[发明专利]一种树木冠层分析仪的数据采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及树木冠层测量领域，特别涉及树木冠层分析仪的数据采集装置。

技术背景

树木冠层参数是林学、农学等领域中评价植物光合作用特征的主要参数，在科学研究、生产实践中具有重要意义。测量这些参数的传感器分为两类：线形传感器和半球形传感器。

线形传感器如美国Decagon公司的Sunfleck Ceptometer、AccuPAR PAR-80、AccuPAR LP-80等型号植物冠层分析仪通过探杆上80个传感器测量植物冠层中400-700nm波段内的光合有效辐射强度，并计算叶面积指数。英国Delta公司的SunScan冠层分析仪通过1米长探杆上的64个传感器测量描述冠层结构的椭球体叶倾角分布参数(ELADP)、太阳天顶角、冠层顶部的直接辐射与散射辐射量以及冠层内部的入射辐射量并进一步反推叶面积指数，这一类仪器一般用于田间作物等低矮植物的测量，对于高大的乔木，线形传感器毫无用处，而且线性传感器由点上的值推算面上的值的时候，会带来很大的误差，而且测量非常费时费力。

半球形传感器基于鱼眼照相技术，通过数码半球图像分析系统测定。如美国LI-COR仪器公司的LAI-2000型冠层分析仪，在鱼眼相机的感光部分用5个硅光敏圆环测定不同天空开度下的太阳辐射传输参数，匹配的LI-1400数据采集器和量子太阳辐射传感器LI-190及LI-191能测定光合有效辐射(PAR)波段。美国CID公司出品的冠层分析仪CI-100是在LAI-2000的基础上发展起来的，以5个CCD面取代5个硅光敏圆环，因此传感器获取的是2π空间的高分辨率冠层底视孔隙影像图，然后利用孔隙度函数反演推算叶面积指数、透射系数、平均叶倾角及植被冠层对入射辐射的衰减系数等参数。CI-110植物冠层图像分析仪的鱼眼探头或PAR探头安装在一个很轻的手柄的顶端，它可以获取180°视角的鱼眼图像或PAR值。加拿大生产的冠层结构与辐射跟踪仪TRAC在探杆的头部安装了3个PAR传感器，采用独特的创新技术，在冠层下方沿着横断面测定植物冠层吸收的光合有效辐射分量，然后将之转换为林隙比例分布，从而计算出叶面积指数等其它参数。

一般来说，叶空间分布、传感器天顶角和太阳高度角是冠层分析的重要参数。叶空间分布通过计算集聚指数得到，进而可以减小从有效叶面积指数到实际叶面积指数的计算误差；传感器天顶角指入射光线与法线的夹角(对于普通相机来说，垂直于镜面光线的天顶角为0°)；太阳高度角指太阳光线与地面水平线的夹角(正午时为90°)。

除了TRAC之外的其他半球形传感器只在地面某一个点上测量冠层结构，它在计算原理上假设叶片在空间的分布是随机的，也就是说不考虑叶片的空间分布的。TRAC这种仪器在使用的时候不是在地面某一个点上测量，而是要求沿着某一条直线走过，从而测量透过冠层的光斑在该条线上的分布，进而统计叶片的空间分布，并把该统计结果嵌入到计算公式中。而TRAC仪器测量的时候，其取天顶角为57°，相当于用一个平均值来代替变化的值，但在实际观测过程中并不能严格的遵守这个条件，因此存在一定误差。

LAI-2000等仪器用球面度为7°、23°、38°、58°、68°的5个圆环来近似变化的天顶角，在观测有效叶面积指数时同时观测了5个角度的信息，对于有效叶面积指数的观测精度较高，但是假设叶片在空间的分布是随机的，无法计算出集聚指数，因此没有考虑叶的空间分布。

对于太阳高度角上述仪器采用的校正办法有的是用一个向上的或独立的传感器测量天空的入射辐射强度，有的则要求尽量在正午时刻进行测量，也就是说不考虑太阳高度角。

而且，半球形传感器测量的是仪器安置点处镜头的视野范围内的信息，但是这个视野的开阔度因镜头而不同，另外，相机镜头的非线性几何畸变，像平面和CCD平面不重合引起的线性几何畸变等因素也带来误差。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足，设计一种能同时考虑冠层的叶空间分布、天顶角和太阳高度角，而且避免了光学非线性几何畸变造成的成像误差的树木冠层分析仪的数据采集装置。

为了解决上述技术问题，本发明包括如下技术方案：一种树木冠层分析仪的数据采集装置，包括滤光片、与滤光片密封连接的传感装置，分别与传感装置连接的存储装置和采集控制单元，所述传感装置是由设于同一平面上的若干光电传感单元组成的阵列；所述传感装置为长1.2～1.8米，宽0.6～1.0米的平面；所述光电传感单元为边长1～2cm的正方形单元；所述滤光片的滤光波长范围为400～700nm；所述传感装置沿着太阳移动的光斑投影方向水平设置。

所述光电传感单元为硅光敏电池或电荷耦合元件。