植被冠层叶面积指数测量装置的制作方法

本发明涉及植被冠层参数测量的技术领域，尤其是涉及一种植被冠层叶面积指数测量装置。

背景技术：

树木、草地和农作物等植被冠层参数是林学和农学等领域中评价植物光合作用特征的主要参数，在科学研究和生产实践中具有重要意义。一般来说，叶空间分布、天顶角和太阳高度角是冠层分析的重要参数。叶空间分布通过计算集聚指数得到，进而可以减小从有效叶面积指数到实际叶面积指数的计算误差；天顶角指入射光线与法线的夹角，通常情况下，垂直于镜面光线的天顶角为0°；太阳高度角指太阳光线与地面水平面的夹角，正午时为90°。

为了对草地植被生长状况进行定量监测和评估，需要进行测量以准确获取草地冠层叶面积指数指标。目前，测量方法一般可以分为直接测量法和间接测量法两大类。

(1)直接测量法：主要有收割破坏性测量和利用扫描仪手工原位量测等方式。该方法的优点是测量结果较为准确，但缺点是测量过程费时费力，且测量过程对植被具有破坏性，难以满足大尺度、长时间序列的测量需求。

(2)间接测量方法：基于光学原理，以beer－lambert(朗伯一比尔)定律为理论基础，定量描述入射光在植被冠层中的衰减规律，并通过获取植被冠层截获的光能量来计算叶面积指数。利用该方法获取冠层间隙率等参数间接反演植被冠层叶面积指数的优点是简单方便，快速高效，在一定程度上提高了叶面积指数参数的获取效率。但是，在面对大区域、长时间序列的草地植被冠层叶面积指数测量时，还存在以下几项缺点：

1)时空代表性受样本数量和天气状况等因素的影响较大。测量前需要设计一套合理的采样方案，选择合适的时间，依靠人工到野外进行逐点测量。

2)人工携仪器测量时，不仅受草地草层高度的限制，而且受这些仪器对测量条件和环境的制约。测量精度和代表性往往受人为主观因素的影响较大。例如，为满足仪器测量条件要求，人为主观选取草地生长状况好，且草层高度较高的样方进行测量；

3)当草地较为稀疏低矮时，传统手持间接测量仪器无法持续有效地获取植被冠层间隙率等关键参数，严重影响和降低了草地冠层叶面积指数的计算结果和精度。

综上所述，现有技术中对植被冠层叶面积指数进行测量的过程中，存在测量效率较低，测量结果易受到干扰的技术问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种植被冠层叶面积指数测量装置，以缓解现有技术中对植被冠层叶面积指数进行测量的过程中，所存在的测量效率较低，测量结果易受到干扰的技术问题。

本发明提供的植被冠层叶面积指数测量装置包括：测量支架、第一光强度传感器和第二光强度传感器；

第一光强度传感器安装于测量支架的顶部，用于采集植被冠层顶部的阳光辐射强度；

第二光强度传感器设置于测量支架的底部，用于采集阳光透过植被冠层后的辐射强度。

进一步的，测量支架包括竖向杆和水平臂，水平臂的一端连接于竖向杆；第一光强度传感器安装于水平臂的顶面。

进一步的，测量支架包括盘状底座，竖向杆的底端可拆卸地连接于盘状底座。

进一步的，竖向杆的底部外壁设置有弹性凸起；盘状底座设置有与竖向杆的底部配合的连接孔；竖向杆伸入连接孔中，弹性凸起与连接孔的侧壁抵接。

进一步的，连接孔的内壁设置有防脱凹槽；竖向杆伸入连接孔中时，弹性凸起卡接于防脱凹槽中。

进一步的，竖向杆包括底杆、顶杆和锁紧件，底杆设置有与顶杆配合的滑动槽，滑动槽沿底杆的长度方向延伸；

顶杆伸入滑动槽中，可相对于底杆滑动；锁紧件，用于将顶杆和底杆锁紧。

进一步的，竖向杆的顶部安装有平衡调节装置，水平臂通过平衡调节装置与竖向杆连接；平衡调节装置，用于调节水平臂的平衡。

进一步的，平衡调节装置包括调节座和3个拨盘顶柱，调节座安装于竖向杆的顶部；3个拨盘顶柱分别与水平臂抵接，且可分别相对于调节座伸缩。

进一步的，本发明提供的植被冠层叶面积指数测量装置包括数据采集控制器，第一光强度传感器和第二光强度传感器均与数据采集控制器连接。

进一步的，本发明提供的植被冠层叶面积指数测量装置包括电池、光伏控制器和太阳能供电板，太阳能供电板通过光伏控制器与电池连接；第一光强度传感器、第二光强度传感器和数据采集控制器均与电池连接。

