[发明专利]一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶面积测量仪器及其测量方法，具体涉及一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪器及测量方法，属于森林生态监测技术领域。

背景技术

叶面积指数(leaf area index,LAI)是单位地表面积上总的叶子表面积的一半，是森林冠层重要的结构参数之一。准确获取叶面积指数是近些年来的研究热点。叶片是植物重要的营养器官，大部分光合作用在叶片完成，同时蒸腾作用也是通过叶片的气孔来实现的，是植物与外界进行物质、能量交换的主要器官，因此，叶面积指数是衡量植物的固碳能力和蒸腾作用的重要参数。叶面积指数已经被认为是描述森林健康、研究植被与外界的能量循环、物质循环的重要指标。

长期观测森林叶面积指数，在精度检验后作为森林碳循环及水循环日步长过程模型的输入参数，可以提高森林碳水循环的模拟精度。同时也可以作为用遥感影像进行森林类型识别的特征。

叶面积指数获取分为样地尺度和区域尺度。样地尺度叶面积指数获取就是指LAI的实地测量，样地尺度LAI测量分为直接测量法和间接测量法。区域尺度LAI获取一般是指遥感估算或反演叶面积指数，在样地LAI测量数据的支持下，通过建立遥感数据与叶面积指数的统计模型或机理模型，计算遥感影像区域的叶面积指数，得到的结果可作为区域或全球变化研究的重要基础数据。在建立LAI的遥感估算或反演模型时需要LAI的样地数据，同时还必须用LAI的样地测量数据对模型进行独立性检验，所以LAI样地测量是遥感反演的基础工作。目前，LAI样地测量法主要分为具有破坏性的直接测量法和基于光学模型的间接测量法，直接测量法包括择伐标准木、抽取标准枝和标准叶的真实测量法和探针接触法等，由于直接测量法破坏植被耗时、耗力而且无法获得时间序列数据，现很少被研究者所应用；间接测量法是使用LAI-2000系列、TRAC、Sunscan等光学仪器在林下进行测量，但这些仪器都是人工操作时瞬时对LAI进行记录，不具备自动的连续观测能力，要获取林分时间序列数据需要研究人员长期在野外实地测量，很难获得不同林分类型的叶面积指数生长数据，而且在长期重复测量中，测量位置、角度复位等会造成较大人为误差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的叶面积直接测量方法和间接测量方法无法有效获得长时间序列数据的问题。

本发明的技术方案是：一种长时间序列野外森林叶面积指数测量仪器，包括防水壳体，所述防水壳体内包括测量部分、供电部分和时控部分，所述测量部分包括单片机、水平旋转舵机、数字光强传感器、垂直旋转舵机、时钟模块、SD卡和显示屏，所述垂直旋转舵机安装在水平旋转舵机的转盘上并随水平旋转舵机水平转动，所述数字光强传感器安装在垂直旋转舵机上，并随垂直旋转舵机转动，所述时控部分包括时控开关，所述单片机的输出端口分别连接水平旋转舵机、垂直旋转舵机、SD卡和显示屏，所述数字光强传感器的输出端通过串行线接连接单片机的SDA接口，时钟模块的输出端通过串行线与单片机的SCL接口建立连接，所述供电部分的输出端通过时控开关与测量部分的单片机建立连接。

所述供电部分包括太阳能板、太阳能充电控制器和蓄电池，所述太阳能板置于防水壳体的外部，太阳能充电控制器和蓄电池置于防水壳体内部，太阳能板的电能输出端通过太阳能插口连接太阳能控制器的输入端，太阳能充电控制器的输出端与蓄电池的输入端建立连接，蓄电池的输出端为供电部分输出端，满足仪器长期野外观测耗电。

所述供电部分的输出端串联有降压模块和保险管，保证仪器在安全电压范围内工作，以免因电压过大烧坏元件，延误测量。

所述防水壳体内设有数字温湿度传感器，所述数字温湿度传感器的数据输出端通过数据线与单片机建立连接。

所述防水壳体内层为防水材料层，防水壳体上端设有高透度半球防水罩，防水壳体的下端设有数字温湿度传感器防水罩，防水壳体的侧壁上设有防水散热罩和通风风扇，所述高透度半球防水罩位于数字光强传感器的正上方，数字温湿度传感器防水罩置于数字温湿度传感器的下端，所述温湿度传感器防水罩下端敞口，上端与防水壳体连通，所述防水散热罩一端敞口，另一端与防水壳体连通，所述通风风扇嵌设在防水壳体的侧壁内，可降低仪器内部和外部温差，减少露水形成，保证在林区环境设备的工作的稳定性。

所述供电回路上三项开关，所述三项开关可以选择断电状态、常通电状态和连接时控开关状态，选择时控开关时可以预先设置时控开关时间周期为仪器周期性连接电源、断开电源配合单片机程序的逻辑判断定时测量数据，这样有效的节省非测量时单片机电能消耗。