專利名稱：便攜式多通道作物葉片氮素營養(yǎng)指標無損監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及針對作物(水稻和小麥)葉片氮素營養(yǎng)指標的便攜式無損、實時監(jiān)測裝置，屬于作物生產(chǎn)技術領域，專用于作物田間生產(chǎn)的實時監(jiān)測和精確施肥管理。
背景技術：
作物氮素營養(yǎng)指標無損監(jiān)測是精確農(nóng)業(yè)的重要技術支撐之一，其目的是為了實時掌握作物生長狀況，及時發(fā)布監(jiān)測診斷預報，以指導氮肥的定量管理和精確投入，并為預測作物單產(chǎn)和總產(chǎn)提供重要依據(jù)和參考。
氮素是作物生長必須的6種大量元素之中最重要的元素，是作物體內(nèi)葉綠體和蛋白質(zhì)構成的必須元素。氮素的缺乏會嚴重影響作物的長勢、產(chǎn)量和品質(zhì)，施用氮素化肥已是我國作物高產(chǎn)的主要農(nóng)作技術之一。但是，我國是氮肥消耗量最大、也是過量施氮最嚴重的國家，單位耕地面積上年均用量為184kg/hm2，是世界平均水平的3倍。過量施氮不僅降低食品安全質(zhì)量；導致氮肥利用率降低(麥類作物和秋熟作物的氮肥損失率分別為14％～55％和18％～53％)，生產(chǎn)成本增高；還造成水體污染，水資源和水產(chǎn)資源遭到破壞，引起嚴重的環(huán)境問題。運用便攜式作物氮素營養(yǎng)指標無損監(jiān)測裝置指導田間精確施肥是解決施氮失當問題的重要技術支撐。
傳統(tǒng)的作物生長監(jiān)測以實驗室破壞性分析為基礎，時效性弱?；瘜W分析法費時煩瑣，對植株具有破壞性，不適宜于田間實時監(jiān)測和指導；田間速測法精度過低。
作物的含氮量與葉片的色澤密切相關，根據(jù)不同含氮量作物冠層反射率曲線特性的分析，可得到作物的氮素營養(yǎng)指標和其它多種農(nóng)學參數(shù)。Stone等人(Transactions of ASAE，1996)用便攜式光纖光譜儀測量光譜反射率，采用NDVI值來評價氮利用率和氮肥需要量。Blackmer等(Agronomy Joumal，1996)的研究發(fā)現(xiàn)氮素影響葉片的反射光譜和透射光譜。這些研究成果奠定了基于光譜的作物生長監(jiān)測的理論基礎，并首先在農(nóng)業(yè)空間信息遙感上得到成功應用(如大面積估產(chǎn)等)，為宏觀決策提供數(shù)據(jù)支持。但遙感信息的獲取受到大氣窗口等多種因素的制約，滯后性嚴重，時效性差，不能用于田間生產(chǎn)的實時監(jiān)測和施肥指導，昂貴的遙感信息費用也直接制約其在田間生產(chǎn)中的應用。
本課題組以不同年份、不同品種、不同施氮水平的田間試驗為基礎，利用MSR-16型光譜儀，綜合分析了作物葉片氮含量和氮積累量與冠層反射光譜的定量關系，明確了作物葉片氮含量和氮積累量的特征光譜參數(shù)，并確立了葉片氮素營養(yǎng)的定量光譜監(jiān)測方程(朱艷等，生態(tài)學報.2006；朱艷等，植物生態(tài)學報.2006；李映雪等，應用生態(tài)學報，2006)，從而為研制便攜式作物葉片氮素營養(yǎng)指標無損監(jiān)測裝置提供了理論基礎。
利用作物的光譜反射率作為測量手段的裝置有多種。美國ASD(Analytical SpectralDevices)公司生產(chǎn)的用于測量地物光譜反射率的系列光譜輻射儀，其測量精度和光譜分辨率都很高，但它們的色散元件都是采用全息反射光柵，導致儀器價格昂貴，適用于科學研究但不適用于田間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別是不適用于生產(chǎn)一線人員使用。
另有一種便攜式農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置(專利號93237680.0)，利用雙積分球測量光譜以獲取農(nóng)作物葉片光譜反射量與透射量，通過處理運算得到能反映葉片含水量、葉綠素含量等指標參數(shù)。但該裝置需攜帶光源、電機、電機帶動的多光譜轉盤等設備，限制了其在農(nóng)田現(xiàn)場實時測量的可能性。