本发明提供的植被冠层叶面积指数测量装置，涉及植被冠层参数测量的技术领域。本发明提供的植被冠层叶面积指数测量装置包括：测量支架、第一光强度传感器和第二光强度传感器；第一光强度传感器安装于测量支架的顶部，用于采集植被冠层顶部的阳光辐射强度；第二光强度传感器设置于测量支架的底部，用于采集阳光透过植被冠层后的辐射强度。使用本发明提供的装置来测量草地冠层叶面积指数，将测量支架固定到待测区域，测量支架从冠层的下方延伸至上方，从而使第一光强度传感器位于冠层的上方，第二光强度传感器位于冠层的下方。第一光强度传感器测得冠层顶部的阳光辐射强度值，第二光强度传感器测得冠层底部的阳光辐射强度值，进而可以得到冠层间隙率值；在一天中多次测量，可以得到冠层叶面积指数。

本发明提供的装置，将第一光强度传感器和第二光强度传感器分别设置到冠层的顶部和底部，实现在同一时刻对冠层顶部和底部的阳光辐射强度进行同时测量，从而得到该测量时刻的准确的冠层间隙率值。

本发明提供的装置由操作人员安装到待测区域后，可进行长时间序列的多次测量，省去了操作人员反复多次在植被的待测区域进行安装操作。这样，一方面减少了操作人员的工作量，提高了测量效率。另一方面，减少了在待测区域进行多次安装操作对植被造成的破坏和影响，从而减小了人工操作对测量结果的干扰，有利于提高测量结果的精度。

综上所述，通过本发明提供的植被冠层叶面积指数测量装置，缓解了现有技术中对植被冠层叶面积指数进行测量的过程中，所存在的测量效率较低，测量结果易受到干扰的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的植被冠层叶面积指数测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的植被冠层叶面积指数测量装置中的竖向杆的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的植被冠层叶面积指数测量装置中的数据采集控制器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的植被冠层叶面积指数测量装置中的光伏控制器的结构示意图。

图标：011-第一光强度传感器；012-第二光强度传感器；02-水平臂；03-竖向杆；031-底杆；032-顶杆；033-锁紧件；04-数据采集控制器；041-数据接口；051-光伏控制器；052-太阳能供电板；061-弹性凸起；062-弹簧；071-圆形筒；072-拨盘顶柱；08-垂向气泡；09-盘状底座。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的植被冠层叶面积指数测量装置包括：测量支架、第一光强度传感器011和第二光强度传感器012；第一光强度传感器011安装于测量支架的顶部，用于采集植被冠层顶部的阳光辐射强度；第二光强度传感器012设置于测量支架的底部，用于采集阳光透过植被冠层后的辐射强度。

具体地，使用本发明实施例提供的装置来测量草地冠层叶面积指数，将测量支架固定到待测区域，测量支架从冠层的下方延伸至上方，从而使第一光强度传感器011位于冠层的上方，第二光强度传感器012位于冠层的下方。第一光强度传感器011测得冠层顶部的阳光辐射强度值，第二光强度传感器012测得冠层底部的阳光辐射强度值，进而可以得到冠层间隙率值；在一天中多次测量，可以得到冠层叶面积指数。

本发明实施例提供的装置，将第一光强度传感器011和第二光强度传感器012分别设置到冠层的顶部和底部，实现在同一时刻对冠层顶部和底部的阳光辐射强度进行同时测量，从而得到该测量时刻的准确的冠层间隙率值。

本发明实施例提供的装置由操作人员安装到待测区域后，可进行长时间序列的多次测量，省去了操作人员反复多次在植被的待测区域进行安装操作。这样，一方面减少了操作人员的工作量，提高了测量效率。另一方面，减少了在待测区域进行多次安装操作对植被造成的破坏和影响，从而减小了人工操作对测量结果的干扰，有利于提高测量结果的精度。

在晴空状态下进行测量，在天顶角为θ时，第一光强度传感器011测得冠层顶部天顶角为θ时的阳光辐射强度值q0，第二光强度传感器012测得天顶角为θ时冠层底部的阳光辐射强度值q1，通过公式一可计算得到天顶角为θ时冠层间隙率，

公式一中，p(θ)为天顶角为θ时冠层间隙率。

天顶角表示太阳光线在测量区域的角度，由测量区域的位置、日期和时间确定，在一天中随时间变化。根据测量区域的经纬度、测量时刻的日期和时间，可以得到测量时刻的天顶角θ；天顶角θ的大小范围为0-π/2。

