Decagon公司的Sunfleck Ceptometer、 AccuPAR PAR-80、 AccuPAR LP-80等型號植物冠層分析儀通過探桿上80個傳感器測量植物冠層中 400-700咖波段內的光合有效輻射強度，并計算葉面積指數。英國Delta公司的 SunScan冠層分析儀通過1米長探桿上的64個傳感器測量描述冠層結構的橢球 體葉傾角分布參數(ELADP)、太陽天頂角、冠層頂部的直接輻射與散射輻射量以 及冠層內部的入射福射量并進一歩反推葉面積指數，這一類儀器一般用于ffl間 作物等低矮植物的測量，對于高大的喬木，線形傳感器毫無用處，而且線性傳 感器由點上的值推算面上的值的時候，會帶來很大的誤差，而且測量非常費時 費力。半球形傳感器基于魚眼照相技術，通過數碼半球圖像分析系統測定。如美 國LI-COR儀器公司的LM-2000型冠層分析儀，在魚眼相機的感光部分用5個 硅光敏圓環測定不同天空開度下的太陽輻射傳輸參數，匹配的LI-1400數據采 集器和量子太陽輻射傳感器LI-190及LI-191能測定光合有效輻射(PAR)波段。美國CID公司出品的冠層分析儀CI-100是在LAI-2000的基碑上發展起來的， 以5個CCD面取代5個硅光敏圓環，因此傳感器獲取的是2 :r空間的高分辨率冠 層底視孔隙影像圖，然后利用孔隙度函數反演推算葉面積指數、透射系數、平 均葉傾角及植被冠層對入射輻射的衰減系數等參數。CI-110植物冠層圖像分析 儀的魚眼探頭或PAR探頭安裝在一個很輕的手柄的頂端，它可以獲取18(T視角 的魚眼圖像或PAR值。加拿大生產的冠層結構與輻射跟蹤儀TRAC在探桿的頭部 安裝了 3個PAR傳感器，采用獨特的創新技術，在冠層下方沿著橫斷面測定植 物冠層吸收的光合有效輻射分量，然后將之轉換為林隙比例分布，從而計算出 葉面積指數等其它參數。一般來說，葉空間分布、傳感器天頂角和太陽高度角是冠層分析的重要參 數。葉空間分布通過計算集聚指數得到，迸而可以減小從有效葉面積指數到實 際葉面積指數的計算誤差；傳感器天頂角指入射光線與法線的夾角(對于普通 相機來說，垂直于鏡面光線的天頂角為0° );太陽高度角指太陽光線與地面水 平線的夾角(正午時為90。)。除了 TRAC之外的其他半球形傳感器只在地面某一個點上測量冠層結構，它 在計算原理上假設葉片在空間的分布是隨機的，也就是說不考慮葉片的空間分 布的。TRAC這種儀器在使用的時候不是在地面某一個點上測量，而是要求沿著 某一條直線走過，從而測量透過冠層的光斑在該條線上的分布，進而統計葉片 的空間分布，并把該統計結果嵌入到計算公式中。而TRAC儀器測量的時候，其 取天頂角為57。，相當于用一個平均值來代替變化的值，但在實際觀測過程中 并不能嚴格的遵守這個條件，因此存在一定誤差。LAI-2000等儀器用球面度為7° 、 23° 、 38° 、 58° 、 68°的5個圓環來近似變化的天頂角，在觀廻有效葉面積指數時同時觀測了5個角度的信息，對 于有效葉面積指數的觀測精度較高，但是假設葉片在空間的分布是隨機的，無 法計算出集聚指數，因此沒有考慮葉的空間分布。對于太陽高度角上述儀器采用的校正辦法有的是用一個向上的或獨立的傳 感器測量天空的入射輻射強度，有的則要求盡量在正午時刻進行測量，也就是 說不考慮太陽高度角。而且，半球形傳感器測量的是儀器安置點處鏡頭的視野范圍內的信息，但 是這個視野的開闊度因鏡頭而不同，另外，相機鏡頭的非線性幾何畸變，像平 面和CCD平面不重合引起的線性幾何畸變等因素也帶來誤差。
技術實現思路
