一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法及其应用。将手机拍摄的冠层投影面积计算得到投影面积真实值，所得投影面积真实值与所拍摄地面积的比值即是LAI值。本发明专利技术植物叶面积指数测定方法简单方便，且该具有可操作性强、准确性高和有效性好，适用于大田环境下生长良好、排列规则植物的有益效果。排列规则植物的有益效果。排列规则植物的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种植物叶面积指数测定方法，特别是一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法及其应用。

技术介绍

[0002]叶面积指数(Leafarea index,LAI)是指覆盖单位地表面积上植物单叶面积总和，是表征作物冠层结构的重要指标。在植被气候变化响应、遥感作物估产及植被水土保持作用研究中LAI被广泛应用。为此，关于LAI测量与计算方法一直受到关注。
[0003]植物叶面积的测量方法主要有直接法与间接法两种。直接测量法包括手工原位测量、落叶法和系数法等；间接测量方法主要基于光学原理，通过获取植物冠层截获光能量的多少来估算或通过测量入射光在冠层中的衰减量进行估算。前者不仅耗时，而且对冠层结构干扰大，测量结果的重复性差，而后者需要借助先进的仪器设备和技术完成。虽然间接测量仪器的出现在一定程度上提高了作物冠层参数的获取效率，但该类方法计算流程复杂。如当前使用较多的是植被冠层分析仪，通过测量冠层内透过的太阳辐射量来估算冠层LAI，但该仪器价格昂贵，野外携带也不方便。为此，人们对LAI测量和计算方法仍在进行不断研究和改进。
[0004]随着智能手机的普及，摄像分辨率、运行速度和内存容量等不断提高，在野外调查中用智能手机收集资料已较为普遍，故开展基于智能手机的LAI测量和计算方法研究也受到人们关注。
[0005]针对现有作物冠层测量方法中存在的问题，本专利技术研发出一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法及其应用，且通过模型与实测LAI比较，验证了该方法的有效性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法及其应用。本专利技术植物叶面积指数测定方法简单方便，且该具有可操作性强、准确性高和有效性好，适用于大田环境下生长良好、排列规则的植物。
[0007]本专利技术的技术方案：一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法，将手机拍摄的冠层投影面积计算得到投影面积真实值，所得投影面积真实值与所拍摄地面积的比值即是LAI值。
[0008]前述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法中，所述手机拍摄的冠层投影面积计算得到投影面积真实值是通过复合式回归方程计算得到，而复合式回归方程的方程式为：
[0009]S
T
＝0.1412
×
(-0.0096S
M2
+171.38S
M-3612.3)
0.985
；
[0010]其中：S
T
为投影面积真实值，单位cm2；
[0011]S
M
为手机拍摄的冠层投影面积，单位cm2。
[0012]前述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法中，所述手机拍摄的冠层投影面
积是将手机拍摄的植物冠层投影后，进行图片矫正，然后对植物冠层的投影面积提取得。手机拍摄的冠层投影面积可以采用现有软件(ArcGIS软件、Photoshop软件等)通过对照片的灰度图像分割进行计算。
[0013]前述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法中，所述手机拍摄的冠层投影面积与植物生长时期、种植株数及二者的交互效应的显著性p＜0.05；手机拍摄的冠层投影面积与太阳高度角的显著性p＞0.05。
[0014]前述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法中，所述手机拍摄的冠层投影面积与坐标纸勾绘的冠层投影面积的修正方程为：
[0015]S
C
＝-0.0096S
M2
+171.38S
M-3612.3(R2＝0.981)，p＜0.05；
[0016]其中：S
M
为手机拍摄的冠层投影面积，单位cm2；
[0017]S
C
为坐标纸勾绘的冠层投影面积，单位cm2；
[0018]R2为可决系数，p相关关系。
[0019]前述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法中，所述坐标纸勾绘的冠层投影面积与投影面积真实值函数关系式为：
[0020]S
T
＝0.1412S
C0.985
(R2＝0.965)，p＜0.05；
[0021]其中：S
C
为坐标纸勾绘的冠层投影面积，单位cm2；
[0022]S
T
为投影面积真实值，单位cm2；
[0023]R2为可决系数，p相关关系。
[0024]所述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法的应用，所述该植物叶面积指数测定方法适用于大田环境下生长良好、排列规则的植物。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术经过实验验证和线性回归分析，可通过复合式回归方程[方程式为S
T
＝0.1412
×
(-0.0096S
M2
+171.38S
M-3612.3)
0.985
]将手机拍摄的冠层投影面积转换并计算得到投影面积真实值，计算所得结果与所拍摄样地面积的比值即是LAI值，并证实了该方法具有可操作性、准确性和有效性。
[0027]本文的冠层参数提取方法只能适用于大田环境下生长良好、排列规则的植物，对于复杂环境下植物冠层叶面积指数测定还需进一步研究。
[0028]实验证明：
[0029]本专利技术探讨了一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法，通过模型与实测LAI比较，验证了该方法的有效性。
[0030]1材料与方法
[0031]1.1试验材料
[0032]以喀斯特山地种植植物为研究对象，选择5个重要生长期(拔节期、小喇叭期、大喇叭期、抽雄期、成熟期)的植物植株各30株，进行冠层结构特征的测量，将测量数据用于制作植物植株模型(表1)。植物叶片采用仿真叶模拟，茎秆采用PVC管代替，将仿真叶片粘贴在PVC管，茎秆底部固定在木板上。根据田间实际测量数据模拟不同生育期完整植株，模拟植物株行距分别设置为30cm、50cm，株数分别为1、2、3、6、9株，以代表不同采样面积。
[0033]表1不同生育期单株植物模型数量特征
[0034][0035][0036]1.2试验方法
[0037]试验在贵州大学水土保持与荒漠化防治实验室进行。实验室为暗室条件，用白炽灯模拟太阳光照，模拟太阳高度角分别为30
°
、60
°
和90
°
，试验场景见图1。先将模拟植物植株按设定株行距规定于坐标纸上，用智能手机进行植物投影拍摄。同时，在坐标纸上勾绘植物植株实际投影边界，以便对手机拍摄投影值进行建模修正。
[0038]本研究中植物冠层叶面积真实值通过叶片实际面积累计计算，5个生育期单个模拟植物植株叶面积值分别为177.03、799.62、2061.25、5868.40和6581.03cm2。坐标纸面积为90112.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能手机的植物叶面积指数测定方法，其特征在于：将手机拍摄的冠层投影面积计算得到投影面积真实值，所得投影面积真实值与所拍摄地面积的比值即是LAI值。2.根据权利要求1所述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法，其特征在于：所述手机拍摄的冠层投影面积计算得到投影面积真实值是通过复合式回归方程计算得到，而复合式回归方程的方程式为：S
T
＝0.1412
×
(-0.0096S
M2
+171.38S
M-3612.3)
0.985
；其中：S
T
为投影面积真实值，单位cm2；S
M
为手机拍摄的冠层投影面积，单位cm2。3.根据权利要求1所述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法，其特征在于：所述手机拍摄的冠层投影面积是将手机拍摄的植物冠层投影后，进行图片矫正，然后对植物冠层的投影面积提取得；所述冠层投影面积采用现有软件通过对照片的灰度图像分割进行计算。4.根据权利要求1所述的基于智能手机的植物叶面积指数测定方法，其特征在于：所述手机拍摄的冠层投影面积与植物生长时期、种植株数及二者的交互效应的显著性p＜0.05；手机拍摄的冠层投影面积与...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙山，孟平，张劲松，尹昌君，张金鑫，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：