使用本发明实施例提供的装置进行多次测量，得到多个不同天顶角下的冠层间隙率，并通过公式二可计算得到，

公式二中，lai为冠层叶面积指数。

使用本发明实施例提供的装置实施测量，不需操作人员手持测量仪器进入植被中，方便进行多次测量和长时间序列的测量，提高测量的频率，以使得到的冠层叶面积指数的精度更高。便于获得更大的数据量，从而便于操作人员进行分析，以剔除其中误差较大的测量值，避免天气状况的人为主观因素引入的测量误差。

将本发明实施例提供的装置安装到待测区域后，后期对装置的操作较小，这样，随着植被的生长，首次安装时对植被造成的干扰逐渐消失，使得测量的结果更能准确反映植被的实际情况。

进一步的，请参照图1和图3，本发明实施例提供的植被冠层叶面积指数测量装置包括数据采集控制器04，第一光强度传感器011和第二光强度传感器012均与数据采集控制器04连接。数据采集控制器04安装于测量支架。

具体地，第一光强度传感器011和第二光强度传感器012分别接收光照，并转换成电信号，并将电信号传递给数据采集控制器04。

数据采集控制器04控制第一光强度传感器011和第二光强度传感器012开启或者停止测量，以及控制测量的频率。

在一些实施例中，第一光强度传感器011和第二光强度传感器012分别通过数据线与数据采集控制器04进行连接。

在一些实施例中，测量支架上设置有用于分别与第一光强度传感器011和第二光强度传感器012连接的数据接口041；两个数据接口041分别通过数据线与数据采集控制器04连接。测量支架上设置有供数据线穿设的通道，该数据线在该通道中延伸，可减少户外雨水的影响，有利于本发明实施例提供的装置长时间稳定运行。

在一些实施例中，数据采集控制器04包括定位模块、时钟模块和存储模块。定位模块，用于记录测量区域的经纬度；时钟模块，用于记录每次测量时刻的时间；存储模块，用于将第一光强度传感器011和第二光强度传感器012每次的测量值，以及对应的测量时刻的时间和经纬度数据对应记录下来。

在一些实施例中，数据采集控制器04还包括通讯模块，通讯模块用于与外部设备进行通讯。

在一些实施例中，通讯模块包括gprs模块。

数据采集控制器04通过通讯模块，将测量数据远程传递给外部设备，便于操作人员远程获取测量数据，提高了测量的效率；并且便于及时对测量数据进行备份，避免数据丢失。

操作人员可向数据采集控制器04远程发送指令，对测量的开启、停止和测量的频率进行远程控制。

本发明实施例提供的植被冠层叶面积指数测量装置具有快速、便捷和实时监测与评估的优点。通过数据采集控制器04设定测量频率后，可以实现持续测量。而且，安装完成后，在无人值守状态下进行自动测量，有效减少人工测量误差，并且缩减了所需操作人员的数量，测量效率更高。

在一些实施例中，第一光强度传感器011和第二光强度传感器012分别包括光-数字转换器、实时时钟模块、串口通信模块、供电模块和仪器工作状态指示模块，具有光强度数据采集、时间记录和工作状态led显示功能。

在一些实施例中，数据采集控制器04包括gprs通信模块、实时时钟模块、微处理器和数据存储模块，负责对第一光强度传感器011和第二光强度传感器012的通讯和控制，具有数据通信、微处理运算和数据存储功能。

在一些实施例中，数据采集控制器04中内置时钟计算器，以标定匹配第一光强度传感器011和第二光强度传感器012的测量值与测量时间。

进一步的，测量支架包括竖向杆03和水平臂02，水平臂02的一端连接于竖向杆03；第一光强度传感器011安装于水平臂02的顶面。

具体地，请参照图1和图2，数据采集控制器04安装于竖向杆03的侧壁。竖向杆03的底部设置有用于与第二光强度传感器012连接的数据接口041，第二光强度传感器012通过数据线与该数据接口041连接。

将竖向杆03的底端固定于待测区域的地面，第一光强度传感器011安装于水平臂02。这样，便于第一光强度传感器011和第二光强度传感器012分别接收冠层顶部和底部的阳光，并且减小两者之间的相互干扰。

进一步的，测量支架包括盘状底座09，竖向杆03的底端可拆卸地连接于盘状底座09。

具体地，将盘状底座09放置到待测区域，竖向杆03连接到盘状底座09上，使竖向杆03的位置更加稳固，减少发生偏移。竖向杆03与盘状底座09之间可拆卸，便于单人携带搬运，方便安装时进行组装。并且，通过盘状底座09，可避免竖向杆03插入待测区域的地面中，减少实施测量对植被的干扰。

