水稻株型測(cè)量?jī)x及其測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水稻株型測(cè)量?jī)x及其測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法，一種水稻株型測(cè)量?jī)x，包括設(shè)于底座上的一中心角略大于180度的圓弧形滑道；一底部結(jié)合滑條的高度標(biāo)尺，該滑條嵌入滑道內(nèi)，且滑道上設(shè)有角度刻度規(guī)；一滑動(dòng)座嵌設(shè)于高度標(biāo)尺上；一莖稈指針垂直穿過(guò)滑動(dòng)座和高度標(biāo)尺，并能相對(duì)高度標(biāo)尺前后、上下移動(dòng)，且該莖稈指針始終指向底座的中心軸線；一葉方位指針的一端經(jīng)第一連接關(guān)節(jié)連接于莖稈指針一端，且該葉方位指針能繞第一連接關(guān)節(jié)在與底座平行的平面旋轉(zhuǎn)，該第一連接關(guān)節(jié)處設(shè)有一葉方位角度盤；該葉方位指針的另一端經(jīng)第二連接關(guān)節(jié)連接一葉曲線指針，該葉曲線指針能繞著第二連接關(guān)節(jié)在與底座垂直的平面旋轉(zhuǎn)，且該葉曲線指針上設(shè)有刻度規(guī)，該第二連接關(guān)節(jié)處設(shè)有一葉曲線角度盤。
【專利說(shuō)明】水稻株型測(cè)量?jī)x及其測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水稻株型測(cè)量技術(shù)，特別是涉及水稻特征參數(shù)測(cè)量?jī)x和水稻株型三維模擬數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)x。
【背景技術(shù)】
[0002]水稻株型是指水稻的形態(tài)特征、空間排列方式以及各性狀之間的關(guān)系，如水稻高矮、分蘗集散、葉片的長(zhǎng)短、寬窄及角度、穗形、個(gè)體在群體中的排列方式及其幾何結(jié)構(gòu)。
[0003]水稻株型改良對(duì)提高單產(chǎn)具有重要的作用。從我國(guó)水稻產(chǎn)量的兩次突破來(lái)看，矮桿品種比高桿品種增產(chǎn)、雜交稻比矮桿品種增產(chǎn)的重要原因之一就在于株型的改良。株型改良的第一階段是矮化育種，第二階段是理想株型育種，它的發(fā)展方向是形態(tài)與機(jī)能兼顧，理想株型與優(yōu)勢(shì)利用相結(jié)合。所以，理想株型的研究越來(lái)越受到育種家的重視和關(guān)心。
[0004]理想株型模擬表述是對(duì)作物的形態(tài)特征、空間排列方式以及各性狀之間的關(guān)系，如植株高矮、分蘗集散、葉片的長(zhǎng)短、寬窄及角度、穗形、個(gè)體在群體中的排列方式及其幾何結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬。株型模擬的基礎(chǔ)是株型模型。理想株型模擬的目的在于為理想株型的選擇，田間管理優(yōu)化提供理論支持。這是因?yàn)樵谝欢ǖ纳L(zhǎng)環(huán)境中，株型是聯(lián)系作物品種、田間管理和作物產(chǎn)量的橋梁。作物品種、田間管理直接影響株型差異，株型差異通過(guò)作物冠層的光分布和透氣情況影響光合作用，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量。在育種方面，育種專家可以利用模擬技術(shù)，根據(jù)品種株型可能產(chǎn)生的效應(yīng)，確定所要選育品種的方向。例如國(guó)際水稻研究所已開始用作物株型模型模擬作物形態(tài)和生理特征在不同環(huán)境下的變化進(jìn)行育種，幫助選擇理想株型。在田間管理方面，可以利用模擬技術(shù)，模擬播種時(shí)期、種植密度、灌溉制度、月巴料使用對(duì)株型的影響，優(yōu)化田間配置以提高長(zhǎng)期平均產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。
