【主权项】
1. 一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，包括供电部分（1)和测量部分，其特 征在于：所述测量部分包括车体测量装置（2)和导轨装置（3)，导轨装置（3)的一端设有停 靠棚（4)，所述供电部分（1)通过停靠棚（4)与车体测量装置（2)建立电力传输连接，车体 测量装置（2)沿导轨装置（3)运动，采集光强数据。
2. 根据权利要求1所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所 述车体测量装置（2)包括车壳体（2-1)，车壳体（2-1)上端设有滤光镜（2-2)，车壳体（2-1) 下端设有若干车轮组（2-3)、减速电机（2-6)、光栅盘（2-4)、光栅传感器（2-5)和温湿度 传感器，车壳体（2-1)内部设有单片机（2-7)、时间模块（2-8)、存储模块（2-9)、显示屏 (2-10)、第一保险管（2-11)、第一时控开关（2-12)、充电组件和光强模块（2-13)，充电组件 的输出端通过第一时控开关（2-12)和第一保险管（2-11)与单片机（2-7)的供电端建立连 接，单片机（2-7)的数据接收端分别连接光栅传感器（2-5)的输出端、温湿度传感器的输 出端、光强模块（2-13)和时间模块（2-8)，所述单片机（2-7)的输出端分别连接减速电机 (2-6)、存储模块（2-9)和显示屏（2-10)，所述减速电机（2-6)的输出端连接车轮组（2-3)， 光栅盘（2-4)安装在车轮组（2-3)上并与车轮组同轴转动，光栅盘（2-4)的位置与光栅传 感器（2-5)的感应部分位置对应，所述滤光镜（2-2)的位置与光强模块（2-13)的位置对 应。
3. 根据权利要求2所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所 述充电组件包括依次连接的充电接口（2-17)、充电电刷（2-14)、充电模块（2-15)和内置裡 电池（2-16)，充电接口（2-17)置于车壳体（2-1)外，充电电刷（2-14)、充电模块（2-切和 内置裡电池（2-16)置于车壳体（2-1)内。
4. 根据权利要求3所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所 述供电部分（1)包括太阳能板（1-1)和防水箱（1-2)，防水箱（1-2)内部设有蓄电池（1-8)、 太阳能充电控制器（1-4)、降压模块（1-6)、第二保险管（1-5)和第二时控开关（1-3)，防水 箱（1-2)外壁设有航空插头（1-7)，太阳能板（1-1)的电能输出端连接太阳能充电控制器 (1-4)的输入端，太阳能充电控制器（1-4)的输出端与蓄电池（1-8)的输入端建立连接，蓄 电池（1-8)的输出端通过依次串联的降压模块（1-6)、第二保险管（1-5)和第二时控开关 (1-3)与航空插头（1-7)建立连接。
5. 根据权利要求4所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所 述导轨装置（3)包括若干条轨道（3-2)和若干组固定装置，每条轨道（3-2)之间通过连接 器（3-1)建立连接，每组固定装置包括调节夹（3-3)、固定架（3-4)和固定叉（3-5)，调节夹 (3-3)固定在轨道（3-2)的底面上，固定架（3-4)的上端与调节夹（3-3)建立连接，固定架 (3-4)的下端与固定叉（3-5)建立连接。
6. 根据W上任一权利要求所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在 于；所述停靠棚（4)包括前端敞口后端封闭的棚体（4-1)，棚体（4-1)后端的内壁上设有引 导轨（4-如和缓冲垫，所述引导轨（4-如上设有充电接头（4-4)，引导轨（4-如和充电接头 (4-4)的形状位置与车体测量装置似的充电接口（2-17)对应，棚体（4-1)内的底面与轨 道（3-2)的连接处设有弧形停靠坡（4-5)。
7. -种长时间序列森林冠层结构参数的解算方法，其特征在于： 利用长时间序列森林冠层结构参数测量仪器得到轨道（3-2)上光强数据，测量方法 为；车体测量装置（2)的单片机（2-7)根据写入的测量点位经绅度信息、轨道角度，判断测 量位置阳光垂直照射轨道（3-2)方向的时间，沿轨道（3-2)运动并执行测量，利用光强模块 (2-13)收集光强数据，进而得到轨道（3-2)所在样线上的林下真实的光斑分布，将获得轨 道（3-2)上的光强值按阔值分为两组，大于阔值的光强对应测量点在光斑内，小于阔值的 光强对应测量点在叶片遮挡的阴影内，通过距离校正可W得到每一个记录光强点之间的距 离，从而可W得到每个光斑的长度； 根据空隙分布理论，当叶片随机分布情况下有：
其中F(A)表示林下大于A长的光斑概率分布，将垂直光线入射方向的面称为M面， Lp为聚集单元内叶片总面积在M面上的投影比聚集单元在M面的投影，W P为叶片在M面投 影的宽度； 利用贝尔定律描述光线透过林冠层的衰减，公式为： P (日）=exp [-G (日）Q eLe/cos (日）]式似， 其中P( e)为光线透过率，Qc为聚集度指数，Lc为叶面积指数，-G( 0 )为不同叶倾角 下林冠层的消光系数； 利用大光斑消除理论和式（2)得到聚集度指数0。的表达式为
其中Fm(0)表示林下光线透过林冠层的概率P( 0 )，Fmt(0)是叶片随机分布下林冠层的光线 透过率，Ag是大光斑消除的过程中测量样线的变化比例用，表示为Ag = Fm(0)-Fmt(0); 利用贝尔定律和测量的光斑概率分布得到公式：
，取光线透 过林冠层的消光系数G( 0 )为0. 5,得到叶面积指蠻
根据郁闭度指数的定义和大光斑消除法，郁闭度可W表达为1-[Fm (0)-Fmt (0)]。
8.根据权利要求7所述一种长时间序列森林冠层结构参数的解算方法，其特征在于： 所述阔值的确定方法为：利用测量仪器得到轨道3-2上的光强数据，将测得的光强数据按 某一界限分为两组，其中一组值均大于该界限值，另一组值均小于等于该界限值，求得两组 数据方差和，将界限值在最小光强到最大光强范围内由小到大改变，求根据不同界限值确 定的两组数据的方差和，对应最小的方差和的界限值即为阔值。
【专利摘要】一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器及其解算方法，它涉及冠层结构测量仪器及其解算方法。本发明的目的是为了解决现有森林冠层结构参数采集装置无法实现长时间序列的数据采集，采集数据误差大，现有的解算方法繁琐，解算结果误差率大的问题。本发明包括供电部分和测量部分，测量部分包括车体测量装置和导轨装置，导轨装置的一端设有停靠棚，供电系统通过停靠棚与车体测量装置建立电力传输连接，车体测量装置沿导轨运动，利用大光斑消除法、贝尔定律解算森林冠层参数的方法获得森林叶面积指数、聚集度指数、郁闭度参数。本发明的仪器可长期野外自动观测，取代人工野外重复测量，节省人力，减少人为误差。
【IPC分类】G01B11-28, G01B11-00
【公开号】CN104596421
【申请号】CN201510044077
【发明人】范文义, 温一博, 常颖, 李巍, 李明泽, 于宏洲
【申请人】东北林业大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月29日