在一些实施例中，盘状底座09设置为实心圆盘，以提高安装在待测区域的位置稳定性。

进一步的，竖向杆03的底部外壁设置有弹性凸起061；盘状底座09设置有与竖向杆03的底部配合的连接孔；竖向杆03伸入连接孔中，弹性凸起061与连接孔的侧壁抵接。

具体地，请参照图2，竖向杆03的底部设置有径向的通孔，两个弹性凸起061设置在该通孔中，两个弹性凸起061之间连接弹簧062，弹簧062驱动两个弹性凸起061分别伸出至竖向杆03的侧壁外。将竖向杆03安装到盘状底座09的连接孔中时，两个弹性凸起061之间的弹簧062受挤压压缩，弹性力驱动两个弹性凸起061与连接孔抵接，实现将竖向杆03与盘状底座09之间锁紧。

进一步的，连接孔的内壁设置有防脱凹槽；竖向杆03伸入连接孔中时，弹性凸起061卡接于防脱凹槽中。

具体地，将竖向杆03安装到盘状底座09的连接孔中时，两个弹性凸起061在弹簧062的弹性力驱动下，与防脱凹槽侧壁抵紧，使竖向杆03与盘状底座09之间连接更加牢固。

进一步的，竖向杆03包括底杆031、顶杆032和锁紧件033，底杆031设置有与顶杆032配合的滑动槽，滑动槽沿底杆031的长度方向延伸；顶杆032伸入滑动槽中，可相对于底杆031滑动；锁紧件033，用于将顶杆032和底杆031锁紧。

具体地，请参照图2，顶杆032相对于底杆031沿底杆031的长度方向移动，调节竖向杆03的整体长度，从而调节水平臂02的高度，便于本发明实施例提供的装置与不同高度的植被相适应，能够对一定范围内的任意高度的植被进行测量，减少了设备受地形和植被等因素的限制，使操作人员可以随机自由选择测试区域，减少人员主观因素的干扰，使测量结果更具有代表性。

在一些实施例中，锁紧件033包括螺钉，螺钉螺纹连接于底杆031，并伸入滑动槽中，与顶杆032的外壁抵接，已将顶杆032与底杆031之间锁紧。

进一步的，竖向杆03的顶部安装有平衡调节装置，水平臂02通过平衡调节装置与竖向杆03连接；平衡调节装置，用于调节水平臂02的平衡。

具体地，水平臂02的顶面设置为平面，以便于安装第一光强度传感器011。通过平衡调节装置，来使第一光强度传感器011的顶面平行于水平面，有利于第一光强度传感器011接收阳光，提高测量结果的精度。

进一步的，平衡调节装置包括调节座和3个拨盘顶柱072，调节座安装于竖向杆03的顶部；3个拨盘顶柱072分别与水平臂02抵接，且可分别相对于调节座伸缩。

具体地，请参照图2，调节座包括圆形筒071，圆形筒071的顶端设置有开口；3个拨盘顶柱072连接于圆形筒071的底部；圆形筒071固定于顶杆032。水平臂02的端部固定接有连接圆柱，连接圆柱的轴线垂直于水平臂02的长度方向。连接圆柱伸入圆形筒071中，实现将水平臂02安装于顶杆032。

3个拨盘顶柱072与连接圆柱的端面抵接，独立地调节各个拨盘顶柱072伸出的长度，以推动连接圆柱翻转，可以使水平臂02的顶面的倾斜角度进行调节。

在一些实施例中，拨盘顶柱072为螺栓，螺栓螺纹连接于圆形筒071的底壁，转动拨盘顶柱072，以使拨盘顶柱072相对于圆形筒071伸缩。

在一些实施例中，竖向杆03上设置有垂向气泡08，以便于调节竖向杆03沿竖直方向。

进一步的，本发明实施例提供的植被冠层叶面积指数测量装置包括电池、光伏控制器051和太阳能供电板052，太阳能供电板052通过光伏控制器051与电池连接；第一光强度传感器011、第二光强度传感器012和数据采集控制器04均与电池连接。

具体地，请参照图1和图4，将本发明实施例提供的装置设置于待测区域，太阳能供电板052接收阳光，产生电能，并经过光伏控制器051，将电能储存于电池中，从而为第一光强度传感器011、第二光强度传感器012和数据采集控制器04长时间稳定工作提供电能。

通过光伏控制器051和太阳能供电板052在户外持续产生电能，延长了本发明实施例提供的装置的续航时间，从而减少操作人员更换电池的操作，减少人工操作对植被和测量的干扰，使本发明实施例提供的装置能够长时间的自动连续测量，有助于提高测量精度。

最后应说明的是：本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。而这些修改、替换或者组合，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。