[0005]理想株型模擬的基礎(chǔ)是株型數(shù)據(jù)采集。如何精確采集葉基高、葉方位角、葉基角、披垂角等株型特征參數(shù)和三維株型構(gòu)建所需的葉脈空間坐標(biāo)等株型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是株型模擬的基礎(chǔ)。
[0006]然而由于水稻群體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，株型特征參數(shù)和株型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的采集仍是株型模擬的難題。目前全國(guó)重要的水稻研究單位都沒有建立一套合適的株型特征參數(shù)和株型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集設(shè)備和技術(shù)。目前株型特征參數(shù)和株型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集的常用方法主要包括用量角、直尺、位置工具的手工測(cè)量方式和基于圖像處理、數(shù)字化儀和掃描儀的方法。手工測(cè)量方式設(shè)備成本低，但是測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度大，精度低?；趫D像處理、數(shù)字化儀和掃描儀的方法速度快，但是價(jià)格高、后期數(shù)據(jù)處理復(fù)雜、特征提取困難、推廣難。因此根據(jù)水稻株型葉片對(duì)生性和葉脈不扭曲等特征，設(shè)計(jì)株型特征參數(shù)和株型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集輔助設(shè)備具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為簡(jiǎn)便、快捷、精確地采集水稻的株型特征參數(shù)和株型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，本發(fā)明提供一種水稻株型測(cè)量?jī)x及其測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法。[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的水稻株型測(cè)量?jī)x，其包括一底座，該底座上設(shè)有一內(nèi)凹型滑道，且該底座、滑道分別為中心角略大于180度的圓弧，兩圓弧的圓心重合于一處；一高度標(biāo)尺的底部固定結(jié)合有滑條，該滑條嵌入滑道內(nèi)，且該滑條是與該滑道等半徑的圓弧形滑條，使得滑條能在滑道內(nèi)移動(dòng)，從而相應(yīng)帶動(dòng)高度標(biāo)尺沿滑道移動(dòng)，同時(shí)該滑道上設(shè)有角度刻度規(guī)以測(cè)量滑條移動(dòng)的角度；一滑動(dòng)座活動(dòng)嵌設(shè)于該高度標(biāo)尺上，并能沿高度標(biāo)尺上、下移動(dòng)；一莖桿指針垂直穿過(guò)該滑動(dòng)座和高度標(biāo)尺，并能相對(duì)高度標(biāo)尺前后移動(dòng)，還能隨滑動(dòng)座沿高度標(biāo)尺上、下移動(dòng)，該高度標(biāo)尺上設(shè)有高度規(guī)以測(cè)量莖桿指針距離底座上表面的距離，且該莖桿指針始終指向該底座的中心軸線，該莖桿指針上設(shè)有長(zhǎng)度規(guī)以測(cè)量葉基到高度標(biāo)尺的距離；一葉方位指針的一端經(jīng)第一連接關(guān)節(jié)連接于莖桿指針指向底座中心軸線的一端，且該葉方位指針能繞第一連接關(guān)節(jié)在與底座平行的平面旋轉(zhuǎn)，該第一連接關(guān)節(jié)處設(shè)有一葉方位角度盤以測(cè)量葉方位指針與莖桿指針的夾角；該葉方位指針的另一端經(jīng)第二連接關(guān)節(jié)連接一葉曲線指針，該葉曲線指針能繞著第二連接關(guān)節(jié)在與底座垂直的平面旋轉(zhuǎn)，且該葉曲線指針上設(shè)有刻度規(guī)，該第二連接關(guān)節(jié)處設(shè)有一葉曲線角度盤以測(cè)量葉曲線指針與葉方位指針的夾角，該葉曲線刻度盤固定在葉曲線指針上。
