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植物冠層數(shù)字圖像分析儀使用方法及原理介紹

更新時間:2018-06-05      點(diǎn)擊次數(shù):2043

    托普云農(nóng)000植物冠層數(shù)字圖像分析儀由LAI-2070控制器和LAI-2050傳感器兩部分構(gòu)成。LAI-2050傳感器主要的構(gòu)成部分包括:魚眼鏡頭:半球型市場(74°);反射鏡:反射魚眼鏡頭接收的光;濾光鏡:zui小化樹葉散射光的貢獻(xiàn);系列透鏡;硅光敏圓環(huán):從中心向外分為5個環(huán)形,張開的角度分別為7°、23°、38°、53°、68°;LAI-2070控制器包含了測量和計(jì)算結(jié)果必要的電子元件和64kB的文件存儲空間,以及一個可顯示兩個數(shù)據(jù)的液晶顯示屏控制器有5個接口,其中有2個LAI-2050傳感器接口(X,Y)、2個BNC接口(1,2)和1個與計(jì)算機(jī)通訊用的RS-232接口。LAI-2070控制器由6個電池驅(qū)動,可持續(xù)工作260小時。除此之外,000還有一系列的觀察帽,用于在一定情況下限制傳感器的視域。

    工具軟件:基于Windows平臺的FV2000軟件和基于DOS的1000-90和2000-90,用于從LAI-2070控制器下載、瀏覽、分析數(shù)據(jù),并計(jì)算結(jié)果。

000植物冠層數(shù)字圖像分析儀測量原理:

    當(dāng)光線透過植物冠層時,由于受到葉片和枝干的阻攔,輻射強(qiáng)度會迅速消減。根據(jù)其消減程度就可推算出植物的葉量。000便是依據(jù)此原理,通過測量植被冠層以上(A)和植被冠層以下(B)5個角度的透射光線,利用植被樹冠的輻射轉(zhuǎn)移模型, 計(jì)算LAI。000測量一次至少包括10個數(shù)據(jù):傳感器置于冠層上方的5個數(shù)據(jù)和傳感器置于冠層下方的5個數(shù)據(jù)。這兩組數(shù)據(jù)測量時,傳感器都要水平朝上放置。通過這兩組相應(yīng)數(shù)據(jù)相除就可計(jì)算出5個冠層透射率值。

000植物冠層數(shù)字圖像分析儀測量的假設(shè)條件:

    1 葉片不透光,且無反射:假設(shè)冠層下的讀值不包括任何葉片反射或透射的光線。LAI-2050探頭波長范圍320-490nm,過濾了波長大于490nm的光線。因?yàn)樵诘陀?90nm區(qū)域的光線受葉片反射及透射射作用zui小。這使得葉簇在天空背景下是黑色的,從而滿足了前題假設(shè)。

    2 葉片排列是隨機(jī)的:不同的冠層有不同的形狀,可能是條狀(條播作物)、橢圓體(單一植株)、巨大的正方體(草地)或者是有孔的大正方體(充滿林隙的落葉林)。在這些不同形狀的空間中葉片分布是隨機(jī)的。

    3 葉片面積相對每環(huán)的觀測范圍是很小的:即探頭與zui近葉片的距離應(yīng)至少為葉片寬度的4倍。

    4 葉片的位置分布是隨機(jī)的:不管葉片如何傾斜,只要所有葉片不是朝向同一角度即可。用廣視角進(jìn)行測量時這種假設(shè)基本是得到滿足的。

000植物冠層數(shù)字圖像分析儀測量時其他注意事項(xiàng);

    1 遮蓋帽的用途

    從傳感器的視野中去除太陽;從視野中去除操作者的影響;天空亮度不均勻;冠層內(nèi)有明顯的空隙;減小對測量樣地尺寸的需要;減小了森林內(nèi)必需的空地尺寸。

    2 斜坡的影響

    應(yīng)該使傳感器保持與斜坡相匹配,而不是實(shí)際的水平。

    3 樣地尺寸的影響

    如果樣地尺寸太小,要注意保證傳感器的視野范圍是冠層高度的3倍,可以采用去除第5個環(huán)的數(shù)據(jù)來解決這個問題,也可以采用觀察帽的方法。

    4 光線的需求

    直射的陽光:應(yīng)盡可能避免直射的陽光,盡量在日出日落時或多云的天氣進(jìn)行測量,如果避免不了,那么需要注意:使用270度的遮蓋帽或更小的視野遮蓋帽;背對陽光進(jìn)行測量,遮擋住日光和操作者本身;對植物冠層進(jìn)行遮陰處理;天空云分布不均勻?qū)е鹿饩€不均勻的天氣條件:等待云彩飄過并遮擋了陽光時再進(jìn)行測量。適宜光線條件:均勻的陰天或者散射光照下才能測量。zui易找到合適的測量時間往往是黎明之前和日落之后的瞬間。作為一般原則,如果可以看到地上的影子或者林冠上有陽光照射的葉子,這時的天空的光照條件就沒有滿足。

    5 葉片與傳感器的距離限制

    一個葉片與傳感器的距離是重要的,太近將導(dǎo)致測量的誤差。簡單的計(jì)算方法是根據(jù)采用的遮蓋帽的角度來得到距離因子參數(shù),再除以B值的重復(fù)次數(shù),再乘以葉片的寬度,即得到zui小需要的距離了。如果距離無法縮小,可以考慮增加重復(fù)次數(shù)來解決這個問題。    6 冠層內(nèi)的空隙(林窗)

    由于LAI是空隙比例的對數(shù),那么的情況是取對數(shù)后進(jìn)行平均,而不是平均后取對數(shù)。如果一個視野內(nèi)既有稠密的冠層又有稀疏的冠層,那么采用遮蓋帽來減少其同時出現(xiàn)在同一視野的可能(這樣將導(dǎo)致對葉面積指數(shù)的低估)。

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