植物根系水平分布模型构建方法及装置与流程

本发明涉及植物根系检测技术领域，特别涉及一种植物根系水平分布模型构建方法及装置。

背景技术：

植物根系具有养分以及水分的吸收、传输和存储的功能，同时还具有固定和支撑植物体的重要生理功能，在生态系统的生物地球化学循环中扮演着重要角色。对于生长在输气管道上方的植物来说，在生长的过程中，植物根系很可能会对输气管道的防腐层进行破坏。我国从20世纪80年代初期开始关注输气管道防腐层的植物根系破坏问题，并于20世纪80年代中期先后发现多起70年代修建的输气管道出现芦苇根系刺透输气管道石油沥青防腐层的现象。

为了解决输气管道防腐层的植物根系破坏问题，一方面需要研发和应用新型防腐涂层，这从2000年后已经得到很大的改善；另一方面需要对输气管道埋藏坏境的植物根系进行预测，预测植物根系对管道的影响，以便提前做好防护措施。由于植物根系生长于土壤中，属于“黑箱”介质，无法用肉眼进行观察，而且植物根系生长分布的偶然性、不可预知性给研究带来很大的不便，导致无法正确评估植物根系对管道的危害，因此，亟需一种植物根系水平分布模型构建方法，以便构建植物根系在水平方向的分布模型，了解输气管道上方生长的植物根系在水平方向上的分布情况，对植物根系的生长进行预测。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种植物根系垂直分布模型构建方法及装置。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种植物根系水平分布模型构建方法，所述方法包括：

周期性读取预设数目个微根管的图像数据，所述微根管埋设在壕沟中，所述壕沟处于待测目标植物周围的目标位置；

基于所述图像数据，确定所述待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数；

基于所述生长参数，生成所述待测目标植物的根系生物量在所述至少一个水平距离中的水平分布；

基于多个函数关系，对所述根系生物量在所述至少一个水平距离中的水平分布进行模型拟合，得到所述多个函数关系的拟合精度；

在所述多个函数关系中确定目标函数关系，将所述目标函数关系作为所述待测目标植物的植物根系水平分布模型，所述目标函数关系的拟合精度大于精度标准。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过周期性读取预设数目个微根管的图像数据，基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数，并基于生长参数，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布，使得可以基于多个函数关系，对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行拟合，将拟合精度大于精度标准的目标函数作为待测目标植物的植物根系水平分布模型，以便了解输气管道上方生长的植物根系在水平方向上的分布情况，实现对植物根系生长的预测，提前做好输气管道的防护措施，避免植物根系对输气管道的破坏。

在另一个实施例中，所述周期性读取预设数目个微根管的图像数据之前，所述方法还包括：

选取待测目标植物，在所述待测目标植物周围的目标位置挖掘壕沟；

根据埋设规则，在所述壕沟内埋设预设数目个微根管。

在另一个实施例中，所述选取待测目标植物，在所述待测目标植物周围的目标位置挖掘壕沟包括：

选取靠近输气管道的待测目标植物；

在所述待测目标植物靠近所述输气管道侧，确定距离所述待测目标植物预设距离的所述目标位置；

在所述目标位置挖掘所述壕沟，所述壕沟长2米，宽1-1.5米，深1.5-2.0m。

在另一个实施例中，所述根据埋设规则，在所述壕沟内埋设预设数目个微根管包括：

对于所述预设数目个微根管中的每个微根管，将所述微根管与水平面成60度角斜插于所述壕沟内；

将所述微根管上方20厘米露于地面；

按照原来土壤层次将土壤填回所述壕沟内。

在另一个实施例中，所述基于所述图像数据，确定所述待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数包括：

基于图像分析软件，对所述图像数据进行数据提取，得到所述待测目标植物在所述至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目；

将所述待测目标植物在所述至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目作为所述待测目标植物的生长参数。

