[实用新型]一种基于主动光源的植物长势监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及植物生长信息智能检测领域，更具体的涉及一种基于主动光源的植物长势监测系统置。

背景技术

作物长势参数是表征作物生长状态的重要指标(吴炳方等，2004)。快速、无损、准确地监测作物氮素状况，对于诊断作物生长特征、提高氮肥运筹水平和利用效率、降低过量施氮带来的农田环境污染，深入开展精确农业和数字农业的研究与应用具有重要意义。

植物体内的叶绿素有a，b，c，d等4种形态,其中,叶绿素a和叶绿素b对植物的反射光谱曲线影响较大。叶绿素a对蓝光的吸收能力约为对红光吸收率的1.5倍；叶绿素b对蓝光的吸收能力约为对红光吸收率的3倍。通常在植物体中叶绿素a的含量是叶绿素b的含量的3倍,故叶绿素a对植物反射光谱的影响最大。其中,350～450nm波段的反射率低于650～700nm波段。由于叶子的海绵组织结构内有很多大表面的空腔,且细胞内的叶绿素一般呈水溶胶状态,因此对700～1300nm近红外波段产成一个相对平坦的反射峰,其反射率可达40％,甚至高达60％,吸收率不到15％。植物的反射光谱特征主要由叶片中的叶肉细胞、叶绿素、水分含量和其他生物化学成分对光线的吸收和反射形成的□在不同波段□植物的反射曲线具有不同的形态和特征。大量研究结果证明植物营养状况与其反射光谱及吸收光谱特性密切相关。

采用冠层反射光谱传感技术(Ground-based Canopy Reflectance Sensing)来获取植物的生长信息指标是当前该领域研究的重要手段之一，该类技术的实现形式主要有两种：被动光源式和主动光源式。

被动光源式传感器接收地物反射的太阳辐射或其本身发射的热辐射能量进行探测。目前用于探测植物长势的传感器通常选择特定的特征波长，测量时传感器的探测器方向垂直向下，首先测量当前环境光照条件下标准白板的反射光强度，然后指向测量目标，获取目标的反射光强度，两者相除得到植物冠层反射率。早期研制的这种被动式植被氮素探测传感器的应用受到很多因素的制约,首先这种传感器需要持续不断的白板校准，以获取反射率(测量白板的数值作为入射光强,该仪器没有独立的入射光强探测传感器)，被动光源式测量仪器利用太阳光作为检测光源，其最大的局限性是容易受到太阳光照强度、太阳入射角度等因素的影响，其测量值也会因自然光环境的变化而变化，一般需要在晴好天气且具有较大太阳高度角时使用，尤其是我国南方阴雨天较多则难以使用。

主动光源式仪器自带能发射特定波长的光源，可以在较多天气条件和自然光照条件下使用。植物目前国外已经得到商业应用的主动光源式的植物长势监测传感器主要包括美国Trimble Navigation公司生产的Green Seeker、美国Holland Scientific公司生产的Crop Circle、德国Yara公司生产的N-Sensor ALS和日本topcon公司生产的CropSpec等，由于采用主动光源，测量时不受环境光照条件的限制，可以在阴天或者晚上工作。虽然这些仪器具有测量精度高、数据可靠性好等优点，但也普遍存在价格昂贵、操作复杂、单次数据采集覆盖面积小等问题。此外由于这些装置是线扫式或者点扫式辐射到植物冠层，且主动光源重量和体积较大，主要用于地面机械挂载。通常需要在田间分布大量采集点进行数据采集，效率较低。

已有技术(申请号为201210554515.7的发明专利《基于主动光源的便携式植物生长信息监测仪》、申请号为201310180901.9的发明专利《一种主动光源式植物冠层反射光谱测量装置及其方法》)虽然采用主动光源方式来克服气象条件的影响，但也仅支持近距离小面积测量，难以单次完成较大面积植物长势监测的任务植物。此外，还存在需要反复使用标准白板标定、主动光源的辐射强度相对固定造成探测距离较近、缺乏主动光源的辐射强度自适应调整以及对环境光照的抗干扰处理的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于主动光源的植物长势监测系统置及应用方法，通过设置使得可保证无论在白天与夜间，NDVI、RVI、DVI、RDVI等比值型光谱指数不随测量高度和测试环境光照发生变化，系统的适用性和高效性也随之得到提高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：