本專利技術的目的就是針對上述不足，設計一種能同時考慮冠層的葉空間分布、 天頂角和太陽高度角，而且避免了光學非線性幾何畸變造成的成像誤差的樹木 冠層分析儀的數據采集裝置。為了解決上述技術問題，本專利技術包括如下技術方案 一種樹木冠層分析儀 的數據采集裝置，包括濾光片、與濾光片密封連接的傳感裝置，分別與傳感裝 置連接的存儲裝置和采集控制單元，其特征在于所述傳感裝置是由設于同一 平面上的若干光電傳感單元組成的陣列。所述傳感裝置為長1.2-1.8米，寬0.6 1.0米的平面。所述光電傳感單元為硅光敏電池或電荷耦合元件。所述光電傳感單元為邊長l~2cm的正方形單元。 所述存儲裝置為閃盤數據存儲器。所述采集控制單元包括用于控制傳感裝置和存儲裝置的中央控制單元，與中央控制單元連接有數字鍵盤和液晶顯示屏幕。還包括與采集控制單元連接的數據信號傳輸端口 。所述濾光片的濾光波長范圍為400~700nm。還包括氣泡水準器和活動支架，所述氣泡水準器設于傳感裝置上，所述活 動支架設于傳感裝置下端。與現有技術相比，本專利技術在平面長時間對樹木冠層結構特征參數進行測量， 能同時考慮到冠層的葉空間分布、天頂角和太陽高度角，減少誤差；另外由于 采用平面型光電傳感器，減少了光學成像誤差；傳感裝置連接有存儲裝置，也 實現了能較長時間下的數據測量。附圖說明附圖l為本專利技術的組裝結構附圖2為本專利技術采集控制的模塊連接圖。具體實施例方式本專利技術工作原理如下(1)以長時間的測量代替TRAC儀器沿著地面一條直 線測量的問題。因為太陽從升起到落山，光線透過了太陽移動方向上一個條帶 上的冠層并把光斑投影到測量平板上，也就是說，借助太陽的移動代替了儀器 的移動。在整個測量過程中，平板上檢測的光斑代表了條帶上不同位置的葉片 空隙的投影，從而可以推算葉片的空間分布。(2)以典型的球型樹冠為例，太 陽從不同的角度照射并穿過樹冠到達平板儀器，相當于記錄了不同天頂角情況 下的太陽輻射。目前的常用儀器是以魚眼鏡頭在瞬時獲得不同天頂角條件下的 太陽輻射傳輸特性，而本專利技術是通過長時間的測量，以太陽本身的圓周移動獲 得不同天頂角的輻射傳輸特性。至于太陽在全天的入射輻射強度的變化，在天氣晴朗的情況下，準確的歸一化推算公一式?！韵峦ㄟ^實施例并參照附圖1，附圖2對本專利技術的組裝結構和模塊連接原理 做進一歩的說明 一種樹木冠層分析儀的數據采集裝置，包括濾光片l、與濾光片1密封連接的傳感裝置2，所述傳感裝置2與采集控制單元3連接，與傳感裝 置2連接有存儲裝置4;所述傳感裝置2為硅光敏電池或電荷耦合器件(CCD) 組成的平板矩形陣列；所述存儲裝置4為閃盤數據存儲器；所述采集控制單元3 包括控制傳感裝置2采集和存儲裝置4存儲的中央控制單元31，與中央控制單 元31連接的數字鍵盤32和液晶顯示屏幕33;為了增強拓展性，本數據采集裝 置還包括與采集控制單元3連接的數據信號傳輸端口，該數據信號傳輸端口可 以通過有線方式與電腦連接或者通過紅外線或藍牙技術與電腦連接；為了減少 干擾，所述濾光片l的濾光波長范圍為400 700nm;為了保證平板傳感器能水 平放置，還包括氣泡水準器5和活動支架6，所述氣泡水準器5設于傳感裝置2 上，所述活動支架設于傳感裝置2下端。具體對本實施例而言，該樹木冠層分析儀數據采集裝置劃分為2本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種樹木冠層分析儀的數據采集裝置，包括濾光片（１）、與濾光片（１）密封連接的傳感裝置（２），分別與傳感裝置（２）連接的存儲裝置（４）和采集控制單元（３），其特征在于：所述傳感裝置（２）是由設于同一平面上的若干光電傳感單元組成的陣列。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：林廣發，夏北成，
申請(專利權)人：中山大學，
類型：發明
國別省市：81[中國|廣州]
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。