一种植物茎水势测量方法、装置、设备及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种植物茎水势测量方法、装置、设备及可读存储介质，涉及林业测量技术领域，该方法包括以下步骤：获取待测量数据，对待测量数据进行预处理；将预处理后的待测量数据输入至逆植物水力学模型，利用最优化算法，得到逆植物水力学模型输出的模拟植物茎水势；其中，逆植物水力学模型基于改进和修正后的植物水力学模型得到，植物水力学模型基于预处理后的样本测量数据得到，本发明专利技术将植物水力学模型和参数估计方法相结合，实现对植物茎水势实时在线无损的测量。在线无损的测量。在线无损的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种植物茎水势测量方法、装置、设备及可读存储介质


[0001]本专利技术涉及林业测量
，尤其涉及一种植物茎水势测量方 法、装置、设备及可读存储介质。

技术介绍

[0002]植物细胞水势是指体系中每偏摩尔体积水的自由能与每偏摩尔 体积纯水的自由能的差值。植物水势是以能量观点为基础，反映了植 物体、细胞物质代谢和能量代谢的客观规律，是植物的一个重要生理 指标。在干旱胁迫期间，水势在水分连续体中下降，直至达到特定的 水力安全阈值。此时木质部导管发生栓塞现象，从而影响水分运输。 同时，植物水势是测量植物导水率必不可少的参数。植物茎水势为深 入了解植物的水分关系、评估植物亏水胁迫程度、制定合理灌溉制度 以及提高农业水资源利用率提供重要技术支撑。
[0003]目前，植物茎水势通常采用小液流法、压力室法、热电偶温度计 法、露点湿度计法和木质部压力探针法等来测定，但是这些测量技术 不能实时在线测量，此外，这些测量技术对植物的破坏性也较大。因 此，需要植物茎水势测量方法是目前业界亟待解决的重要课题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种植物茎水势测量方法、装置、设备及可读存储介 质，用以解决现有技术中对于植物茎水势的测量无法实时在线测量以 及对植物破坏性较大的缺陷，通过选择容易测量的变量，将植物水力 学模型和参数估计方法相结合，实现对植物茎水势实时在线无损的测 量。
[0005]本专利技术提供一种植物茎水势测量方法，包括以下步骤：
[0006]获取待测量数据，对所述待测量数据进行预处理；
[0007]将预处理后的所述待测量数据输入至逆植物水力学模型，利用最 优化算法，得到所述逆植物水力学模型输出的模拟植物茎水势；其中， 所述逆植物水力学模型基于改进和修正后的所述植物水力学模型得 到，所述植物水力学模型基于预处理后的样本测量数据得到。
[0008]根据本专利技术提供的一种植物茎水势测量方法，所述获取待测量数 据，对所述待测量数据进行预处理，并获取所述待测量数据相同时间 内的实际植物茎水势步骤中，所述待测量数据为蒸腾速率、植物茎流 量和植物茎直径，预处理的待测量数据为所述蒸腾速率，具体的，在 预设时间内根据预设采集间隔，使用台秤测量植物的蒸腾速率，使用 植物茎流量测定仪测量植物茎流量，使用差动变压器位移传感器测量 植物茎直径。
[0009]根据本专利技术提供的一种植物茎水势测量方法，所述逆植物水力学 模型通过以下步骤训练得到：
[0010]获取样本测量数据，对所述样本测量数据进行预处理；
[0011]将预处理后的所述样本测量数据输入至植物水力学模型，得到所 述植物水力学
模型输出的模拟结果；
[0012]获取所述植物水力学模型的误差值，并根据所述误差值，对所述 植物水力学模型进行改进和修正，得到所述逆植物水力学模型。
[0013]根据本专利技术提供的一种植物茎水势测量方法，所述植物水力学模 型包括水运输子模型和茎直径变化子模型，所述水运输子模型输出的 模拟结果包括茎杆存储区水势、冠层存储区水势、植物木质部和存储 区水分交换阻力、茎杆木质部和存储区水分交换量、茎杆木质部水势、 冠层木质部和存储区水分交换量、冠层木质部水势、茎流量和冠层流 量，所述茎直径变化子模型输出的模拟结果包括茎杆存储区的体积、 植物压力势的变化率、植物茎直径的变化率、渗透势、茎杆存储区的 厚度的变化率和茎杆内径的变化率，所述水运输子模型和所述茎直径 变化子模型的输入数据均为预处理后的蒸腾速率。
[0014]根据本专利技术提供的一种植物茎水势测量方法，所述植物压力势的 变化率基于所述茎杆木质部和存储区水分交换量得到。
[0015]根据本专利技术提供的一种植物茎水势测量方法，所述获取所述植物 水力学模型的误差值，并根据所述误差值，对所述植物水力学模型进 行改进和修正，得到所述逆植物水力学模型步骤中，基于所述待测量 数据的实际测量值和所述模拟结果进行模型误差分析，得到所述误差 值；其中，所述实际测量值包括植物茎流量和植物茎直径，在预设时 间内根据预设采集间隔，使用植物茎流量测定仪测量植物茎流量，使 用差动变压器位移传感器测量植物茎直径，所述模型误差分析包括对 模型效率、平均误差、均方根误差和平均绝对误差进行分析。
[0016]根据本专利技术提供的一种植物茎水势测量方法，对所述待测量数据 进行预处理，并获取所述待测量数据相同时间内的实际植物茎水势步 骤中，对蒸腾速率进行预处理。
