[发明专利]自走式苗木树干表型信息采集系统及其采集方法

说明书

本发明公开了一种自走式苗木树干表型信息采集系统及其采集方法，包括软件处理模块、行车平台和信息采集系统；信息采集系统包括上相机升降装置、下相机升降装置和伸缩夹持装置，下相机升降装置下端与行车平台连接，上相机升降装置下端与伸缩夹持装置连接，上相机升降装置和下相机升降装置位于同一条竖直方向上。本发明的采集系统能够更加方便准确地对植物整个生长期表型的变化进行检测和无损测量。本发明的采集方法中，树干表型信息采集的效率较高，既能精确测量树干胸径，又能通过图像采集获得多高度直径、活枝下高、削度、材积、树皮颜色、树干健康程度等多种树干表型参数，过程中注重保护植株的枝干避免损伤，能够减小测量对植株生长的影响。

技术领域

本发明涉及面向林地种植的处于生长期的苗木树干的表型检测领域，具体涉及一种对中小型苗木在自然环境下生长过程的自走式苗木树干表型信息采集系统及其采集方法。

背景技术

基因组测序工作的快速发展带来一个新的问题，缺乏合适的高通量表型获取技术获取对应的表型信息。在获得海量植物基因组信息的基础上，如何高通量、高分辨率、高效地解析基因、表型及环境响应三者的相互作用机理已成为一个全新的挑战。植物表型数据涵盖生理、生化、生态及生长动态等多维尺度，它以植物栽培和植物育种的实际需求为导向，依赖自动化、现代化的表型平台来实现。

苗木的诸多表型特性，反映了苗木的生长整个过程，或者基因型与其生长环境动态变化的互作关系。苗木表型特性的采集，对苗木生长状况的监控、苗木的成活率的提高、优株的苗期筛选有着重要的意义。

树干的表型参数包括胸径、活枝下高、削度、材积、树皮颜色、树干健康程度等。

胸径，又称干径，指乔木主干离地表面胸高处的直径，胸径是森林调查中最为主要的基础数据，也是构建立木材积方程和生物量模型等所用的基本测树因子。为了便于测量及减少测量误差，我国采用树高1.3m处的直径作为胸径。目前的林业测树技术中已有高性能光学测树仪器能够准确测量树干不同高度处的直径。

活枝下高，是指地面到活立木树冠的最低枝杈点的高度，是树干修剪时决定树冠高度及冠高比的重要因素。如为用材类树种，认为其活枝下高的值越大越好，以提高木材的产出；如为观赏型树种，认为其活枝下高的值越小越好，有益于树冠形成后规整好看。

削度，是指树干直径沿其树干向上随干径位置的升高而逐渐减小变化的程度，即随着树干高度增加而逐渐变细的缓急程度。它是描述树干干形好坏的重要度量指标，削度值的大小直接影响材积和出材率。削度分绝对削度和相对削度。绝对削度是树干上相距1米两端直径之差，相对削度通常以胸径为100％，其它各断面之直径与其相比的百分数。

材积，即立木蓄积，树木经济利用的主要部分是树干，因此材积是林木经营利用的基本经济指标，在木工业生产、森林资源调查、生物量和碳储量研究等方面有着广泛的应用。目前计算活立木材积的常规方法是，利用样木的胸径、树高测量值，查阅立木材积表或使用材积求算单株活立木材积。

树皮颜色，是树木种类的识别的依据，也可以通过树干颜色判断树干的健康程度，一般通过色卡比对来确定。

树干健康程度，根据树干表面的颜色、节子和纹理等表面形貌特征，可以判断出树木表面是否有虫洞、破损或是腐坏，以此可以评估树干的健康程度。

传统的人工接触式胸径测量方法存在劳动强度大、人力成本高、效率低等缺陷，难以满足当前林业信息化发展要求，而全站仪等精密设备因限于其体积、重量、操作复杂程度及成本等因素，在林业调查中难以普及。近景摄影测量虽然可以在一定程度上解决上述问题，但其解算步骤繁琐，不可避免会具有一定误差，仍不能完全满足实地测量需要。国外研制的自伸长接触式卡尺测径仪，操作简单，可满足长期监测胸径变化的要求，但需要将测径仪钉与树木表面，对树木有所损伤，且一棵树木需要一个测径仪，对于大样本的监测来说成本昂贵。

发明内容