[0009]進(jìn)一步地，該滑道由第一、二滑條壓腳固設(shè)于底座上形成。
[0010]進(jìn)一步地，該滑動(dòng)座和高度標(biāo)尺之間嵌耐磨銅片。
[0011]進(jìn)一步地，滑道上的角度刻度規(guī)的角度為以逆時(shí)針?lè)较驈牧愣鹊?80度標(biāo)刻；高度標(biāo)尺上的高度規(guī)由下到上從零毫米到6000毫米標(biāo)刻；莖桿指針上的長(zhǎng)度規(guī)從莖桿指針與葉方位指針連接端的端點(diǎn)開始從零毫米開始標(biāo)刻；葉方位角度盤的零度方向與莖桿指針平行，且按逆時(shí)針?lè)较驑?biāo)刻；葉曲線指針的刻度規(guī)的刻度由第二連接關(guān)節(jié)開始從O毫米沿葉曲線指針按增加的方式標(biāo)刻。
[0012]進(jìn)一步地,該第二連接關(guān)節(jié)距葉方位指針的外伸端15厘米，以方便操作。
[0013]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種利用上述水稻株型測(cè)量?jī)x測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法，其包括以下步驟:
[0014]①將水稻株型測(cè)量?jī)x置于水平桌面上，稻株于底座間直立放置；
[0015]②移動(dòng)高度標(biāo)尺和滑動(dòng)座，使莖桿指針指向底座中心軸線的端頭與該稻株一分蘗的一葉片的葉基接觸，通過(guò)滑道上的角度刻度規(guī)得到莖桿的方位角Θ，通過(guò)高度標(biāo)尺上的高度規(guī)得到該葉基到稻株基部的距離h，通過(guò)莖桿指針上的長(zhǎng)度規(guī)得到該葉基到高度標(biāo)尺的距離r ；
[0016]③根據(jù)圓柱坐標(biāo)原理，計(jì)算葉基的空間位置:
[0017]r ≤R 時(shí)，
【權(quán)利要求】
1.一種水稻株型測(cè)量?jī)x，其包括一底座(7)，其特征在于，該底座上設(shè)有一內(nèi)凹型滑道(15),且該底座、滑道分別為中心角略大于180度的圓弧,兩圓弧的圓心重合于一處；一高度標(biāo)尺(2)的底部固定結(jié)合有滑條(16)，該滑條嵌入滑道內(nèi)，且該滑條是與該滑道等半徑的圓弧形滑條，使得滑條能在滑道內(nèi)移動(dòng)，從而相應(yīng)帶動(dòng)高度標(biāo)尺沿滑道移動(dòng)，同時(shí)該滑道上設(shè)有角度刻度規(guī)以測(cè)量滑條移動(dòng)的角度；一滑動(dòng)座(3)活動(dòng)嵌設(shè)于該高度標(biāo)尺上，并能沿高度標(biāo)尺上、下移動(dòng)；一莖桿指針(11)垂直穿過(guò)該滑動(dòng)座和高度標(biāo)尺，并能相對(duì)高度標(biāo)尺前后移動(dòng)，還能隨滑動(dòng)座沿高度標(biāo)尺上、下移動(dòng)，該高度標(biāo)尺上設(shè)有高度規(guī)以測(cè)量莖桿指針距離底座上表面的距離，且該莖桿指針始終指向該底座的中心軸線，該莖桿指針上設(shè)有長(zhǎng)度規(guī)以測(cè)量葉基到高度標(biāo)尺的距離；一葉方位指針(12)的一端經(jīng)第一連接關(guān)節(jié)(14)連接于莖桿指針指向底座中心軸線的一端，且該葉方位指針能繞第一連接關(guān)節(jié)在與底座平行的平面旋轉(zhuǎn)，該第一連接關(guān)節(jié)處設(shè)有一葉方位角度盤(13)以測(cè)量葉方位指針與莖桿指針的夾角；該葉方位指針的另一端經(jīng)第二連接關(guān)節(jié)(19)連接一葉曲線指針(18)，該葉曲線指針能繞著第二連接關(guān)節(jié)在與底座垂直的平面旋轉(zhuǎn)，且該葉曲線指針上設(shè)有刻度規(guī)，該第二連接關(guān)節(jié)處設(shè)有一葉曲線角