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为定量分析植物冠层结构与光分布及光合作用之间的关系,模拟实际环境中植物冠层的实时光合速率,为诸如作物模型中产量估测提供一种植物冠层尺度光合生产力计算方法,本文构建了基于L-系统的3D虚拟植物冠层光合作用模拟模型。模型主要分为3部分:基于L-迭代文法系统与三维图形绘制技术构建3D虚拟植物冠层结构,利用正向光线跟踪及天空可见率算法模拟虚拟冠层内光辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)传输,基于太阳几何参数、大气影响参数及地理位置等参数计算真实环境中虚拟冠层顶部实时PAR强度。利用此模型,直接输入或插值处理光合环境因子数值,采用单叶光合作用模型和相关呼吸作用模型,可计算冠层内净光合作用速率并进行周期内植物体生物量的积累估算。以实测的幼龄杉木为模拟对象,计算其冠层内净光合作用速率及周期内生物量积累,模拟结果表明,基于虚拟冠层的PAR分布模拟及其冠层光合作用速率计算,是一种对植株光合生产力估算的有效方法。 相似文献
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冠层温度是反映作物蒸散的重要指标,基于2006-2011年冬小麦田间试验资料,分析了小区及冠层尺度K-p模型参数的差异,对比了两种冠层温度表达式的冬小麦蒸散量计算模型的模拟效果,得到了基于冠层温度变化的冬小麦蒸散模型.结果表明:不同尺度(小区和冠层)K-P模型参数存在一定差异,冠层阻抗(rc)与临界阻抗(r*)的比值和临界阻抗(r*)与空气动力学阻抗(ra)的比值呈显著线性关系,且与冠层尺度K-P模型参数的差异小于不同尺度(小区和冠层)K-P模型参数的差异.以冠层温度的表达式(rc/ra、rc/r*)计算的作物蒸散量与采用田间水量平衡计算的作物蒸散量呈显著线性关系,以rc/ra参与计算的作物蒸散量明显高于田间实测值,而以rc/r*参与计算的作物蒸散量与田间实测值更为接近.因此,以rc/r*代替rc/ra参与作物蒸散量的计算更能反映田间冬小麦蒸散变化过程. 相似文献
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为研究不同类型遮阳网对温室作物冠层辐射场与温度场的影响,采用标准k-ε湍流模型和DO模型建立了温室作物冠层辐射对流换热的CFD模型,采用辐射折算的方法模拟外遮阳对室内环境的影响。将模型计算的辐射和温度值与试验实测值进行对比,辐射值平均误差为18. 8%,温度值的相对误差为3. 9%。利用建立的温室CFD模型,对不同遮阳率的遮阳网下温室作物冠层辐射场与温度场进行分析,结果表明:一层遮阳网温室内降温明显;比对一层遮阳网工况,开启两层遮阳网时室内降温幅度增加并不明显,且辐射值偏低。在此基础上,改变了遮阳网遮阳率,发现在其他条件相同的情况下,开启遮阳率为65%的遮阳网相比遮阳率43%的遮阳网温室内辐射减少40W/m~2,室内温度相对降低0. 8℃。此模型可为基于作物光温需求的遮阳调控方案提供仿真计算分析。 相似文献
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准确获取作物冠层生化信息对监测作物生长和指导精准施肥具有重要意义.现有的作物生化参数的垂直分布研究以高光谱遥感反演为主,缺乏与光合生理的联系.本研究主要探究了不同氮素处理水平下油菜苗期冠层内的叶绿素、类胡萝卜素、干物质和水分等生化参数的垂直分布变化特性,同时利用快速叶绿素荧光技术测定了叶片的光合性能,并通过线性回归分析... 相似文献
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针对大田作物行特征复杂多样,传统作物行识别方法鲁棒性不足、参数调节困难等问题,该研究提出一种基于特征工程的大田作物行识别方法。以苗期棉花作物行冠层为识别对象,分析作物行冠层特点,以RGB图像和深度图像为数据来源,建立作物行冠层特征表达模型。运用特征降维方法提取作物行冠层的关键特征参数,降低运算量。基于支持向量机技术建立作物行冠层特征分割模型,提取作物行特征点。结合随机抽样一致算法和主成分分析技术建立作物行中心线检测方法。以包含不同光照、杂草、相机位姿的棉花作物行图像为测试数据,运用线性核、径向基核和多项式核的支持向量机分类器开展作物行冠层分割试验;对比分析典型Hough变换、最小二乘法和所建作物行中心线检测方法的性能。结果表明,径向基核分类器的分割精度和鲁棒性最优;所建作物行中心线检测方法的精度和速度最优,航向角偏差平均值为0.80°、标准差为0.73°;横向位置偏差平均值为0.90像素,标准差为0.76像素;中心线拟合时间平均值为55.74ms/f,标准差为4.31ms/f。研究成果可提高作物行识别模型的适应性,减少参数调节工作量,为导航系统提供准确的导航参数。 相似文献
