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估算冠层结构的间接方法---LAI-2200C,测光法和半球摄影法的比较

已有 681 次阅读 2021-6-10 18:28 |个人分类:工作问题|系统分类:科研笔记

最近想测一下森林的叶面积指数,找人借了一个LAI-2200C,找资料学习了一下,并做记录。资料主要是参考LAI-2200C的生产商,其中可能不乏吹捧。

测量冠层叶面积的间接方法是通过冠层辐射的测量来推断叶面积。

LAI-2200C植物冠层分析仪:从冠层上方和下方的5个天顶角的读数中计算出的蓝光拦截(320-490 nm)。

测光法:使用传感器探头与多个光合作用主动辐射(PAR)传感器插入冠层;LAI由截获的PAR估计。

半球摄影法:通过分析广角照片,计算了天顶角范围内的间隙率。




LAI-2200C 植物冠层分析仪


介绍
测量冠层间隙率、叶面积指数等冠层属性的方法多种多样。这些仪器包括LAI-2200C植物冠层分析仪、测光仪和配备了“鱼眼”镜头的照相机,可以拍摄半球形的照片。这些间接的方法利用一个简单的光拦截模型,通过测量辐射如何被冠层拦截来推断叶面积。

LAI-2200C和半球摄影法都是测量散射天空辐射通过冠层的比例(间隙比例)作为天顶角的函数。它们同时捕捉一系列角度。LAI-2200C需要一个上方的冠层读数作为参考,而半球照片分析需要一个阈值亮度来区分天空和树叶。传统上,这两种方法都依赖于统一的阴天,因为阳光下的叶子的影响是有问题的。然而,LAI-2200C使用一种复杂的散射模型,为直射阳光提供了测量后的修正。

相比之下,测光法通常是在晴朗的天空条件下进行的,并使用一组传感器来估计冠层下的平均光。我们可以假设一个冠层特定的消光系数来计算叶面积指数,也可以使用半天的冠层以上参考读数和冠层以下读数来得到一个太阳角度范围,然后使用间隙分数法来计算叶面积指数和叶倾角。

注意事项

LAI-2200C

在阳光直射下进行光散射校正以提高精度。这是唯一一种能够在任何白天的天空条件下测量任何类型的冠层的仪器。

综合全球定位系统(GPS)允许测绘的结果在谷歌地球。

过滤超过490nm的光,以减少由于叶片反射率和透光率造成的误差。

测量林隙分数,它可以应用于连续冠层、行结构和单个树木。

自动记录和处理控制单元中的数据。

校准不是必需的。

需要冠层以上和冠层以下的读数。一个光学传感器可以用来进行这两种测量。在高冠层,这可能需要限制传感器的视野,或寻找空地使上冠层读数。另一种选择是,当用户在整个树冠上操作第一个光学传感器时,第二个无线光学传感器可以部署在空地上自动记录。

在每个天顶角使用360方位角视图,具有限制方位角或天顶角的能力。这允许对小块土地进行测量。

测光法

要求以多个太阳角度采集样本,或依赖消光系数。消光系数(K)值是对作物冠层中任何透射光消光的测量,因此,也需要广泛的采样来获得其值。由于需要一定的太阳角度,完成必要的读数可能需要几个小时。

半球摄影法

需要广泛的后处理。而且由于每幅图像都是独立处理的,因此容易产生许多潜在的错误,包括相机定位、曝光、天空光照的均匀性、图像编辑、考虑聚类等。

生成二值图像时,需要通过任意选择亮度阈值来区分叶面积和天空面积。



LAI-2200C说明书

LAI-2270C控制单元

传感器输入:两个6针连接器,用于LAI-2250光传感器。两个BNC连接器,用于LI-COR光传感器。

数据存储容量:128MB FAT16内存。

键盘:22键触觉响应键盘。

显示:128x64图形显示。

通信:USB(作为大容量存储设备)。

全球定位系统:水平定位精度:2.5 m

时钟:年,月,日,小时,分钟。每月3分钟的准确度。

电源要求:4节AA碱性、镍氢、锂电池。

电池寿命:90小时,基于4节AA碱性电池,不带光学传感器,不启用GPS。60小时基于4节AA碱性电池,带有光学传感器,不启用GPS。40小时基于4节AA碱性电池,没有光学传感器,并启用GPS。电池电量不足警告:电池电量<15%时显示。

尺寸:20.9 x 9.8 x 3.5厘米。

重量:0.454千克与电池。

LAI-2250光学传感器

传感器输入:一个6针隔板连接器用于控制单元接口。

内存:1MB闪存用于记录存储。1KB EEPROM用于校准和配置存储。

键盘:2个按键,触觉响应键盘。

时钟:年,月,日,小时,分钟。当与数据电缆连接时,可以与控制单元时钟同步。电源要求:2节AA(碱性、镍氢、锂)电池。电池寿命:典型工作180小时(以2节AA碱性电池为基础)。

光学:从4环质心测量的最大偏心误差为1°。从4环质心测量的最大放大误差为0.5°。

辐射过滤:> 99%从490-650 nm。在650 nm以上99.9%。

波长范围:320-490 nm。

标准角度覆盖范围: 环1:0.0-12.3  环2:16.7-28.6  环3:32.4-43.4  环4:47.3-58.1  环5:62.3-74.1

镜头涂层:MgF2,以改善在倾斜角度(外部和内部镜头)传输。

视帽:提供方位掩蔽的视场,进入象限的10,45,90,180和270。

漫射盖:用于测量天空辐射特性以进行散射修正时,盖住镜头。

尺寸:63.8 L x 2.9 W x 2.9 D cm

重量:0.845公斤(1.86磅)与电池。

环境条件:工作温度范围:-20℃~ 50℃。

湿度范围:0 RH ~ 95% RH(无凝露条件)。

储存温度:-40℃至65℃。

参考

Time-Dependent Bias in Instantaneous Ceptometry Caused by Row Orientation

Indirect Methods of Estimating Canopy Structure



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