在另一个实施例中，所述基于所述生长参数，生成所述待测目标植物的根系生物量在所述至少一个水平距离中的水平分布包括：

基于所述生长参数，确定所述待测目标植物在所述至少一个水平距离中的根系直径、根系根长以及组织密度；

对于所述至少一个水平距离中的每个水平距离，根据所述待测目标植物的根系直径、根系根长以及组织密度，计算得到所述水平距离的所述待测目标植物的根系干重；

将所述根系干重作为所述待测目标植物在所述水平距离的根系生物量；

基于所述至少一个水平距离的根系生物量，生成所述待测目标植物的根系生物量在所述至少一个水平距离中的水平分布。

在另一个实施例中，所述在所述多个函数关系中确定目标函数关系包括：

分别将所述多个函数关系的拟合精度与所述精度标准进行比对；

确定所述多个函数关系中拟合精度大于所述精度标准的所述目标函数关系。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种植物根系水平分布模型构建装置，所述装置包括：

读取模块，用于周期性读取预设数目个微根管的图像数据，所述微根管埋设在壕沟中，所述壕沟处于待测目标植物周围的目标位置；

参数确定模块，用于基于所述图像数据，确定所述待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数；

生成模块，用于基于所述生长参数，得出所述待测目标植物的根系生物量在所述至少一个水平距离中的水平分布；

拟合模块，用于基于多个函数关系，对所述根系生物量在所述至少一个水平距离中的水平分布进行模型拟合，得到所述多个函数关系的拟合精度；

模型确定模块，用于在所述多个函数关系中确定目标函数关系，将所述目标函数关系作为所述待测目标植物的植物根系水平分布模型，所述目标函数关系的拟合精度大于精度标准。

在另一个实施例中，所述装置还包括：

选取模块，用于选取待测目标植物，在所述待测目标植物周围的目标位置挖掘壕沟；

埋设模块，用于根据埋设规则，在所述壕沟内埋设预设数目个微根管。

在另一个实施例中，所述选取模块，用于选取靠近输气管道的待测目标植物；在所述待测目标植物靠近所述输气管道侧，确定距离所述待测目标植物预设距离的所述目标位置；在所述目标位置挖掘所述壕沟，所述壕沟长2米，宽1-1.5米，深1.5-2.0m。

在另一个实施例中，所述埋设模块，用于对于所述预设数目个微根管中的每个微根管，将所述微根管与水平面成60度角斜插于所述壕沟内；将所述微根管上方20厘米露于地面；按照原来土壤层次将土壤填回所述壕沟内。

在另一个实施例中，所述参数确定模块，用于基于图像分析软件，对所述图像数据进行数据提取，得到所述待测目标植物在所述至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目；将所述待测目标植物在所述至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目作为所述待测目标植物的生长参数。

在另一个实施例中，所述生成模块，用于基于所述生长参数，确定所述待测目标植物在所述至少一个水平距离中的根系直径、根系根长以及组织密度；对于所述至少一个水平距离中的每个水平距离，根据所述待测目标植物的根系直径、根系根长以及组织密度，计算得到所述水平距离的所述待测目标植物的根系干重；将所述根系干重作为所述待测目标植物在所述水平距离的根系生物量；基于所述至少一个水平距离的根系生物量，生成所述待测目标植物的根系生物量在所述至少一个水平距离中的水平分布。

在另一个实施例中，所述模型确定模块，用于分别将所述多个函数关系的拟合精度与所述精度标准进行比对；确定所述多个函数关系中拟合精度大于所述精度标准的所述目标函数关系。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过周期性读取预设数目个微根管的图像数据，基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数，并基于生长参数，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布，使得可以基于多个函数关系，对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行拟合，将拟合精度大于精度标准的目标函数作为待测目标植物的植物根系水平分布模型，以便了解输气管道上方生长的植物根系在水平方向上的分布情况，实现对植物根系生长的预测，提前做好输气管道的防护措施，避免植物根系对输气管道的破坏。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的流程图；

图2a是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的流程图；

图2b是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的示意图；

图2c是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的示意图；

图2d是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的示意图；

图2e是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的示意图；

图2f是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的示意图；

图3a是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建装置的框图；

图3b是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建装置的框图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建装置400的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤。

