[发明专利]用于测量植物在其自然环境中水化作用的光电子测量装置

说明书

本发明涉及估计和跟随植被水化状态的领域，更具体地说，涉及以光电子技术测量植物样品水状态的方法。

它旨在提出一种可以测量植物的含水量而不对其造成损害或破坏用的光电子装置，以及实时地估计和跟踪其水状态用的仪器。其目标同样在于提出一种使用所述装置和所述仪器的方法，特别是实时地监测广阔的植被的水化状态用的方法。

植被的含水量在生理调节机理和环境因素结合的作用下变化。这些变化直接和逐渐地对植物的生产水平和脆弱性施加影响。因而，掌握缺水的出现周期、强度和期限的知识，为干旱时期对农作物的作用预先准备，或者进一步估计森林、丛林或荒地地区火灾的危险，构成必不可少的步骤。此外，水化速率的测量是在预测方法中要考虑的重要参数，以便在缺水未达到临界之前对灌溉作业进行自动控制，或者例如，为了以这种缺水报警的形式发信号。当人们知道干旱是大量的森林火灾和农业生产巨大损失的基本原因时，便能权衡这些预测的重要性。

人们利用了不同的直接或间接的检测和跟踪方法。人们知道基于诸如空气和地面的温度、湿度、光线强度、降水或风等环境测量的外推值的传统的农业气象学传统的方法。最近，为了地图绘制和农业监测的目的，开发了遥感技术。今天，由于人造卫星信息成像和地理信息系统，这些技术提供快速而可靠地研究领土的可能性。但是，它们对该领土面积给出总的评价，然而不提供允许考虑植物的性质、土壤的类型、地形的关键点。此外，还很显然，在经济上只有在大规模，特别是为了达到领土整理的目标，展开这样的装置才是正当的。

因而，广泛利用一些比较适合点测量和更专门的测量方法。可以列举基于植物叶子电导测量的技术，诸如US 5 334 942或者FR 2 753 272。例如，FR 2 753272描述了一种借助于包括连接至电子电路的两个电极的传感器的叶子上液体存在的传感器。人们还从WO83/02326知道一种利用从待测材料内部的光源发射红外辐射的反散射的方法。出版物CA 960 308或JP 5 313 898描述通过微波吸收测量湿度的仪器。

在实验室中还使用一些光度方法。例如，JP2005 308 733描述一种评价水应力(stress hydrique)的方法，它包括从叶子和白小板反射和吸收的光强度差出发计算光谱反射率。人们提出了一些基于含水量对近红外的选择性吸收的解决方案。但是，为了获得令人满意的信噪比和精度，它们需要实施准直光学组件和/或比较复杂的集成系统。

一般说来，所有这些方法都有设备易碎或者实施测量时显得笨重不太适合实现野外测量的缺点。大部分都意味着每次测量都要破坏植物材料，这使之无法跟踪同质的材料，另外，还要求在大自然中无法再现的可控照明环境中进行。

因而，为了保证农业和森林资源的有效和持久的管理，提出一种就地直接和瞬间测量植被水化作用的系统，看来是一个重大的挑战。

本发明的目的是，提出一种对植物的水化速率进行直接的非破坏性和瞬间的测量用的装置及使用此装置的方法。本发明的另一个目的在于，提供一种活体和就地测量的装置，它不应该受到环境条件，特别是太阳光的影响。其目的还在于，提出一种允许连续地对植被水状态演变过程进行测量的跟踪方法。本发明的另一个目的是实时地获得关于一个或几个可能彼此远离的确定的植被区域的信息。本发明的另一个目标是，提出一种方法，其中测量是自动进行的，而且最好还对该装置和测量结果的处理进行控制。最后，该装置力求小型、坚固，特别是能够面对不利的，甚至恶劣的气候条件，在能量和数据处理上有自主能力，而且不太昂贵。

这些目标由于本发明的目标装置而得以实现，它包括集成的光学传感器，利用叶子在红外介质中的光学特性，提供有关叶子样品水化作用水平的瞬间的和准确的定量信息。事实上，透射光的部分与叶子中所含的水所吸收的部分相关，含水量越大，吸收部分就越大，透射部分越小，于是，测量变量明显与叶子含水量相关。从一个或几个合理地固定在自然空间中的遥控的传感器收集的这个信息，可以提供行为模型，并跟踪处于水约束中的植被，以便建立快捷而实用的预测。另外，这样的一个系统允许考虑当地的物理和气象条件。

于是，这带来对所识别的主要技术、运行和经济约束的有效响应。其新型特征带来一种测量方法，它保证可以不受一般是不利的环境条件，诸如周围照度或温度的影响，并在不破坏样品的情况下允许自动实现连续的测量。这还由于该装置是一个性能良好的、集成的、小型化的和便携式的野外仪器，成本相对较低。这些特征的结合有助于使对一个现场的样品进行连续测量成为可能，于是，开辟了一条从在现场固定安装并形成网络的一个或几个仪器出发，在空间和时间上进行跟踪的途径。