美國CROPSCAN公司的地物光譜儀能用于測量和獲取植物反射光譜，為研究植物光譜特征、生長指標與估產(chǎn)的農(nóng)學機理研究提供光譜數(shù)據(jù)資料，但不具備監(jiān)測氮素的功能。日本研制生產(chǎn)了便攜式葉綠素計(SPAD-502，Konica Minolta Sensing，Inc.)，用于田間作物氮素營養(yǎng)的診斷和指導施肥，但在生產(chǎn)應用中其讀數(shù)值(SPAD值)必須建立校正曲線或改進算法才能適應監(jiān)測的需要，這需要實驗室的配合，因而也不是快速和非破壞性的監(jiān)測診斷方法。
國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術研究中心研制了歸一植被差異指數(shù)(NDVI)儀，可用于測量冬小麥的NDVI值，并反演出冬小麥的葉面積和葉綠素密度，但該儀器不能直接示出作物葉片氮素含量和氮積累量等綜合生長指標。中國農(nóng)業(yè)大學研制了溫室作物實時診斷儀，該儀器適宜于對單個葉片作接近測量或對單株園藝植物作接近測量，不針對大田作物冠層的監(jiān)測。
綜上所述，針對作物氮素營養(yǎng)等生長指標，目前還沒有一個簡便、快捷和令人滿意的田間實時無損監(jiān)測裝置，并用于指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明裝置時效性高，無需化學藥品，具有便攜、快速、簡便和非破壞性的優(yōu)點，特別適合于田間實時監(jiān)測和精確施肥的田間管理。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有監(jiān)測裝置的缺陷，研制出一種便攜式多通道作物葉片氮素營養(yǎng)指標無損監(jiān)測裝置，具備適于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線人員田間操作、實時無損監(jiān)測和田間實時管理指導的特點。
技術方案1、一種便攜式多通道作物葉片氮素營養(yǎng)指標無損監(jiān)測裝置，主要由支架、光譜信號采集總成和主機三個部分組成(如圖1)，光譜信號采集總成和主機之間由信號線路連接；光譜信號采集總成、主機都通過接頭與支架連接固定；可在田間監(jiān)測現(xiàn)場將這三個部分組合成監(jiān)測裝置；監(jiān)測結束后可再拆分成三個部分，以便于攜帶、保護和運輸；其特征在于(1)支架由可調(diào)伸縮支承桿和角度調(diào)節(jié)器組成(如圖1)；可調(diào)伸縮支承桿能夠根據(jù)田間作物高度和監(jiān)測范圍(視場)的要求，任意調(diào)節(jié)支撐桿的長度；角度調(diào)節(jié)器連接光譜信號采集部件和可調(diào)伸縮支承桿，能夠根據(jù)田間現(xiàn)場監(jiān)測的操作要求任意調(diào)節(jié)光譜信號采集部件相對于可調(diào)伸縮支承桿的角度；(2)光譜信號采集總成由光譜信號采集部件(如圖2)和外殼組成(如圖1)；外殼用于固定光譜信號采集部件，并通過接頭與支架上的角度調(diào)節(jié)器相連接；光譜信號采集部件由四個入射光管、四個反射光管和管座構成，管座用于固定四個入射光管和四個反射光管；四個入射光管的結構相同(如圖3)，由乳玻璃、物鏡、窄帶干涉濾光片和光電探測器組成；四個反射光管的結構相同(如圖4)，由窗口玻璃、物鏡、窄帶干涉濾光片、場鏡和光電探測器構成；窄帶干涉濾光片只允許給定波長的光波通過，8個窄帶干涉濾光片分成4組，每組包含相同的兩只濾光片，分別組裝于入射光管和反射光管，4組濾光片的中心波長分別位于610nm、660nm、810nm、1220nm，干涉濾光片的帶寬為±10nm；四個入射光管和四個反射光管構成了8個采集通道，每個通道的光電探測器的輸出電流信號經(jīng)由信號連接線路傳至主機內(nèi)的模擬信號調(diào)理模塊(如圖5)；(3)主機由主機外殼、硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構成；①主機外殼用于固定硬件系統(tǒng)，通過接頭與可調(diào)伸縮支承桿連接；主機外殼上設有水平儀；②硬件系統(tǒng)(圖5)由模擬信號調(diào)理模塊、A/D轉換模塊、單片機模塊、存儲模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、通訊模塊和電源管理模塊組成。