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应用Shuttleworth-Wallace模型对夏玉米农田蒸散的估计 总被引：3，自引：1，他引：2
根据夏玉米生长季内逐时波文比系统观测资料和主要生育期的作物资料,以波文比-能量平衡法(BREB法)得到的蒸散量为实测值,对比研究了Shuttleworth-Wallace模型(以下简称S-W模型)、Penman-Monteith模型(以下简称P-M模型)对蒸散估计的差异。S-W模型因考虑了土壤蒸发,估算的逐时逐日蒸散值均比P-M模型有更好的精度。在作物生长前期,LAI(<2.0)较低,应用S-W模型在稀疏冠层下估算的蒸散量高于P-M方程,更接近于实测值,与实测值的相关系数更高,RMSE值低。随着LAI的增大,冬小麦冠层密闭,S-W模型和P-M方程估算的蒸散与实测值均相接近,二模型均有良好表现。对S-W模型的各阻力参数进行敏感性分析,分析结果表明,应用S-W模型时,模型对阻力参数冠层气孔阻力最为敏感,土壤表面阻力次之,作物冠层高度与参考高度间空气动力学阻力敏感程度居中,对地表与冠层高度间空气动力学阻力、冠层内边界阻力不敏感。在应用已有经验关系式时,特别需要注意对冠层气孔阻力、土壤表面阻力这二阻力参数中经验系数的合理确定。 相似文献
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作物生长多传感信息检测系统设计与应 总被引：3，自引：0，他引：3
简述了作物生长多传感信息检测系统的硬件平台及实现.光箱系统采用卤素灯和D65型标准光源两组独立可调的均匀光照系统,结合温湿度控制装置,可以实现对多种作物生长环境的模拟.信息采集系统集成了包括光谱、多光谱图像、冠层温度、冠层光照及环境温湿度等多传感信息探测器,可以充分利用多种信息对作物生长信息进行监测.应用该系统就油菜氮素和水分的光谱、多光谱图像特征及光照对检测的影响进行了研究,结果表明:该系统能够克服环境因素的影响,能够利用多传感信息对作物营养进行较准确的定量分析,其中,油菜氮素光谱特征模型的相关系数达到0.92,均方根误差为0.53. 相似文献
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基于手机图像反演的滴灌玉米光响应曲线特征参数研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究利用手机图像预测玉米光响应曲线特征参数的可行性,通过自主设计的便携式图像采集装置,获取不同施氮量下滴灌玉米大喇叭口期冠层图像,提取其冠层图像特征参数,计算玉米光响应特征参数表观量子效率(α)、最大净光合速率(P_(nmax))、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d),找出与光响应特征参数相关性高的归一化冠层覆盖系数(C_C)作为自变量,建立C_C与玉米光响应曲线特征参数间动态模型,并根据模型评价指标R~2、RMSE和nRMSE筛选出各参数的最优模型。结果表明,C_C与α的最优模型为有理函数模型,与P_(nmax)最优模型为幂函数模型,与LCP最优模型为指数函数模型,与R_d以二次多项式模型为最优;各反演模型的R~2均不小于0. 876,RMSE介于0. 002～3. 673μmol/(m~2·s)之间,nRMSE不超过9. 071%,且各模型验证集的R~2均不小于0. 833,RMSE均不大于5. 989μmol/(m~2·s),nRMSE不超过9. 659%。将数字图像特征参数与作物光响应曲线特征参数有机结合,可为玉米光响应曲线特征参数的快速获取提供一定的理论依据。 相似文献
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光是植物进行光合作用的主要能量来源,光照好坏直接影响作物的产量和品质。本研究针对现有植物补光系统多以功能叶光合能力为基准进行冠层补光,导致冠层新生叶光抑制、株间功能叶位补光不足以及补光位置不能适应作物生长进行动态调整的问题,以黄瓜为研究对象,设计了一种基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统。该系统由智能控制子系统、冠层-株间LED补光子系统、冠层-株间环境监测子系统和补光灯升降子系统组成,通过ZigBee技术实现各子系统间无线通信。