在步骤101中，周期性读取预设数目个微根管的图像数据，微根管埋设在壕沟中，壕沟处于待测目标植物周围的目标位置。

在步骤102中，基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数。

在步骤103中，基于生长参数，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布。

在步骤104中，基于多个函数关系，对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行模型拟合，得到多个函数关系的拟合精度。

在步骤105中，在多个函数关系中确定目标函数关系，将目标函数关系作为待测目标植物的植物根系水平分布模型，目标函数关系的拟合精度大于精度标准。

本发明实施例提供的方法，通过周期性读取预设数目个微根管的图像数据，基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数，并基于生长参数，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布，使得可以基于多个函数关系，对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行拟合，将拟合精度大于精度标准的目标函数作为待测目标植物的植物根系水平分布模型，以便了解输气管道上方生长的植物根系在水平方向上的分布情况，实现对植物根系生长的预测，提前做好输气管道的防护措施，避免植物根系对输气管道的破坏。

在另一个实施例中，周期性读取预设数目个微根管的图像数据之前，方法还包括：

选取待测目标植物，在待测目标植物周围的目标位置挖掘壕沟；

根据埋设规则，在壕沟内埋设预设数目个微根管。

在另一个实施例中，选取待测目标植物，在待测目标植物周围的目标位置挖掘壕沟包括：

选取靠近输气管道的待测目标植物；

在待测目标植物靠近输气管道侧，确定距离待测目标植物预设距离的目标位置；

在目标位置挖掘壕沟，壕沟长2米，宽1-1.5米，深1.5-2.0m。

在另一个实施例中，根据埋设规则，在壕沟内埋设预设数目个微根管包括：

对于预设数目个微根管中的每个微根管，将微根管与水平面成60度角斜插于壕沟内；

将微根管上方20厘米露于地面；

按照原来土壤层次将土壤填回壕沟内。

在另一个实施例中，基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数包括：

基于图像分析软件，对图像数据进行数据提取，得到待测目标植物在至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目；

将待测目标植物在至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目作为待测目标植物的生长参数。

在另一个实施例中，基于生长参数，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布包括：

基于生长参数，确定待测目标植物在至少一个水平距离中的根系直径、根系根长以及组织密度；

对于至少一个水平距离中的每个水平距离，根据待测目标植物的根系直径、根系根长以及组织密度，计算得到水平距离的待测目标植物的根系干重；

将根系干重作为待测目标植物在水平距离的根系生物量；

基于至少一个水平距离的根系生物量，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布。

在另一个实施例中，在多个函数关系中确定目标函数关系包括：

分别将多个函数关系的拟合精度与精度标准进行比对；

确定多个函数关系中拟合精度大于精度标准的目标函数关系。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

图2a是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建方法的流程图，如图2a所示，该方法包括以下步骤。

在步骤201中，选取待测目标植物，在待测目标植物周围的目标位置挖掘壕沟。

在本发明实施例中，由于输气管道上方的植物在生长的过程中，很有可能对输气管道造成破坏，因此，需要在输气管道周围选取靠近输气管道的植物作为待测目标植物，以便在待测目标植物与输气管道之间挖掘壕沟，基于壕沟获取待测目标植物在生长过程中的生长参数，使得在后续可以构建待测植物的植物根系在水平方向的分布模型，对待测植物的植物根系在水平方向上的生长进行预测。

在选取待测目标植物时，根据不同地区的植物类型，可以选取不同类型的植物作为待测目标植物。例如，对于川渝地区来说，其中生长的植物多为香樟、黄葛树、杉木、马尾松以及楠竹5种植物，且根据经验，上述5中植物对输气管道的影响较大，因此，可将上述5中植物中的一种或多种作为待测目标植物。需要说明的是，本案对选取的待测目标植物的类型及数目不进行具体限定。

在确定待测目标植物后，由于需要确定待测目标植物对输气管道的影响，因此，需要在待测目标植物靠近输气管道侧，确定目标位置，以便在目标位置挖掘壕沟，将微根管插入壕沟，获取待测植物的在生长过程中的生长参数。其中，目标位置为在待测目标植物靠近输气管道侧，距离待测目标植物预设距离的位置。预设距离可由人为进行设置，例如，可为在待测目标植物靠近输气管道侧，距离待测目标植物1米的位置。