度盤(20)以測(cè)量葉曲線指針與葉方位指針的夾角，該葉曲線刻度盤固定在葉曲線指針上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水稻株型測(cè)量?jī)x，其特征在于，該滑道(15)由第一、二滑條壓腳(5、6)固設(shè)于底座上形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水稻株型測(cè)量?jī)x，其特征在于，該滑動(dòng)座和高度標(biāo)尺之間嵌耐磨銅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水稻株型測(cè)量?jī)x，其特征在于，滑道上的角度刻度規(guī)的角度為以逆時(shí)針?lè)较驈牧愣鹊?80度標(biāo)刻；高度標(biāo)尺上的高度規(guī)由下到上從零毫米到6000毫米標(biāo)刻；莖桿指針上的長(zhǎng)度規(guī)從莖桿指針與葉方位指針連接端的端點(diǎn)開始從零毫米開始標(biāo)刻；葉方位角度盤的零度方向與莖桿指針平行，且按逆時(shí)針?lè)较驑?biāo)刻；葉曲線指針的刻度規(guī)的刻度由第二連接關(guān)節(jié)開始從O毫米沿葉曲線指針按增加的方式標(biāo)刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水稻株型測(cè)量?jī)x，其特征在于，該第二連接關(guān)節(jié)距葉方位指針的外伸端15厘米。
6.一種利用權(quán)利要求1所述水稻株型測(cè)量?jī)x測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法，其特征在于包括以下步驟: ①將水稻株型測(cè)量?jī)x置于水平桌面上，稻株于底座間直立放置； ②移動(dòng)高度標(biāo)尺和滑動(dòng)座，使莖桿指針指向底座中心軸線的端頭與該稻株一分蘗的一葉片的葉基接觸，通過(guò)滑道上的角度刻度規(guī)得到莖桿的方位角Θ，通過(guò)高度標(biāo)尺上的高度規(guī)得到該葉基到稻株基部的距離h，通過(guò)莖桿指針上的長(zhǎng)度規(guī)得到該葉基到高度標(biāo)尺的距離r ; ③根據(jù)圓柱坐標(biāo)原理，計(jì)算葉基的空間位置:
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法，其特征在于，根據(jù)該葉脈不同部位的空間坐標(biāo)，求出葉片的近似長(zhǎng)度、葉基角、披垂度、披垂角:
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法，其特征在于，重復(fù)步驟①一步驟⑧，得到單個(gè)分蘗的株型參數(shù)，進(jìn)而得到整株水稻的株型參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定水稻株型參數(shù)的方法，其特征在于，根據(jù)整株水稻的株型參數(shù)，通過(guò)以下算法構(gòu)建水稻株型三維模擬圖像: I)建立坐標(biāo)變換體系使得主莖底端位于坐標(biāo)原點(diǎn)，主莖莖桿位于豎坐標(biāo)上，根據(jù)坐標(biāo)變換體系變換葉基的空間位置和葉脈不同部位的空間坐標(biāo)； II)根據(jù)變換后葉基的空間位置，通過(guò)直線擬合，繪制莖桿的三維圖像； III)根據(jù)變換后葉脈不同部位的空間坐標(biāo)，通過(guò)二次方程擬合，繪制葉片的三維圖像；IV)重復(fù)步驟III)，繪制單個(gè)分蘗所有葉脈的三維圖像；V)重復(fù)步驟 I)-1V)，繪制單株水稻的三維圖像。
【文檔編號(hào)】G01B11/03GK103791846SQ201410059725
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】李緒孟, 黃璜, 鄒銳標(biāo), 王小卉 申請(qǐng)人:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)