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叶面积指数测量测试方法简介(二)

2021.6.05
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coco5517

认真做好每一件喜欢的事,把每一件要做的事都变成喜欢并认真去做的事

  与已有的智能手机LAI测量系统比较,LAISmart在以下三个方面进行了改进。第一方面是提供了更为灵活的拍摄角度,不仅仅局限于单一的57.5°。虽然(Wilson1960)早在1960年就从理论上分析了当观测天顶角为57.5°时候,叶片在这个观测方向的投影函数近似等于0.5而与叶倾角无关。然而,(Liu,Patteyetal.2013)等对农作物的冠层结果表明,当LAI值大于1.5以后,在57.5°时获取的LAI值并不能比垂直观测视角观测值有更好的质量提升,反而,57.5°的观测值更容易受到图像分类精度的影响,因为随着冠层间隙率减少,图像信号强度随着路径长度的增加而降低。因此,在LAISmart中,我们不再将观测角度固定在57.5°,而是提供了一个灵活的观测方式,用户可以根据实际情况自行设置冠层角度(0-180°之间)。第二个改进是,LAISmart提供了更为灵活的图像分类特征选择,用户可以根据植被类型以及天空光照条件选择合适的分类特征。基于摄影成像技术的叶面积指数测量精度,直接受制于图像的分类精度。由于拍摄条件的差异以及植被类型的差异,在分类算法相同的情况下,选择不同的分类特征会得到差异非常大的分类结果,从而导致从同一幅影像中提取的间隙率差异很大。因此,很难有一个固定的分类特征能够适应不同的光照条件以及植被类型。在LAISmart中,我们提供了多种分类特征供用户选择。第三个改进方面是LAISmart实现了一种集成式的野外测量设备,由数据采集终端、数据处理终端以及一个便携式仪器支架组成。这种集成式的装配方式能够提高用户的野外工作效率。由于LAISmart成像的观测角度不再固定位57.5°,当用户选择较小的观测角度,例如0°左右的时候,如果以手持手机进行拍照的话,很容易将操作者拍摄进照片中。并且,由于此时用户视线不是正对着手机屏幕,因此,对手机的操作很不方便。为了提高仪器野外操作的便利性,我们将取景工作与监控两部分工作进行分离,利用前端手机实现取景与倾角计算,利用后端手机实现对前端手机的监控以及图像实时分类和LAI计算。前端与后端之间通过无线热点进行联网与数据传输。

  LAISmart由硬件和软件组成,其中硬件包括信息采集智能终端、用户操作控制台与仪器支架;软件包括信息采集软件模块、无线传输控制模块以及实时计算存储模块。其中信息采集软件模块内嵌在信息采集智能终端中;无线传输控制模块分别部署在信息采集智能终端与用户操作控制台内,负责建立信息采集终端与用户操作控制台连接;实时计算存储模块内嵌在用户操作控制台智能终端系统内。图1分别显示了LAISmart各模块之间的连接关系(a)以及LAISmart系统设计图(b)。

  信息采集智能终端和用户操作控制台分别是一个智能手机系统,其中智能手机硬件系统要求配置GPS传感器、陀螺仪传感器、环境光照传感器、成像传感器、WIFI传感器,操作系统为安卓4.0以上。

  信息采集软件负责完成成像传感器、GPS传感器、陀螺传感器信息采集,并将采集到的传感器数据通过无线传输控制模块发送到用户操作控制台。LAI实时计算存储模块部署在用户操作控制台内,负责接收无线传输控制模块传来的图像并对图像进行自动处理,并负责把处理结果保存在用户操作控制台终端的存储器上。在LAISmart系统开始工作的时候,首先打开用户操作控制台的无线热点功能,信息采集智能终端通过wifi与用户操作控制台的无线热点建立连接,从而达到在用户操作控制台上管理、控制信息采集智能终端的目的。

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