在确定目标位置后，便可在目标位置挖掘壕沟，以便后续在壕沟中埋设微根管，对待测植物的根系生长进行检测。其中，在挖掘壕沟时，可以根据目前所在位置的坏境、土壤的构成以及待测目标植物的属性确定壕沟的尺寸。例如，对于川渝地区来说，根据经验，在挖掘壕沟时，一般壕沟长2米，宽1-1.5米，深1.5-2.0m。需要说明的是，在挖掘的过程中，需要注意保护待测目标植物的植物根系，避免植物根系被挖断。为了后续在构建待测目标植物的植物根系水平分布模型时，可以更加贴近待测目标植物的植物根系的生长状态，可在完成壕沟的挖掘后，使用高分辨率数码相机拍摄壕沟的剖面图，使得可以在图中识别出待测目标植物的植物根系的水平分布特征以及生长状况，以便在构建待测目标植物的植物根系水平分布模型时，可以将植物根系的水平分布特征以及生长状况作为参考。

在步骤202中，根据埋设规则，在壕沟内埋设预设数目个微根管。

在本发明实施例中，微根管为采集待测目标植物生长过程中图像数据的介质，可为外径7.2厘米，内径6.4厘米，长度200厘米的透明圆形管。微根管的材质可为醋酸丁醋-纤维素，本发明对微根管的尺度及材质不进行具体限定。

微根管的埋设规则以及预设数目可由人为进行设置，一般来说，预设数目可为4，埋设规则可为分别在壕沟中距离待测目标植物0.5米、1.0米、1.5米以及2.0米处埋设4根微根管，在埋设微根管时，将微根管与水平面成60度角斜插于壕沟中，微根管上部20cm露于地面，并按照原来土壤层次将土壤填回所述壕沟内，将土壤压实，完成对微根管的埋设。

需要说明的是，在完成对微根管的埋设后，为了防止诸如阳光、雨水等自然因素对微根管进行作用，使得对待测目标植物的植物根系的生长造成影响，因此，需要对微根管进行防光防水处理。其中，在对微根管进行防光防水处理时，可以先将微根管露于地面的部分用黑色胶带缠绕，避免阳光透过微根管照射到植物根系；随后，再用浅色胶带对微根管的管口进行覆盖，并在覆盖后的管口上加盖，使得微根管为密封的状态，避免雨水等渗入微根管。

在完成埋设预设数目个微根管后，需要在微根管露出地面部分的管壁上进行划线标记，以便保证在后续基于微根管获取植物根系的图像数据时，采集设备可以在微根管的同一位置下放，使得每根微根管每次采集到的图像数据均为植物根系同一位置的数据，确保了实验的精确度。需要说明的是，为了采集到植物根系在不同水平距离的图像数据，每根微根管上的划线标记可在微根管上的不同的位置。

另外，在对微根管进行防光防水处理后，为了增加微根管的使用寿命，避免微根管遭到人畜的破坏，可将微根管露出地面的部分涂成白色，防止微根管由于吸热造成管壁炸裂；同时，还可以将微根管露出地面的部分用枯落物覆盖，避免微根管暴露在外部被破坏。

在步骤203中，周期性读取预设数目个微根管的图像数据。

在本发明实施例中，每隔预设周期，需要便对预设数目个微根管中每个微根管的图像数据进行读取。其中，预设周期可由人为进行设置，一般来说，可以每隔一个月读取一次，本发明实施例对此不进行具体限定。

在读取微根管的图像数据时，可以采用360度多层次旋转光电耦合图像检测仪ci-600rootscanner(微根管袖珍影像成像系统)对植物根系同一位置的土壤、根系剖面图像进行不变形的线性数据获取，这样，可以避免再次挖掘壕沟对植物根系的根系剖面图像进行采集，使得可以直接基于微根管，非破坏性的检测土壤中植物根系的生长动态。

需要说明的是，若采用上述360度多层次旋转光电耦合图像检测仪ci-600rootscanner对植物根系的图像数据进行采集，则为了后续方便获取生长参数，可以采集21.56厘米*19.56厘米的高分辨率图像作为图像数据，并将图像数据进行分析处理。其中，本发明实施例对采集到的图像数据的属性不进行具体限定。