模擬信號調(diào)理模塊的前端是光管中的光電探測器，后端是A/D轉換模塊；A/D轉換模塊的后端是單片機模塊；單片機模塊接收并按設定程序處理來自A/D轉換模塊的數(shù)字量；融合有葉片氮素營養(yǎng)的定量光譜監(jiān)測方程和參數(shù)調(diào)校算法的軟件程序固化在單片機模塊里；存儲模塊與單片機模塊相連；顯示模塊與單片機模塊相連；鍵盤模塊與單片機模塊相連；通訊模塊是單片機模塊和外部計算機的數(shù)據(jù)通訊接口；電源管理模塊是整個硬件系統(tǒng)的供電和監(jiān)視模塊，當電源電壓降低到設定程度后，該模塊產(chǎn)生低電壓報警，提醒更換電池。
③軟件系統(tǒng)采用C51單片機語言編寫；在軟件系統(tǒng)中融合了葉片氮素營養(yǎng)的定量光譜監(jiān)測方程和參數(shù)調(diào)校算法；軟件系統(tǒng)設計框圖如圖6所示。
有益效果本發(fā)明與已有裝置相比，具有以下的特點和有益效果(1)稻、麥是我國的主栽糧食作物，針對稻、麥生產(chǎn)過程中的氮素施肥精確管理對增強我國糧食安全、降低環(huán)境污染和提高農(nóng)業(yè)效益具有關鍵作用；本發(fā)明裝置將稻麥葉片氮素營養(yǎng)的定量光譜監(jiān)測方程和校正參數(shù)算法方程融合在軟硬件系統(tǒng)中，直接應用于水稻和小麥生長過程中的氮素營養(yǎng)指標監(jiān)測；本發(fā)明裝置時效性高，無需破壞性測量和化學藥品，具有快捷、無損、實時和便于田間現(xiàn)場監(jiān)測的優(yōu)點；監(jiān)測結果既可即時讀取，用于指導農(nóng)田現(xiàn)場的施氮管理；又可輸入計算機用于現(xiàn)場或室內(nèi)會商分析，為精確農(nóng)業(yè)的決策提供數(shù)據(jù)支持，特別適合于田間實時監(jiān)測和精確施肥的田間管理。
(2)本發(fā)明裝置采用四波段(610nm、660nm、810nm、1220nm)八通道設計，通過四個波段間的相互配合，監(jiān)測冠層葉片氮含量、氮積累量和葉面積指數(shù)三個指標，不僅從根本上保證了高監(jiān)測精度，還為作物的氮素營養(yǎng)水平分析提供了三個不同方面的數(shù)據(jù)指標，保證了監(jiān)測結果的可靠性和穩(wěn)定性；(3)本發(fā)明裝置根據(jù)田間操作使用的要求和特點，采用固定化和密封化設計方案，將用于光譜信號采集和轉換的多個零件(如濾光片、透鏡、乳玻璃、探測器等)固定安裝在密閉的光管內(nèi)，構成光管單元，再將八個光管固定在管座內(nèi)，構成光譜信號采集部件，在整個部件內(nèi)沒有電機和轉盤等轉動和活動的零件，提高了裝置的可靠性和穩(wěn)定性，適于田間操作和攜帶運輸；四

圖1為本發(fā)明裝置的整體結構示意圖；圖2為本發(fā)明裝置的光譜信號采集部件示意圖；圖3為本發(fā)明裝置的入射光管結構示意圖；圖4為本發(fā)明裝置的反射光管結構示意圖；圖5為本發(fā)明裝置的主機硬件結構示意6為本發(fā)明裝置的主機軟件系統(tǒng)設計框圖；圖注說明1-4.入射光管 5-8.反射光管 9.光譜信號采集總成 10.可調(diào)伸縮支承桿 11.主機12.探測區(qū)域 13.光信號輸入接口 14.水平儀 15.電源開關 16.串行接口17.主機外殼 18.主機面板 19.LCD顯示器 20.鍵盤按鍵 21.角度調(diào)節(jié)器22.管座 23.乳玻璃 24.物鏡 25.窄帶干涉濾光片 26.光電探測器27.窗口玻璃 28.物鏡 29.窄帶濾光片 30.場鏡 31.光電探測器五具體實施方式
(一)本發(fā)明裝置的田間應用與操作1、田間組裝首先，通過接頭將主機11與支架的可調(diào)伸縮支承桿10連接固定，再將光譜信號采集總成9通過接頭與支架上的角度調(diào)節(jié)器21連接；用信號連接線將光譜信號采集總成9和主機11上的信號線接入口13；根據(jù)田間作物的高度和監(jiān)測要求調(diào)節(jié)可調(diào)伸縮支承桿10的長度，以滿足監(jiān)測視場，即探測區(qū)域12的大小要求；根據(jù)操作者的操作需要調(diào)整角度調(diào)節(jié)器21的角度，將隨機配備的水平標尺放置在光譜信號采集總成9的頂面，配合主機外殼17上的水平儀14調(diào)水平。
