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专利号: 2014107054159
申请人: 东北林业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪,包括防水壳体,其特征在于:所述防水壳体(1)内包括测量部分、供电部分和时控部分,所述测量部分包括单片机(9)、水平旋转舵机(12)、数字光强传感器、垂直旋转舵机(11)、时钟模块(8)、SD卡(7)和显示屏(6),时控部分包括时控开关(15),所述垂直旋转舵机(11)安装在水平旋转舵机(12)的转盘上并随水平旋转舵机(12)水平转动,所述数字光强传感器安装在垂直旋转舵机(11)的转盘上,并随垂直旋转舵机(11)转动,所述单片机(9)的输出端口分别连接水平旋转舵机(12)、垂直旋转舵机(11)、SD卡(7)和显示屏(6),所述数字光强传感器的输出端通过串行线接连接单片机(9)的SDA接口,时钟模块(8)的输出端通过串行线与单片机(9)的SCL接口建立连接,所述供电部分的输出端通过时控开关(15)与测量部分的单片机(9)建立连接。

2.根据权利要求1所述一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪,其特征在于:所述供电部分包括太阳能板、太阳能充电控制器(16)和蓄电池(5),所述太阳能板置于防水壳体(1)的外部,太阳能充电控制器(16)和蓄电池(5)置于防水壳体(1)内部,太阳能板的电能输出端通过太阳能插口(18)连接太阳能控制器(16)的输入端,太阳能充电控制器(16)的输出端与蓄电池(5)的输入端建立连接,蓄电池(5)的输出端为供电部分输出端。

3.根据权利要求2所述一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪,其特征在于:所述供电部分的输出端串联有降压模块(14)和保险管(17)。

4.根据权利要求3所述一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪,其特征在于:所述防水壳体(1)内设有数字温湿度传感器(13),所述数字温湿度传感器(13)的数据输出端通过数据线与单片机建立连接。

5.根据权利要求4所述一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪,其特征在于:所述防水壳体(1)内层为防水材料层(10),防水壳体(1)上端设有高透度半球防水罩(3),防水壳体(1)的下端设有数字温湿度传感器防水罩(2),防水壳体(1)的侧壁上设有防水散热罩(4)和通风风扇(19),所述高透度半球防水罩(3)位于数字光强传感器的正上方,数字温湿度传感器防水罩(2)置于数字温湿度传感器(13)的下端,所述温湿度传感器防水罩(2)下端敞口,上端与防水壳体(1)连通,所述防水散热罩(4)一端敞口,另一端与防水壳体连通,所述通风风扇(19)嵌设在防水壳体(1)的侧壁内。

6.根据权利要求5所述一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪,其特征在于:所述供电回路上三项开关(20)。

7.一种长时间序列野外森林叶面积指数测量方法,其特征在于:利用两台长时间序列野外森林叶面积指数测量仪配合,一台放置待测林分冠层下记录光线透过冠层后的光强称为B值,另一台放置待测林分附近的空旷地记录未透过冠层的光强称为A值,通过贝尔定律和米勒定律计算叶面积指数,所述贝尔定律为:I=I0exp(-x),其中I0为入射能量,I为通过x距离的均匀介质后衰减得到的能量,当穿过的介质均匀消光系数为a、介质浓度为C时,得到: 公式中I0/I即为透过率,P(θ)表示与光线入射角度相关的消光系数,均-G(θ)L/cosθ匀消光系数为a用G(θ)来表示,则有P(θ)=e ,其中L为有效叶子的层数;

根据米勒定律有: 所述G(θ)=k(θ)/L,根据贝尔定律和米勒

定律得出公式: 进而推算出叶面积指数LAI的数值。

8.根据权利要求7所述一种长时间序列野外森林叶面积指数测量方法,其特征在于:

测量前对长时间序列野外森林叶面积指数测量仪器进行校正,利用传感器校正模块求解出两台仪器的各个环光强记录偏移和增量,即:Lai=oi+gi*Lbi,其中Lai为A仪器第i环记录的光强值,Lbi为B仪器第i环记录的光强值,gi是第i环偏移,oi是第i环增量,程序利用最小二乘法原理进行求解,利用公式: 其中 分别为oi、gi的估计值,ei为残差,选择 使所有数据点的残差平方和(∑ei)达到最小,作为gi和oi的估计值,修正两台仪器的系统误差。

9.根据权利要求7所述一种长时间序列野外森林叶面积指数测量方法,其特征在于:

测量后对数据进行时间校正,通过记录两台仪器开始测量时间和结束测量时间并利用拉伸公式 将两台仪器时间统一,其中Tas为A仪器开始测量时间,Tae为A仪器测量结束时间,Tbs为B仪器开始测量时间,Tbe为B仪器结束测量时间,Tbx为B仪器测量时记录时间,T′bx为Tbx调整后时间。