在步骤204中，基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数。

在本发明实施例中，当获取到植物根系的图像数据后，可以基于图像分析软件，确定待测目标植物的植物根系在至少一个水平距离的生长参数。其中，图像分析软件可为winhizotronmf2012(根系分析软件)，生长参数可为待测目标植物在至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目。

需要说明的是，为了拟合植物根系生长的轨迹，监测植物根系随着时间产生的变化，还可将同一微根管在不同月份采集到的图像数据按照时间顺序进行拼接，使得植物根系的生长过程更加清晰明了，便于研究。

在步骤205中，基于生长参数，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布。

在本发明实施例中，由于在步骤204中，可以在图像数据中获取根系直径、根系根长以及体积，因此，可以根据根系直径、根系根长以及体积计算得到植物根系的组织密度。在确定植物根系的组织密度后，为了确定植物根系在不同水平距离中的根系生物量，需要对植物根系的根系干重进行计算。需要说明的是，由于不同的软件在对图像数据中获取到的生长参数可能存在不同，因此，根据获取到的不同生长参数，可以采用下述三个公式中的任一公式确定植物根系在当前水平距离中的根系干重。

公式1：m＝ad2lp

其中，在公式1中，m为根系干重，a为特定参数，d为根系直径，l为根系根长，p为组织密度。

公式2：m＝bp

其中，在公式2中，m为根系干重，b为特定参数，p为组织密度。

公式3：m＝cd2l

其中，在公式3中，m为根系干重，c为特定参数，d为根系直径，l为根系根长。

对于至少一个水平距离中的每个水平距离来说，通过上述三个公式中的任一公式，均可计算得到在该水平距离，待测目标植物的植物根系的根系干重，并在确定植物根系的根系干重后，将根系干重作为待测目标植物在该水平距离的根系生物量。随后，依次类推，分别计算植物根系在至少一个水平距离的根系生物量，根据至少一个水平距离的根系生物量，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布。

在步骤206中，基于多个函数关系，对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行模型拟合，得到多个函数关系的拟合精度。

在本发明实施例中，当确定根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布时，可基于多个函数关系，对水平距离与根系生物量之间的数量关系进行拟合，以便确定水平距离与根系生物量之间的函数关系。其中，多个函数关系可由人为进行设定。根据经验，一般来说，多个函数关系可以包括线性模块、对数模块、多项式模块、指数模块以及幂函数模块。

这样，在对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行模型拟合时，分别基于多个函数关系中的每个函数关系进行拟合，得到每个函数关系的拟合精度，以便在后续根据拟合精度确定将哪个函数关系作为待测目标植物的植物根系水平分布模型。其中，可以应用origin9.0(数据分析软件)对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行模型拟合，得到每个函数关系的拟合精度，本发明实施例对进行模型拟合的方式不进行具体限定。

在步骤207中，分别将多个函数关系的拟合精度与精度标准进行比对，确定多个函数关系中拟合精度大于精度标准的目标函数关系，将目标函数关系作为待测目标植物的植物根系水平分布模型。

在本发明实施例中，拟合精度用于确定与待测目标植物的植物根系生长状况最为贴切的目标函数关系，根据经验，拟合精度一般为0.8；目标函数关系为拟合精度大于精度标准的函数关系。当确定多个函数关系的拟合精度后，将多个函数关系的拟合精度与精度标准进行比对，以便确定与根系生物量随水平距离变化过程最为贴切的目标函数关系。

对于多个函数关系中的任一函数关系来说，若该函数关系的拟合精度低于精度标准，则表示该函数关系与根系生物量随水平距离变化过程相差较大，无法较为准确的表示根系生物量随水平距离变化，因此，该函数关系无法作为待测目标植物的植物根系水平分布模型；若该函数关系的拟合精度高于精度标准，则表示该函数关系与根系生物量随水平距离变化过程较为一致，可以较为精确的标识根系生物量随水平距离变化，因此，该函数关系可以作为待测目标植物的植物根系水平分布模型。需要说明的是，若存在多个拟合精度大于精度标准的目标函数关系，则确定多个拟合精度中最大的拟合精度对应的目标函数作为待测目标植物的植物根系水平分布模型，保证植物根系水平分布模型与植物根系的生长情况最为贴切。

