【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及植物生态，尤其涉及一种植物枝条体积智能测量与分析系统。
技术介绍
1、在植物生态学领域，通常通过测定枝条体积来计算枝条密度，而枝条密度与茎木材密度高度相关，进而可以通过枝条密度估测径木材密度。木材密度不仅可以有效表征植物对光照、水分和土壤养分等因子的耐受能力或偏好程度,其大小也是植物物种沿降水梯度分布的最佳指示性状之一。且茎木材密度对估测植物生物量、植物生长速率、个体存活率和个体寿命等参数具有重要意义。
2、尽管存在多种方法可以测量小枝条的体积，三维扫描和计算机视觉技术等，但这些方法各有局限。例如，三维扫描和计算机视觉技术提供了更高的精度和灵活性，但成本较高，处理时间较长，且需要专业知识操作，不方便携带等等缺陷。又如中国专利cn115493669a公开的一种红树林生物量体积的测量方法，虽然给出了具体的计算方式以及使用的方法，但是无法用于大规模的使用，每次使用过后都需要进行重新校准，导致效率低下，且智能程度低、以及不便于携带的缺陷。
3、另外，现有技术中，通常包括测量固体对象(如植物枝条)的长宽高，然后计算体积。但这种方法对于不规则形状的对象(如曲折的枝条)不够准确。另一种方法是浸入法，将对象浸入水中，通过测量排开水的体积来间接计算对象体积。但对于枝条这类轻质、不规则形状的物体，仅仅通过排水测量过程，就会容易受到操作方式的影响，导致测量精度不高。
4、为了解决本领域普遍存在智能程度低、无法适用于野外环境、无法规避野外环境的干扰、无法连续测量、评估效果差、精准性差等问题，作出了本专利
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提出一种植物枝条体积智能测量与分析系统，旨在解决智能程度低、无法适用于野外环境、无法规避野外环境的干扰、无法连续测量、评估效果差、精准性差的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提出了一种植物枝条体积智能测量与分析系统，所述植物枝条体积智能测量与分析系统包括服务器、测量溶剂、以及待测量的植物枝条，所述植物枝条体积智能测量与分析系统还包括防风模块、测量模块、辅助采样模块、分析模块、评估模块、抓取模块，所述服务器分别与所述防风模块、测量模块、辅助采样模块、分析模块、评估模块和所述抓取模块连接；
3、所述辅助采样模块用于测量未浸入待测量的植物枝条的初始液位、以及浸入待测量的植物枝条后的最终液位，所述测量模块用于测量未浸入待测量的植物枝条的初始溶剂质量、以及浸入待测量的植物枝条后的测量溶剂质量，所述抓取模块抓取待测量的植物枝条，并浸入所述测量模块存储的测量溶剂中，所述防风模块倒扣在所述测量模块外周，以将外部环境与所述测量模块的测量环境进行隔绝，所述评估模块根据所述测量溶剂质量的变化量对检测状态进行评估形成评估结果，并触发所述防风模块进行锁定，所述分析模块根据初始液位、最终液位对所述植物枝条进行分析，以获得待测量枝条的体积。
4、进一步地，所述测量模块包括测量杯、称重传感器和支撑底座，所述测量杯存储测量溶剂，所述支撑底座用于支撑所述测量杯和所述称重传感器，所述称重传感器设置在所述测量杯和所述支撑底座之间，并测量未浸入待测量的植物枝条的初始溶剂量、以及浸入待测量的植物枝条后的测量溶剂量，
5、所述辅助采样模块设置在所述测量杯的杯壁中，并对所述测量杯中的所述测量溶剂液位的变化量进行测量所述辅助采样模块包括放置腔、采样单元和升降单元，所述放置腔沿着所述测量杯的杯体内壁长度方向设置，并供所述采样单元和所述升降单元放置，所述采样单元采集所述测量溶剂的液位数据，所述升降单元调整所述采样单元的位置；
6、其中，所述防风模块倒扣在所述测量杯的外周，并与所述支撑底座的外壁可拆卸连接。进一步地，所述防风模块包括防风罩、以及锁定单元，所述防风罩用于隔绝所述测量杯与外部环境，所述锁定单元对所述防风罩进行锁定，以使得所述防风罩能倒扣在所述测量杯的外周；
7、所述防风罩本体往内凹陷形成供所述测量杯放置的存储腔，且所述存储腔与所述测量杯相适配；
8、其中，所述锁定单元设置在所述存储腔的边沿处。
