专利名称：作物光截获总量实时计算方法
技术领域：
本发明涉及作物光合作用技术领域，特别涉及一种作物光截获总量实时计算方法。
背景技术：
采用精准农业模型定量化地研究农田物质循环与能量转化过程对指导精准农业实践具有重要意义。作物冠层光合有效辐射(PAR)分布的模拟是光合作用定量化模拟的关键。作物冠层PAR分布模拟主要分为太阳直射辐射模拟、天空散射辐射模拟以及冠层内部多次散射辐射的模拟三部分。太阳直射辐射模拟、天空散射辐射模拟结果的准确性直接关系到冠层内部多次散射辐射的计算以及最终结果的准确性，而实际上，一些研究已指出，第三部分的多重反射散射辐射计算相对直射辐射与散射辐射而言可忽略。作物冠层光合有效辐射的日截获总量表示作物冠层内各器官在一天的时间单位内所截获的总的光合有效辐射的总量，进一步与光合效率等参数结合可进行指定冠层的光合作用产量并进行进一步的农业生产分析。目前对作物冠层光合有效辐射的分析与模拟报道大多停留在光合有效辐射在冠层中分布模拟的准确性上，典型报道如:专利《基于虚拟植物的冠层对光合有效辐射截获能力分析方法》，该发明建立自然生长形的植物精细三维模型，并对其进行整型修剪，形成不同冠型的植物精细三维模型；采用天文参数计算法，得出冠顶辐射强度；分别采用光线跟踪算法和龟壳算法模拟冠层太阳直射PAR空间分布和天空散射PAR空间分布，计算每片叶的PAR值，得到不同时刻冠层PAR空间分布和平均PAR值；结合光合作用模型计算不同冠层的净光合速率；反复进行整型修剪，从日尺度的冠层平均PAR值、PAR空间分布和平均净光合速率分析冠层对PAR的截获能力。该方法有利于对植物冠型的科学合理性进行定量分析，进而实现科学合理地对植物进行整型修剪或株型设计。博士论文《玉米冠层光合有效辐射三维空间分布模型的构建与验证》给出了玉米冠层瞬时光合有效辐射的模拟方法，并根据模拟结果与实测数据对冠层内光分布进行了相关特征参数的分析。目前相关报道都是模拟某个时间点的作物冠层光合有效辐射分布情况，其并没有指出如何进行一段时间内作物冠层光合有效辐射按器官/植株/冠层为单位的光截获总量计算方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是:如何提供一种作物光截获量的计算方法，用来准确计算作物的冠层、作物器官等的光截获量。(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了作物光截获总量实时计算方法，其特征是，该方法包括以下步骤:S1:采集作物冠层形态数据并建立作物几何模型；S2:计算所述作物几何模型的面元的天空可见率；S3:在步骤S2的基础上计算所述面元的光强；S4:通过所述面元的光强计算设定时间段内作物的光截获总量。所述步骤S3具体为:S31:计算设定时刻作物外部的直射光和作物外部的散射光；S32:通过所述作物外部的直射光计算所述面元上的直射光；S33:通过所述作物外部的散射光和面元的天空可见率计算面元上的散射光；S34:通过所述面元上的直射光和面元上的散射光得到面元的光强。所述作物外部的直射光的计算公式为:
权利要求
1.作物光截获总量实时计算方法，其特征是，该方法包括以下步骤:S1:采集作物冠层形态数据并建立作物几何模型；52:计算所述作物几何模型的面元的天空可见率；53:在步骤S2的基础上计算所述面元的光强；54:通过所述面元的光强计算设定时间段内作物的光截获总量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤S3具体为:531:计算设定时刻作物外部的直射光和作物外部的散射光；532:通过所述作物外部的直射光计算所述面元上的直射光；533:通过所述作物外部的散射光和面元的天空可见率计算面元上的散射光；534:通过所述面元上的直射光和面元上的散射光得到面元的光强。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述作物外部的直射光的计算公式为:
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述作物外部的直射光的计算公式为:
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述面元上的直射光的计算公式为:
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述面元上的散射光的计算公式为:
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述面元的光强的计算公式为:
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述光截获总量的计算公式为:
全文摘要
本发明公开了作物光合作用技术领域中的一种作物光截获总量实时计算方法。本发明首先采集作物冠层数据并建立作物冠层几何模型；然后计算了作物冠层几何模型中面元的天空可见率；进而计算了面元的光强；最后通过所述面元的光强计算设定时间段内作物的光截获总量。本发明能够实时计算作物光截获总量；为农业研究者进一步对作物的研究工作提供便利。
文档编号G06F19/00GK103116694SQ20131001474
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者温维亮, 郭新宇, 肖伯祥, 杜建军, 郭小东 申请人:北京农业信息技术研究中心