[发明专利]一种单株幼龄苹果树树冠投影边界的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业领域，特别涉及一种单株幼龄苹果树树冠投影边界的确定方法。

背景技术

农林复合为农业可持续发展提供了一种新思路和新理念，在我国进行了大面积推广和应用。其中，果农间作系统是黄土高原地区主要的农林复合模式和农业土地利用方式，在协调黄土高原农林用地矛盾、提高土地利用率和增加当地农民收入等方面发挥着重要作用，并成为水土保持、生态恢复与重建的有效途径和技术措施。

但是，果农间作系统往往由于对果树树冠投影边界确定的困难，成为果农间作系统在配置模式和配置间距实践中的技术瓶颈。因为林内太阳辐射是决定生态系统生产力的关键，尤其是对与前期以农为主的果农间作系统。

为了进一步提高果农间作系统的效益，这就需要建立一个关系简明、精确性高的预测、评价林下太阳辐射时空动态的综合性数学模型。建立树冠投影模型，不仅可实现对树冠在地面上投影范围的可视化，还可用来计算林下遮荫面积、树冠投影重叠面积、遮荫时间以及遮荫范围在任一时间段内的移动轨迹。更重要的是，树冠投影模型的建立为林下任一点的遮光邻体范围提供了判定方法，为计算林下某定点处的太阳辐射在所有树冠冠层的传输路径提供了精确的依据，进而准确计算林下任一点的太阳辐射强度，为研究林下作物的受光特征奠定研究基础，可为合理规划设计复合系统能够提供科学依据，也可节省劳力物力，高效利用农业资源和林业资源，使农、林生产快速发展。

然而，在现有的树冠投影模型技术中，通常将树木的冠形概括成圆锥体、圆球体、圆柱体等形状，根据几何光学中光沿直线传播的原理，认为圆柱形树冠的投影为两个半圆与矩形的组合，圆球形树冠的投影为一个椭圆，圆锥体树冠的投影为一个半圆与三角形的组合，初步模拟树冠投影形状，并发现树冠投影边界主要受冠长、冠幅和太阳高度角等影响。

而且，现有技术还存在以下缺点：(1)树冠模型形状单一，与实际树形有所出入，导致模拟精度不够高。(2)模型变量较多，存在计算复杂、工作量大的问题。(3)未能实现农林复合系统林下太阳辐射空间分布与时间动态的有机结合，以及同时对单株林木的投影动态进行系统模拟分析，造成其在分析投影连续变化、邻体干扰及农林复合系统生态环境模拟等方面的应用受到限制。(4)由于日出后、日落前半影效应明显，模型在这段时期对实际阴影的模拟存在较大误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够准确确定单株幼龄苹果树树冠投影边界的确定方法，从而克服现有技术的上述缺陷。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种单株幼龄苹果树树冠投影边界的确定方法，所述单株幼龄苹果树树冠投影边界的确定方法是将正常经营的幼龄苹果树冠视为卵圆形，建立符合幼龄苹果树树冠实际几何形体特征的单株苹果树树冠投影边界模型。

优选地，上述技术方案中，所述单株幼龄苹果树树冠投影边界的确定方法是根据单株幼龄苹果树树冠几何结构，建立树冠投影三维空间坐标系，并推导太阳入射光线的向量方程，求解树冠上任一点投影至地面的坐标，结合太阳视运动规律可得出苹果树树冠投影边界在不同时刻的空间坐标，从而得单株幼龄苹果树树冠投影边界函数。

优选地，上述技术方案中，所述建立树冠投影三维空间坐标系是指以果树树冠结构和冠形几何特征为基础进行建模分析。

优选地，上述技术方案中，所述建立树冠投影三维空间坐标系是以树冠中心为坐标原点(O)建立空间坐标系，则树冠上任一点的空间坐标为(x,y,z)，然后将坐标原点(O)移至树干基部(O’)，则树冠上任一点的坐标变为(x′,y′,z′)，且

式中，H_cd为树冠的下半轴高度，H_b为干高。

优选地，上述技术方案中，所述推导太阳入射光线的向量方程是根据太阳方位角和太阳天顶角来计算，而太阳方位角和天顶角则可通过球面三角学的计算来获得，经过代换运算，任意时刻的太阳入射向量S可表示为：

式中，h为太阳高度角，A为太阳方位角。

优选地，上述技术方案中，所述求解树冠上任一点投影至地面的坐标通过以下数学方程表达为：

式中，x＝[-W，+W]，y＝[-W，+W]，z＝[-Hcd,Hcu]，W为树冠冠幅半径，H_cd为树冠的下半轴高度，H_cu为树冠的上半轴高度，H_b为干高，h为太阳高度角，A为太阳方位角。