其中冠层-株间环境监测子系统分别获取冠层和株间环境信息并发送至智能控制子系统,智能控制子系统根据环境实时信息调用冠层调控模型和株间适宜叶位调控模型获得相应调控目标值,并将其下发至冠层-株间补光灯,实现冠层与株间补光灯的动态实时调控。在陕西省泾阳县蔬菜产业综合服务区蔬菜基地分别部署立体补光设备和传统冠层补光设备,并进行系统调控效果验证试验。结果表明,立体补光区黄瓜植株的株高和茎粗显著增长,其中相比传统冠层补光区平均株高、茎粗分别增长了8.03%和7.24%,相比自然处理区平均株高、茎粗分别增长了26.51%和36.03%;在一个月的采摘期内,立体补光区相比传统冠层补光区和自然处理区产量分别提升了0.28和1.39 kg/m2,经济效益分别增加了2.82和4.88 CNY/m2,说明立体光环境调控系统能够提高经济效益,具有应用推广价值。 相似文献
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《Journal of Agricultural Engineering Research》1994,57(4):217-227
Experimental investigation and modelling of heat and mass transfer between a tomato crop and the greenhouse environment is elaborated. The transfer of sensible and latent heat between the canopy and the ambient air is assumed to take place via an exchange area equal to the total leaf area across two resistances, the internal and the external, which are properly defined. The external resistance is determined as a function of the Nu number. A method is proposed to parameterize the internal resistance as a function of the canopy temperature, the canopy full spectrum net radiation and the crop-air vapour pressure deficit. A model is proposed for the calculation of the crop temperature and crop transpiration rate as a function of time and the environmental variables. The calculated canopy temperature compared well with the measured one, which was found to be lower than that of the greenhouse air. Calculated canopy transpiration rates are presented as a function of time and the environmental variables. The canopy transpiration flux was found to be higher than that of the full spectrum crop net radiation on a 24 h basis. The comparison of calculated crop transpiration on a daytime basis with those obtained by two other models was satisfactory only at moderate solar radiation intensities. During days with high radiation intensities the present model compared well with one model only. 相似文献
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基于三维点云的苹果树叶片三维重建研究 总被引：2，自引：0，他引：2