[0017]根据本专利技术提供的一种植物茎水势测量方法，所述将预处理后的 所述待测量数据输入至逆植物水力学模型，利用最优化算法，得到所 述逆植物水力学模型输出的模拟植物茎水势步骤中，所述逆植物水力 学模型为将改进和修正后的所述植物水力学模型，并且去除计算茎杆 木质部水势的部分得到，所述最优化算法采用遗传算法优化。
[0018]本专利技术还提供一种植物茎水势测量装置，包括：
[0019]预处理模块，用于获取待测量数据，对所述待测量数据进行预处 理；
[0020]软测量模块，用于将预处理后的所述待测量数据输入至逆植物水 力学模型，利用最优化算法，得到所述逆植物水力学模型输出的模拟 植物茎水势；其中，所述逆植物水力学模型基于改进和修正后的植物 水力学模型得到，所述植物水力学模型基于预处理后的样本测量数据 得到。
[0021]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储 器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时 实现如上述任一种所述植物茎水势测量方法的步骤。
[0022]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算 机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述植物茎 水势测量方法的步骤。
[0023]本专利技术提供的植物茎水势测量方法、装置、设备及可读存储介质， 通过选择容易测量的变量，将植物水力学模型与参数估计软测量方法 的有效结合，弥补了直接利用仪器进行测量的不足，从而能够较准确 地对植物的茎水势进行观测，相较目前植物茎水势现行
的测量方法， 更加实时在线，也不会损坏到植物，实现对植物茎水势实时在线无损 的测量。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见 地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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。
[0025]图1是本专利技术提供的植物茎水势测量方法的流程示意图；
[0026]图2是本专利技术提供的植物茎水势测量方法中逆植物水力学模型 训练过程的流程示意图；
[0027]图3是本专利技术提供的植物茎水势测量方法中计算各项模拟结果 的示意图；
[0028]图4是本专利技术提供的植物茎水势测量装置的结构示意图；
[0029]图5是本专利技术提供的植物茎水势测量装置中逆植物水力学模型 训练过程的结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种植物茎水势测量方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待测量数据，对所述待测量数据进行预处理；将预处理后的所述待测量数据输入至逆植物水力学模型，利用最优化算法，得到所述逆植物水力学模型输出的模拟植物茎水势；其中，所述逆植物水力学模型基于改进和修正后的植物水力学模型得到，所述植物水力学模型基于预处理后的样本测量数据得到。2.根据权利要求1所述的植物茎水势测量方法，其特征在于，所述获取待测量数据，对所述待测量数据进行预处理，并获取所述待测量数据相同时间内的实际植物茎水势步骤中，所述待测量数据为蒸腾速率、植物茎流量和植物茎直径，预处理的待测量数据为所述蒸腾速率，具体的，在预设时间内根据预设采集间隔，使用台秤测量植物的蒸腾速率，使用植物茎流量测定仪测量植物茎流量，使用差动变压器位移传感器测量植物茎直径。3.根据权利要求1所述的植物茎水势测量方法，其特征在于，所述逆植物水力学模型通过以下步骤训练得到：获取样本测量数据，对所述样本测量数据进行预处理；将预处理后的所述样本测量数据输入至植物水力学模型，得到所述植物水力学模型输出的模拟结果；获取所述植物水力学模型的误差值，并根据所述误差值，对所述植物水力学模型进行改进和修正，得到所述逆植物水力学模型。4.根据权利要求3所述的植物茎水势测量方法，其特征在于，所述植物水力学模型包括水运输子模型和茎直径变化子模型，所述水运输子模型输出的模拟结果包括茎杆存储区水势、冠层存储区水势、植物木质部和存储区水分交换阻力、茎杆木质部和存储区水分交换量、茎杆木质部水势、冠层木质部和存储区水分交换量、冠层木质部水势、植物茎流量和冠层流量，所述茎直径变化子模型输出的模拟结果包括茎杆存储区的体积、植物压力势的变化率、植物茎直径的变化率、渗透势、茎杆存储区的厚度的变化率和茎杆内径的变化率，所述水运输子模型和所述茎直径变化子模型的输入数据均为预处理后的蒸腾速率。5.根据权利要求3所述的植物茎水势测量方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：程强，赵瑜，程相林，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：