2、參數(shù)調(diào)校將隨機配備的標準白板置于光譜信號采集總成9的正下方，依據(jù)主機11上水平儀調(diào)節(jié)整個裝置使之處于水平，按動鍵盤按鍵20(圖1)中的參數(shù)校正鍵(圖6)，裝置自動完成參數(shù)調(diào)校，主機11將調(diào)校參數(shù)自動保存，供主機軟件系統(tǒng)自動調(diào)用。
3、田間監(jiān)測按下主機上的電源開關15，裝置啟動，顯示屏19顯示”O(jiān)K”。田間監(jiān)測時，操作者手持支架，并選定監(jiān)測點，使光譜信號采集總成9位于作物冠層上方，通過觀察主機上的水平儀14調(diào)節(jié)支架，使光譜信號采集總成處于水平。操作者根據(jù)監(jiān)測指標的需要，選擇并按動主機面板18上的按鍵(在每個按鍵上都有功能標注，如小麥氮含量、小麥氮積累量等，如圖6)，裝置自動完成監(jiān)測，并在顯示屏19上顯示監(jiān)測結果，同時把監(jiān)測結果保存在存儲器中。當電池電量低于設定制時，裝置自動報警，提醒及時更換電池。
4、拆卸裝箱田間監(jiān)測工作完成后，分別從支架上拆卸光譜信號采集總成9和主機11，連同隨機配備的標準白板和水平標尺一起裝箱，以便于攜帶和保存。
(二)本發(fā)明裝置的工作原理(圖5)1、光譜信號采集光譜信號采集由光譜信號采集部件(如圖2)中的管座22、四個入射光管1-4和四個反射光管5-8完成，分別構成了四個入射光譜信號采集通道和四個反射光譜信號采集通道。四個入射光管的結構相同(如圖3)，由乳玻璃23、物鏡24、窄帶干涉濾光片25和光電探測器26組成；入射光管1-4位于光譜信號采集總成9的上方，用于采集來自太陽的光譜信息；四個反射光管的結構相同(如圖4)，由窗口玻璃27、物鏡28、窄帶干涉濾光片29、場鏡30和光電探測器31構成；四個入射光管分別采集610nm、660nm、810nm和1220nm波段的太陽入射光譜信號；四個反射光管分別采集610nm、660nm、810nm和1220nm波段的作物冠層反射光譜信號；每個波段由反射光管和入射光管2個通道構成，總計有四個波段八個采集通道。下面以660nm波段為例說明光譜信號采集原理位于光譜信號采集總成上方的660nm波段的入射光管采集太陽入射光譜信號(如圖1和圖2)。太陽光首先通過圖3中的乳玻璃23實現(xiàn)余弦校正，然后經(jīng)物鏡24匯聚，在經(jīng)過中心波長為660nm窄帶干涉濾光片25后，只有中心波長為660nm(半寬為±10nm)的太陽光被光電探測器26接收感測，并轉換為相應強度的電流信號；位于光譜信號采集總成的下方的660nm波段的反射光管采集作物冠層反射光譜信號(如圖1和圖2)；冠層反射光經(jīng)過圖4中的窗口玻璃27后，由物鏡28作光場變換，在經(jīng)過中心波長為660nm窄帶干涉濾光片29后，只有中心波長為660nm(半寬為±10nm)的作物冠層反射光通過場鏡30變換光場后被光電探測器31接收感測，并轉換為相應強度的電流信號；其余三個波段的入射光和反射光的信號采集遵循同樣的原理；2、模擬信號調(diào)理與A/D轉換每個光管(通道)的光電探測器的輸出電流信號是模擬電流信號，經(jīng)由信號連接線路并通過主機11上的信號線接入口13傳至主機內(nèi)的模擬信號調(diào)理模塊(如圖5)，由該模塊硬件電路將模擬電流信號轉換為電壓信號，并實施放大、去噪聲和濾波處理；經(jīng)過處理的模擬信號經(jīng)A/D轉換模塊(圖5)后，被轉換成數(shù)字信號供單片機模塊處理；3、氮素營養(yǎng)指標的計算、存儲、顯示與通信葉片氮素營養(yǎng)的定量光譜監(jiān)測方程(如下式1-式10)和參數(shù)校正算法(式11和式12)融合在軟件程序里，軟件程序則固化在單片機模塊硬件電路里；單片機硬件電路接收來自A/D轉換模塊的數(shù)字信號(如圖5)；操作者根據(jù)監(jiān)測指標的需要按動鍵盤模塊(圖6)上相應的按鍵，軟件依據(jù)定量光譜監(jiān)測方程計算所對應的氮素營養(yǎng)指標，并把計算結果送往存儲模塊和顯示模塊(圖5)；田間監(jiān)測完畢后，通過數(shù)據(jù)通信模塊(圖5)將數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)據(jù)上傳至外部計算機中。