基于上述实施例提供的方法，发明人经过基于winhizotronmf2012以及origin9.0，对川渝地区的香樟、黄葛树、杉木、马尾松以及楠竹5种植物进行实验得到以下实验结果：

参见表1，实验中分别获取了香樟、黄葛树、杉木、马尾松以及楠竹分别在0-1m水平距离、1-2m水平距离、2-3m水平距离、3-4m水平距离、4-5m水平距离、5-6m水平距离、6-7m水平距离、7-8m水平距离及8-9m水平距离的根系生物量。

表1

根据上述表1中的数据，可以获取图2b所示的川渝地区香樟植物根系的水平分布模型：y＝-0.03x2+0.13x+1.23r2＝0.94；图2c所示的川渝地区黄葛树植物根系的水平分布模型：y＝-0.03x2+0.12x+1.41r2＝0.95；图2d所示的川渝地区杉木植物根系的水平分布模型：y＝0.14x2-1.38x+3.92r2＝0.95；图2e所示的川渝地区马尾松植物根系的水平分布模型：y＝-0.02x2-0.27x+2.61r2＝0.98以及图2f所示的川渝地区楠竹植物根系的水平分布模型：y＝0.02x2-0.23x+1.57r2＝0.80。本发明实施例提供的方法，通过周期性读取预设数目个微根管的图像数据，基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数，并基于生长参数，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布，使得可以基于多个函数关系，对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行拟合，将拟合精度大于精度标准的目标函数作为待测目标植物的植物根系水平分布模型，以便了解输气管道上方生长的植物根系在水平方向上的分布情况，实现对植物根系生长的预测，提前做好输气管道的防护措施，避免植物根系对输气管道的破坏。

图3a是根据一示例性实施例示出的一种植物根系水平分布模型构建装置的框图。参照图3a，该装置包括读取模块301，参数确定模块302，生成模块303，拟合模块304和模型确定模块305。

该读取模块301，用于周期性读取预设数目个微根管的图像数据，微根管埋设在壕沟中，壕沟处于待测目标植物周围的目标位置；

该参数确定模块302，用于基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数；

该生成模块303，用于基于生长参数，得出待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布；

该拟合模块304，用于基于多个函数关系，对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行模型拟合，得到多个函数关系的拟合精度；

该模型确定模块305，用于在多个函数关系中确定目标函数关系，将目标函数关系作为待测目标植物的植物根系水平分布模型，目标函数关系的拟合精度大于精度标准。

本发明实施例提供的装置，通过周期性读取预设数目个微根管的图像数据，基于图像数据，确定待测目标植物在至少一个水平距离的生长参数，并基于生长参数，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布，使得可以基于多个函数关系，对根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布进行拟合，将拟合精度大于精度标准的目标函数作为待测目标植物的植物根系水平分布模型，以便了解输气管道上方生长的植物根系在水平方向上的分布情况，实现对植物根系生长的预测，提前做好输气管道的防护措施，避免植物根系对输气管道的破坏。

在另一个实施例中，参见图3b，该装置还包括选取模块306和埋设模块307。

该选取模块306，用于选取待测目标植物，在待测目标植物周围的目标位置挖掘壕沟；

该埋设模块307，用于根据埋设规则，在壕沟内埋设预设数目个微根管。

在另一个实施例中，该选取模块306，用于选取靠近输气管道的待测目标植物；在待测目标植物靠近输气管道侧，确定距离待测目标植物预设距离的目标位置；在目标位置挖掘壕沟，壕沟长2米，宽1-1.5米，深1.5-2.0m。

在另一个实施例中，该埋设模块307，用于对于预设数目个微根管中的每个微根管，将微根管与水平面成60度角斜插于壕沟内；将微根管上方20厘米露于地面；按照原来土壤层次将土壤填回壕沟内。