9、进一步地，所述采样单元包括采样座、数据存储器、以及至少一个液位传感器，至少一个液位传感器采集所述测量溶剂的液位数据，所述数据存储器存储至少一个液位传感器采集得到的液位数据，至少一个液位传感器等间距的设置在所述采样座上，并沿着所述采样座的延伸方向等间距分布。
10、进一步地，所述分析模块获取所述初始溶剂质量和测量溶剂质量，并根据以下步骤确定待测量枝条的体积v：
11、s1、使用下式的简化公式对所述待测量枝条的初步体积估计v(0)枝条：
12、
13、式中，△h为测量溶剂液位的变化量，其值等于最终液位和初始液位之差，a为所述测量杯横截面积；
14、s2、设置迭代步骤，定义一个迭代次数n，并从n＝0开始迭代；
15、s3、进行迭代计算，在每次迭代中，计算n+1次迭代的体积估计值v(n+1)枝条：
16、
17、式中，v(n)枝条为第n次迭代的枝条体积估计值，δ(t)是温度为t时的等效溶剂密度，s为形状因子，其值由历史数据拟合得到，γ为学习调整因子，取值范围为(0.01，0.5)，并由系统或操作者进行设定；
18、其中，在每次迭代后更新n的值；
19、s4、检查收敛条件，即，检查连续两次迭代的体积值是否满足下式：
20、
21、式中，range为系统设定的监控阈值；
22、若连续两次迭代的体积值满足：则停止迭代；
23、s5、确定最终的待测量的枝条体积：
24、连续两次迭代的差异小于阈值range，则v(n+1)枝条被认为是枝条的体积。
25、进一步地，所述抓取模块包括抓取单元和伸缩单元，所述抓取单元用于对待测量的枝条进行抓取，所述伸缩单元对所述抓取单元的位置进行调整；
26、所述抓取单元包括抓取爪、抓取座和抓取驱动机构，所述抓取驱动机构与所述抓取爪驱动连接形成抓取部，所述抓取部设置在所述抓取座上；
27、其中，所述抓取模块设置在所述测量杯的杯体内。
28、进一步地，所述伸缩单元包括伸缩杆、伸缩驱动机构、以及隐藏腔，所述隐藏腔设置在所述测量杯的杯底壁中，所述伸缩杆的一端与所述抓取座的底壁连接，所述伸缩杆的另一端与所述伸缩驱动机构驱动连接形成伸缩部，所述伸缩部隐藏设置在所述隐藏腔中。
29、进一步地，所述锁定单元包括锁定座、锁定杆、锁定驱动机构和锁定触发器，所述锁定座设置在所述防风罩在所述放置腔的边沿处，并供所述锁定杆和锁定驱动机构放置，所述锁定杆的一端与所述锁定驱动机构驱动连接形成锁定部，所述锁定部设置在所述防风罩的内壁处，所述锁定杆的另一端朝向远离所述防风罩内壁的一侧伸出，所述锁定触发器根据所述评估模块的评估结果发出锁定信号；
30、其中，所述锁定控制器根据所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种植物枝条体积智能测量与分析系统，所述植物枝条体积智能测量与分析系统包括服务器、测量溶剂、以及待测量的植物枝条，其特征在于，所述植物枝条体积智能测量与分析系统还包括防风模块、测量模块、辅助采样模块、分析模块、评估模块、抓取模块，所述服务器分别与所述防风模块、测量模块、辅助采样模块、分析模块、评估模块和所述抓取模块连接；
2.根据权利要求1所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述测量模块包括测量杯、称重传感器和支撑底座，所述测量杯存储测量溶剂，所述支撑底座用于支撑所述测量杯和所述称重传感器，所述称重传感器设置在所述测量杯和所述支撑底座之间，并测量未浸入待测量的植物枝条的初始溶剂量、以及浸入待测量的植物枝条后的测量溶剂量，
3.根据权利要求2所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述防风模块包括防风罩、以及锁定单元，所述防风罩用于隔绝所述测量杯与外部环境，所述锁定单元对所述防风罩进行锁定，以使得所述防风罩能倒扣在所述测量杯的外周；
4.根据权利要求3所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述采样单元包括采
5.根据权利要求4所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述分析模块获取所述初始溶剂质量和测量溶剂质量，并根据以下步骤确定待测量枝条的体积V：