1)歸一化植被指數(shù)NDVI(Differential vegetation index)的定義為NDVI(λ1,λ2)=Rλ1-Rλ2Rλ1+Rλ2---(1)]]>式中，Rλ1和Rλ2表示某特征光波段處作物冠層的反射率，由主機程序依據(jù)接收到的光譜信號求算；2)比值植被指數(shù)RVI(ratio vegetation index)的定義為RVI(λ1,λ2)=Rλ1Rλ2---(2)]]>3)葉片氮素營養(yǎng)定量光譜監(jiān)測方程本課題組以不同年份、不同品種、不同施氮水平的田間試驗為基礎，利用MSR-16型光譜儀，綜合分析了作物葉片氮素營養(yǎng)指標與冠層反射光譜的定量關系，明確了作物葉片氮含量和氮積累量的特征光譜參數(shù)(即610nm、660nm、810nm、1220nm)，并確立了葉片氮素營養(yǎng)的定量光譜監(jiān)測方程，為本發(fā)明裝置的提供了理論基礎；定量光譜監(jiān)測方程如下水稻氮含量YY＝3.742×NDVI1.0968(3)小麥氮含量YY＝4.6138×NDVI1.5992(4)其中，NDVI(1220,610)=R1220-R610R1220+R610---(5)]]>水稻氮積累量YY＝0.3618×RVI(810，610)+1.265(6)小麥氮積累量YY＝0.4776×RVI(810，660)0.9143(7)水稻和小麥的葉面積指數(shù)(LAI)Y＝0.208×RVI(810，660)+0.579(8)其中，RVI(810,660)=R810R660---(9)]]>RVI(810,610)=R810R610---(10)]]>
上述定量光譜方程融合在單片機軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算模塊里，由單片機根據(jù)鍵盤指令調(diào)用對應的方程，計算相應的氮素營養(yǎng)指標參數(shù)。
4)特征光波段處作物冠層的反射率Rλ和調(diào)校參數(shù)的算法Rλ=kERλEλ---(11)]]>式中，Eλ為某特征波長處的太陽入射光信號，ERλ為對應波段處作物冠層的反射光信號，k為相應波段處的比例常數(shù)，由裝置的光學系統(tǒng)、光電探測器、信號調(diào)理放大電路及其他電路的特性參數(shù)決定；λ分別取610nm、660nm、810nm和1220nm；k的算法如下k=ERλ1×Eλ2ERλ2×Eλ1---(12)]]>式中，λ1和λ2是指不同的2個波段。
k的算法和方程(11)融合在單片機軟件系統(tǒng)的修正參數(shù)標定模塊，在田間監(jiān)測前，通過該模塊和標準白板自動完成k的求算。
權利要求
1.一種便攜式多通道作物葉片氮素營養(yǎng)指標無損監(jiān)測裝置，主要由支架、光譜信號采集總成和主機3個部分組成，支架由可調(diào)伸縮支承桿和角度調(diào)節(jié)器組成，光譜信號采集總成和主機之間由信號線路連接，光譜信號采集總成通過接頭與角度調(diào)節(jié)器連接，主機通過接頭與可調(diào)伸縮支承桿連接固定，其特征在于(1)光譜信號采集總成由光譜信號采集部件和外殼組成；外殼用于固定光譜信號采集部件，并通過接頭與支架上的角度調(diào)節(jié)器相連接；光譜信號采集部件由4個入射光管、4個反射光管和管座構成，管座用于固定4個入射光管和4個反射光管；4個入射光管的結構相同，由乳玻璃、物鏡、窄帶干涉濾光片和光電探測器組成；4個反射光管的結構相同，由窗口玻璃、物鏡、窄帶干涉濾光片、場鏡和光電探測器構成；窄帶干涉濾光片只允許給定波長的光波通過，8個窄帶干涉濾光片分成4組，每組包含相同的兩只濾光片，分別用于入射光管和反射光管，它們的中心波長分別位于610nm、660nm、810nm、1220nm，干涉濾光片的帶寬為±10nm；4個入射光管和4個反射光管構成了8個采集通道，每個通道的光電探測器的輸出電流信號經(jīng)由信號連接線路傳至主機內(nèi)的模擬信號調(diào)理模塊；(2)主機由主機外殼、硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