叶片是果树冠层的重要组成部分,对其进行三维重建研究不仅可以对叶片形态特征进行分析,还能为冠层光照分布计算以及果树整形修剪提供理论基础。三维激光扫描仪以非接触、高效、快速获取数据的优势被大量应用于三维空间信息采集工作中。本文提出一种基于三维点云的苹果树叶片结构形态三维重建方法。首先针对叶片的形态特点选择合适的三维激光扫描仪获取苹果叶片三维点云;基于包围盒法搜索K邻域,计算点云中点与其邻域点的平均距离,并设定距离阈值作为判定中心点是否为离散点的依据,进而确定离散点并去除;利用最小二乘原理实现点云局部曲面拟合以及法向量、曲率的计算,提取叶片边界点;对于非边界点部分,根据中心点法向量与其邻域法向量的关系,对点进行不同程度的精简;最后对处理后的叶片点云完成三维重建。结果表明,构建的叶片模型能够较好的保留叶片的三维形态特征,可以为果树冠层重建和光照分布计算提供基础。 相似文献
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基于无人机多光谱遥感的夏玉米冠层叶绿素含量估计 总被引：1，自引：0，他引：1
为探讨利用无人机多光谱遥感影像监测夏玉米冠层叶绿素含量的可行性,基于2019年不同施氮水平下(0,105,210,315 kg·N/hm2)夏玉米多光谱遥感影像和田间实测冠层叶绿素含量数据,分析了不同施氮水平下夏玉米冠层叶绿素含量的变化规律,同时选取10种常用光谱植被指数与实测冠层叶绿素含量进行相关性分析,采用与实测叶绿素含量极显著相关的9种植被指数,构建了基于遥感光谱指数的夏玉米冠层叶绿素含量遥感监测模型,并通过精度检验确定最优估测模型.结果表明,施用氮肥能够提高夏玉米冠层叶绿素含量,过量氮肥不能持续提高叶绿素含量,同一施氮水平下不同追肥处理之间叶绿素含量没有明显差异.绿色归一化植被指数与叶绿素含量的相关性系数最高,达到了0.892.采用逐步回归分析方法建立的模型表现最优,决定系数为0.87,均方根误差及相对误差分别为0.15和2.68%.因此,无人机多光谱遥感结合逐步回归模型可以实现田间尺度的夏玉米冠层叶绿素含量的实时监测. 相似文献
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基于三维点云颜色特征的苹果树冠层光照分布计算方法 总被引：2，自引：0，他引：2
合理的果树冠层结构有利于获取充足的光照,对提升果实产量及品质具有重要意义。为了揭示果树冠层光照分布规律,以自由纺锤形苹果树为研究对象,以目标图像的颜色变化与光照强弱存在相关性为理论依据,首先利用Trimble TX5型地面三维激光扫描仪以"顶视法"获取叶幕稳定期苹果树冠层三维点云,按照实际苹果树冠层划分方法,提取三维点云空间不同区域的颜色特征,针对自然环境下苹果树冠层颜色特征具有复杂性和模糊性,不能采用精确、定量的符号对其进行描述的不足,构建以颜色特征为输入、相对光照强度为输出的模糊神经网络,以此作为苹果树冠层光照分布预测模型。试验结果表明:提出的基于三维点云颜色特征的光照分布计算方法具有较好的可行性,预测精度为80.57%,能够为科学合理的苹果树修剪和整形提供技术支撑。 相似文献
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合理的果树冠层结构和栽培密度可提高其冠层内光截获量,对提升果实产量和质量有重要影响。本文以细纺锤形樱桃树为研究对象,构建了基于三维点云的群体樱桃树冠层光照分布预测模型。使用Azure Kinect DK相机获取群体樱桃树三维点云数据,通过点云数据预处理得到完整的群体樱桃树三维点云数据。在冠层尺度内,对樱桃树冠层点云数据进行分层,提取不同区域的点云颜色特征。提出基于Delaunay三角化凹包算法的点云投影面积计算方法,通过凹包边界点提取和向量积叉乘,计算不同区域的点云投影面积。以点云颜色特征和相对投影面积特征为输入,以实测相对光照强度为输出,建立群体樱桃树冠层光照分布预测模型。试验结果表明,该模型能够较为准确地预测樱桃树冠层内的光照分布,预测值与实际值决定系数平均值为0.885,均方根误差为0.0716。研究结果可为樱桃树合理的种植密度管理及樱桃树休眠期自动化剪枝等提供技术支持。 相似文献
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为了满足田间作物长势快速检测与指导变量管理的需求,以玉米为例设计了基于多光谱成像的田间作物植株叶绿素检测系统,包括可见光(RGB)和近红外(Near-infrared, NIR)图像采集模块、主控处理器模块、模型加速模块、显示及电源模块,用于实现玉米植株智能识别与叶绿素指标一体化检测。首先,采集玉米苗期和拔节期冠层图像数据集,比较了植株冠层实例分割与株心目标检测两种深度学习模型,构建了基于MobileDet+SSDLite(Single shot multibox detector lite)轻量化网络的玉米植株定位检测模型,实现玉米植株识别。其次,提取被识别的植株株心RGB-NIR图像,开展RGB和NIR图像匹配与分割,提取R、G、B和NIR灰度值计算植被指数,使用SPXY算法(Sample set portioning based on joint X-Y distances)和连续投影算法(Successive projections algorithm, SPA)分别对数据集进行样本划分及特征变量筛选,选择高斯过程回归(Gaussian process regression, ... 相似文献