6.根据权利要求5所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述抓取模块包括抓取单元和伸缩单元，所述抓取单元用于对待测量的枝条进行抓取，所述伸缩单元对所述抓取单元的位置进行调整；
7.根据权利要求6所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述伸缩单元包括伸缩杆、伸缩驱动机构、以及隐藏腔，所述隐藏腔设置在所述测量杯的杯底壁中，所述伸缩杆的一端与所述抓取座的底壁连接，所述伸缩杆的另一端与所述伸缩驱动机构驱动连接形成伸缩部，所述伸缩部隐藏设置在所述隐藏腔中。
8.根据权利要求7所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述锁定单元包括锁定座、锁定杆、锁定驱动机构和锁定触发器，所述锁定座设置在所述防风罩在所述放置腔的边沿处，并供所述锁定杆和锁定驱动机构放置，所述锁定杆的一端与所述锁定驱动机构驱动连接形成锁定部，所述锁定部设置在所述防风罩的内壁处，所述锁定杆的另一端朝向远离所述防风罩内壁的一侧伸出，所述锁定触发器根据所述评估模块的评估结果发出锁定信号；
9.根据权利要求8所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述辅助采样模块包括放置腔、采样单元和升降单元，所述放置腔沿着所述测量杯的杯体内壁长度方向设置，并供所述采样单元和所述升降单元放置，所述采样单元采集所述测量溶剂的液位数据，所述升降单元调整所述采样单元的位置；
10.根据权利要求9所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述放置腔的内壁设有滑动轨道，所述采样座的外壁设有滑动凸起，所述采样座上的滑动凸起和所述滑动轨道滑动连接，并在所述升降单元的调整下沿着所述滑动轨道的方向进行滑动；
...【技术特征摘要】
1.一种植物枝条体积智能测量与分析系统，所述植物枝条体积智能测量与分析系统包括服务器、测量溶剂、以及待测量的植物枝条，其特征在于，所述植物枝条体积智能测量与分析系统还包括防风模块、测量模块、辅助采样模块、分析模块、评估模块、抓取模块，所述服务器分别与所述防风模块、测量模块、辅助采样模块、分析模块、评估模块和所述抓取模块连接；
2.根据权利要求1所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述测量模块包括测量杯、称重传感器和支撑底座，所述测量杯存储测量溶剂，所述支撑底座用于支撑所述测量杯和所述称重传感器，所述称重传感器设置在所述测量杯和所述支撑底座之间，并测量未浸入待测量的植物枝条的初始溶剂量、以及浸入待测量的植物枝条后的测量溶剂量，
3.根据权利要求2所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述防风模块包括防风罩、以及锁定单元，所述防风罩用于隔绝所述测量杯与外部环境，所述锁定单元对所述防风罩进行锁定，以使得所述防风罩能倒扣在所述测量杯的外周；
4.根据权利要求3所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述采样单元包括采样座、数据存储器、以及至少一个液位传感器，至少一个液位传感器采集所述测量溶剂的液位数据，所述数据存储器存储至少一个液位传感器采集得到的液位数据，至少一个液位传感器等间距的设置在所述采样座上，并沿着所述采样座的延伸方向等间距分布。
5.根据权利要求4所述的植物枝条体积智能测量与分析系统，其特征在于，所述分析模块获取所述初始溶剂质量和测量溶剂质量，并根据以下步骤确定待测量枝条的体积v：
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭一波，张统，蒋行健，韦慧，王吕，申文辉，
申请(专利权)人：广西壮族自治区林业科学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。