構成；①主機外殼用于固定硬件系統(tǒng)，通過接頭與可調(diào)伸縮支承桿連接；主機外殼上設有水平儀；②硬件系統(tǒng)由模擬信號調(diào)理模塊、A/D轉換模塊、單片機模塊、存儲模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、通訊模塊和電源管理模塊組成，模擬信號調(diào)理模塊的前端是光管中的光電探測器，后端是A/D轉換模塊；A/D轉換模塊的后端是單片機模塊；單片機模塊接收并按設定程序處理來自A/D轉換模塊的數(shù)字量；融合有葉片氮素營養(yǎng)的定量光譜監(jiān)測方程和參數(shù)調(diào)校算法的軟件程序固化在單片機模塊里；存儲模塊與單片機模塊相連；顯示模塊與單片機模塊相連；鍵盤模塊與單片機模塊相連；通訊模塊是單片機模塊和外部計算機的數(shù)據(jù)通訊接口；電源管理模塊是整個硬件系統(tǒng)的供電和監(jiān)視模塊，當電源電壓降低到設定程度后，該模塊產(chǎn)生低電壓報警，提醒更換電池；③軟件系統(tǒng)采用C51單片機語言編寫；軟件固化在單片機硬件系統(tǒng)中；在軟件系統(tǒng)中融合了葉片氮素營養(yǎng)的定量光譜監(jiān)測方程和參數(shù)調(diào)校算法，分別為式1至式10水稻氮含量YY＝3.742×NDVI1.0968(1)小麥氮含量YY＝4.6138×NDVI1.5992(2)其中，NDVI(1220,610)=R1220-R610R1220-R610---(3)]]>水稻氮積累量YY＝0.3618×RCI(810，610)+1.265(4)小麥氮積累量YY＝0.4776×RVI(810，660)0.9143(5)水稻和小麥的葉面積指數(shù)(LAI)Y＝0.208×RVI(810，660)+0.579 (6)其中，RVI(810,660)=R810R660---(7)]]>RVI(810,610)=R810R610---(8)]]>特征光波段處作物冠層的反射率Rλ的方程Rλ=kERλEλ---(9)]]>式中，Eλ為某特征波長處的太陽入射光信號，俄ERλ為對應波段處作物冠層的反射光信號，k為相應波段處的調(diào)校參數(shù)，由裝置的光學系統(tǒng)、光電探測器、信號調(diào)理放大電路及其他電路的特性參數(shù)決定；λ分別取610nm、660nm、810nm和1220nm；其中，k的算法如下k=ERλ1×Eλ2ERλ2×Eλ1---(10)]]>式中，λ1和λ2分別指2個不同的波段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于冠層反射光譜的作物葉片氮素營養(yǎng)指標無損監(jiān)測和裝置，屬于作物生產(chǎn)技術領域，專用于作物田間生產(chǎn)的實時監(jiān)測和精確施肥管理指導。主要由支架、光譜信號采集總成和主機3個部分組成；光譜信號采集采用4波段8通道設計，硬件系統(tǒng)由模擬信號調(diào)理模塊、A/D轉換模塊、單片機模塊、存儲模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、通訊模塊和電源管理模塊組成，軟件系統(tǒng)采用C51單片機語言編寫。監(jiān)測冠層葉片氮含量、氮積累量和葉面積指數(shù)3個指標，不僅保證了高監(jiān)測精度，還為作物的氮素營養(yǎng)水平分析提供了3個不同方面的數(shù)據(jù)指標，保證了監(jiān)測結果的可靠性和穩(wěn)定性；具備適于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線人員田間操作、實時無損監(jiān)測和田間實時管理指導的特點。
文檔編號G01N33/00GK101021472SQ200710019340
公開日2007年8月22日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權日2007年1月17日
發(fā)明者曹衛(wèi)星, 徐志剛, 朱艷, 焦學磊, 田永超, 姚霞, 戴廷波 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學