[发明专利]一种新型的叶面积指数仪及其叶面积指数测量方法

说明书

本发明公开了一种新型的叶面积指数仪及其叶面积指数测量方法，其中，所述叶面积指数仪包括鱼眼镜头、摄像模组、数据采集器、图像分析模块和供电模块；所述鱼眼镜头和摄像模组分别与数据采集器连接，所述数据采集器与图像分析模块通过GPRS通讯连接，所述供电模块为太阳能电池板，并与电池组连接。通过数据采集器控制鱼眼镜头和摄像模组，定时自动获取植物冠层的半球数字图像，再将图像通过GPRS网络发送到图像分析模块，本地端可以通过图像分析模块获取半球数字图像，利用相应的软件对图像进行分析，最终推算叶面积指数值。

技术领域

本发明涉及叶面积指数观测技术领域，尤其涉及一种新型的叶面积指数仪及其叶面积指数测量方法。

背景技术

植被是地球系统的关键组成部分，叶片是植被进行光合、呼吸、蒸腾等等生理过程的主要承载体。叶面积指数(Leaf Area Index，LAI)是表征叶片疏密程度和描述植被生长状态以及冠层结构的重要地表植被参数，通常被定义为单位土地表面积上的总叶表面积的一半。通过连续监测叶面积指数，可以快速衡量生态系统生产力和模拟群落生态过程演变，被广泛应用于生态系统研究。

目前，LAI测量方法主要分为直接法和间接法。直接法主要有凋落物收集法和破坏性取样法，均是通过比叶面积(Specific Leaf Area,SLA)来估算LAI。然而，直接法耗时耗力且难以重复，不能有效观察叶面积的时间动态变化特征。间接法往往采用基于辐射或图像的光学仪器自下而上测定LAI，如LAI-2200(LiCor Inc,Lincoln,Nebraska,USA)、TRAC(Tracing Radiation and Architecture of Canopies)等冠层分析仪，以及数码相机+鱼眼镜头的半球摄影法(Digital Hemispheral Photography，DHP)，以HemiView为代表。间接法的这几类测量仪器均由国外研究人员研发，价格比较昂贵。同时，实施以上的测量方法，均要求观测人员到现场进行实地操作，无法进行自动连续的观测，因而需花费更多的人力成本和时间。

事实上，在陆地生态系统中，特别是森林生态系统，具有复杂的结构和功能以及环境效应滞后等特点，采用短期调查或实验研究，难以确切地揭示其生物与生物之间、生物与环境之间的复杂关系，这就要求对同一观测点位开展长时间定位动态观测，连续采集数据，进而分析生态系统动态变化规律以及环境之间的相互作用和反馈机制。目前，市场上的LAI测量光学仪器均为便携式，虽操作简便，却不适合作为长期固定监测仪器使用，难以排除不同使用者因测量时间、高度、角度、方向以及测量点位的不一致等因素而导致的测量误差，不能很好地实现准确的定位观测，降低了观测数据的可比性。

现有基于图像的光学测量仪器，往往是应用半球摄影法，通过鱼眼镜头和数码相机获取冠层图像，基于比尔定律以及冠层空隙率与冠层结构相关原理在软件实现对冠层图像的分析工作，进而推算叶面积指数值，但在实际测量中也存在较多的限制。以HemiView为例，除以上所述不足之外，还存在相机电池容量有限问题，长时间测量需频繁更换电池，不能适用于大面积的固定样地监测。

综上所述，由于叶面积指数是研究陆地生态系统能量交换的关键参数，我国农林科学、遥感科学等方面的研究人员对测量仪器的需求较大，但现阶段仪器存在费用昂贵、难以长时间定位监测、无法实时传输数据、电池容量有限、费时费力且无法保证测量精度等不足，因此自行研发一套造价成本低、定时和定位观测的自动化叶面积指数测量仪器，对于打破外国垄断、满足国内市场需求及科学研究具有重大的意义。本发明将在图像测量的技术方案的基础上，进一步弥补以上的不足之处。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种新型的叶面积指数仪及其叶面积指数测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种新型的叶面积指数仪，包括鱼眼镜头、摄像模组、数据采集器、图像分析模块和供电模块；所述鱼眼镜头和摄像模组分别与数据采集器连接，所述数据采集器与图像分析模块通过GPRS通讯连接，所述供电模块为太阳能电池板，并与电池组连接。