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基于热红外遥感影像的作物冠层温度提取 总被引：1，自引：0，他引：1
热红外影像较难直接提取作物冠层区域,因而无法获得较精准的作物冠层温度。本文以拔节期的玉米为研究对象,利用六旋翼无人机搭载热红外成像仪和大疆精灵四Pro无人机,获得热红外影像及正射影像。基于高分辨率正射影像,采用改进的Canny边缘检测算子、支持向量机(Support vector machine,SVM)和小波变换3种方法提取玉米冠层区域,将提取结果进行二值化处理后,在热红外影像中以此生成掩膜并提取玉米冠层温度。应用提取的矢量面分析提取效果并对3种提取算法的精度进行评价。实验结果表明,改进的Canny边缘检测算子提取效果最优、SVM算法次之、小波变换最差,提取精度分别为87. 3%、74. 5%、68. 2%。同时,将手持测温仪测得的玉米冠层温度与提取的冠层温度进行误差分析,结果表明,基于改进的Canny边缘检测算子提取的玉米冠层温度与地面实测值相关性最高,决定系数R~2=0. 929 5,SVM算法决定系数R~2=0. 895 7,小波变换决定系数R2=0. 876 0。改进的Canny边缘检测算子能够更好地提取玉米冠层区域,获取更加精确的玉米冠层温度,从而能够更有效地监测玉米生理状况,进行旱情预测,制定合理的灌溉、施肥措施以提高玉米产量。 相似文献
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小波变换与分水岭算法融合的番茄冠层叶片图像分割 总被引：1，自引：0，他引：1
在基于机器视觉的作物营养诊断研究中,通常需要采集叶片样本并在实验室条件下定量测定其营养素含量,但由于叶片间相互重叠,往往使得叶片样本不能清晰地反映在群体番茄冠层图像中。为了解决这一问题,需要利用图像分析技术有效提取作物冠层图像中的叶片,并根据处理结果采集实验室测定样本。本文从复杂背景剔除、梯度图计算、小波变换、标记选取、分水岭分割等环节出发,实现了基于小波变换与分水岭算法融合的番茄冠层多光谱图像叶片分割。首先对比了4种复杂背景剔除算法,发现当增强因子a=1.3时,基于归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)的阈值分割目标提取准确,适合各种光照条件,时空复杂度低。其次在梯度图计算方面,近红外(Near infrared,NIR)波段图像形态学梯度在保持目标边缘的同时,能消除大量由叶脉、光照等引起的叶片内纹理细节。然后以小波分析为基础进行标记选取,发现当选取db4小波函数、4层小波分解低频系数、阈值为18的H-maxima变换能得到最优的目标标记结果。最后对多光谱番茄冠层图像的小波变换分水岭分割和数学形态学分水岭分割结果进行叠加,发现对复杂背景及不同光照强度下的番茄冠层叶片平均误分率为21%,为基于多光谱图像分析的番茄叶片营养素含量检测提供了一定的技术支持。 相似文献
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无人机热红外反演土壤含水率的方法 总被引：1，自引：0，他引：1
以不同生育期夏玉米为对象,讨论无人机热红外反演夏玉米田土壤含水率的精度及反演方法.利用无人机获取试验区的可见光和热红外图像.通过可见光图像提取冠层掩膜并叠加在热红外图像上提取玉米冠层温度,分析冠层温度的变化趋势及与叶面积指数(LAI)的相关性.最后,利用冠气温差的相反数与叶面积指数构建了一个新指标(DTL),讨论了冠气温差或DTL指标反演土壤含水率的准确性.结果表明:冠层温度随着土壤含水量的增加而降低,夏玉米LAI在一定程度上可以表征冠层温度;对比4个时期的数据,发现冠气温差反演效果在灌溉后较好(如2次灌后R2分别为0.614 6和0.463 7);与冠气温差相比,DTL指标可以提高土壤含水量反演的精度,如0~20 cm深度的R2从0.614 6和0.463 7提高到0.661 6和0.485 0.该研究对热红外反演夏玉米田间土壤含水率方法进行了新的尝试. 相似文献