在另一个实施例中，该参数确定模块305，用于基于图像分析软件，对图像数据进行数据提取，得到待测目标植物在至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目；将待测目标植物在至少一个水平距离中的根系根长、表面积、投影面积、体积、根系直径和根系数目作为待测目标植物的生长参数。

在另一个实施例中，该生成模块303，用于基于生长参数，确定待测目标植物在至少一个水平距离中的根系直径、根系根长以及组织密度；对于至少一个水平距离中的每个水平距离，根据待测目标植物的根系直径、根系根长以及组织密度，计算得到水平距离的待测目标植物的根系干重；将根系干重作为待测目标植物在水平距离的根系生物量；基于至少一个水平距离的根系生物量，生成待测目标植物的根系生物量在至少一个水平距离中的水平分布。

在另一个实施例中，该模型确定模块304，用于分别将多个函数关系的拟合精度与精度标准进行比对；确定多个函数关系中拟合精度大于精度标准的目标函数关系。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

图4是根据一示例性实施例示出的一种植物根系垂直分布模型构建装置400的框图。例如，装置400可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。

参照图4，装置400可以包括以下一个或多个组件：处理组件402，存储器404，电源组件406，多媒体组件408，音频组件410，i/o(input/output，输入/输出)的接口412，传感器组件414，以及通信组件416。

处理组件402通常控制装置400的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件402可以包括一个或多个处理器420来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件402可以包括一个或多个模块，便于处理组件402和其他组件之间的交互。例如，处理组件402可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件408和处理组件402之间的交互。

存储器404被配置为存储各种类型的数据以支持在装置400的操作。这些数据的示例包括用于在装置400上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器404可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如sram(staticrandomaccessmemory,静态随机存取存储器)，eeprom(electrically-erasableprogrammableread-onlymemory,电可擦除可编程只读存储器)，eprom(erasableprogrammablereadonlymemory,可擦除可编程只读存储器)，prom(programmableread-onlymemory,可编程只读存储器)，rom(read-onlymemory,只读存储器)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件406为装置400的各种组件提供电力。电源组件406可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置400生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件408包括在所述装置400和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括lcd(liquidcrystaldisplay，液晶显示器)和tp(touchpanel，触摸面板)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件408包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当装置400处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件410被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件410包括一个mic(microphone,麦克风)，当装置400处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器404或经由通信组件416发送。在一些实施例中，音频组件410还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

i/o接口412为处理组件402和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件414包括一个或多个传感器，用于为装置400提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件414可以检测到设备400的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如组件为装置400的显示器和小键盘，传感器组件414还可以检测装置400或装置400一个组件的位置改变，用户与装置400接触的存在或不存在，装置400方位或加速/减速和装置400的温度变化。传感器组件414可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件414还可以包括光传感器，如cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互补金属氧化物)或ccd(charge-coupleddevice，电荷耦合元件)图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件414还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件416被配置为便于装置400和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置400可以接入基于通信标准的无线网络，如wifi，2g或3g，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件416经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件416还包括nfc(nearfieldcommunication,近场通信)模块，以促进短程通信。例如，在nfc模块可基于rfid(radiofrequencyidentification,射频识别)技术，irda(infra-reddataassociation,红外数据协会)技术，uwb(ultrawideband,超宽带)技术，bt(bluetooth,蓝牙)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，装置400可以被一个或多个asic(applicationspecificintegratedcircuit,应用专用集成电路)、dsp(digitalsignalprocessor,数字信号处理器)、dspd(digitalsignalprocessordevice，数字信号处理设备)、pld(programmablelogicdevice,可编程逻辑器件)、fpga)(fieldprogrammablegatearray,现场可编程门阵列)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述植物根系垂直分布模型构建方法。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器404，上述指令可由装置400的处理器420执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是rom、ram(randomaccessmemory,随机存取存储器)、cd-rom(compactdiscread-onlymemory,光盘只读存储器)、磁带、软盘和光数据存储设备等。

一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由植物根系垂直分布模型构建装置的处理器执行时，使得植物根系垂直分布模型构建装置能够执行上述植物根系垂直分布模型构建方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。