مظلة النبات محلل هو أداة هامة في الزراعة الدقيقة و البحوث البيئية ، والتي يمكن استخدامها لقياس المظلة هيكل المعلمات ( مثل دليل مساحة الورقة لاي ، المظلة التغطية ، نفاذية الضوء ، وهلم جرا ) . وظيفتها الأساسية هي التقاط ضوء توزيع الإشعاع من المظلة من خلال أجهزة الاستشعار البصرية ، والجمع بين نموذج رياضي لاسترداد الخصائص المورفولوجية للنباتات . من أجل ضمان دقة وموثوقية نتائج القياس ، معايرة هو خطوة رئيسية في استخدام الصك . وفيما يلي وصف مفصل من مبدأ المعايرة ، طريقة التصنيف ، عملية تدفق ، والمسائل التي تحتاج الى اهتمام .
الهدف الأساسي ومبدأ المعايرة
1 - الأهداف الأساسية
الهدف من المعايرة هو القضاء على الخطأ من الصك نفسه ، تدخل البيئة ونموذج الافتراض الانحراف ، وجعل قياس قيمة مطابقة مع القيمة الحقيقية . بما في ذلك على وجه التحديد :
- توحيد استجابة أجهزة الاستشعار : ضمان اتساق نواتج أجهزة الاستشعار في أوقات مختلفة وبيئات مختلفة .
- تصحيح البارامترات الهندسية : القضاء على تأثير زاوية عرض الصك ، والمسافة ، زاوية الميل على القياس .
- تحسين بارامترات النموذج : تعديل البارامترات اﻻفتراضية ( مثل توزيع زاوية النصل ، وخصائص تشتت الضوء ) في الخوارزمية العكسية .
- التعويض عن العوامل البيئية : تصحيح تدخل الظروف البيئية ، مثل درجة الحرارة ، الرطوبة ، الضغط الجوي ، في انتشار الضوء .
2 - المبادئ الأساسية
المظلة محلل يستخدم للكشف عن شدة الإشعاع فوق و داخل المظلة ، جنبا إلى جنب مع نموذج نقل الإشعاع ( مثل بير لامبرت القانون ) لاسترداد المعلمات الهيكلية . جوهر المعايرة هو وضع الخرائط الكمية العلاقة بين " أداة الإخراج - الكمية الفيزيائية " ، وعادة ما يتطلب الخطوات التالية :
- المعايرة الإشعاعية : تحويل الإشارات الأصلية لأجهزة الاستشعار ( مثل الفولتية والعد ) إلى كميات فيزيائية ( مثل كثافة الدفق الإشعاعي ، في وحدة واط / م ² أو μ mol / س / م ² ) .
- تصحيح هندسي : القضاء على تأثير المسافة وزاوية الانحراف بين الصك والمظلة على مسار الضوء .
- التحقق من صحة النموذج : تعديل خوارزمية انعكاس باستخدام معايير معروفة الأهداف المرجعية ( على سبيل المثال ، العاكس القياسية ، الاصطناعي محاكاة المظلة ) .
تصنيف طرق المعايرة والتقنية الطريق
1 . مختبر المعايرة
معايرة الأدوات الأساسية في بيئة تسيطر عليها ، بما في ذلك :
- المعايرة الإشعاعية
باستخدام معيار مصدر الضوء ( على سبيل المثال ، مصباح هالوجين التنغستن ، الصمام دمج المجال ) أو الليزر السلطة متر ، تغطي مجموعة من الطيف الحساسة ( على سبيل المثال ، 400-700nm الضوء المرئي ) ، العلاقة الخطية بين الناتج من أجهزة الاستشعار و شدة الإشعاع الحادث هو اقامة . على سبيل المثال ، من خلال إدخال عدة مجموعات من معيار كثافة الإشعاع ( على سبيل المثال ، 0-2000 μ mol / ث / م ² ) ، منحنى المعايرة هو تركيبها .
- التحقق من عدم الحساسية الزاوي
استجابة متسقة من أجهزة الاستشعار على ضوء مختلف زوايا السقوط تم اختبارها . من خلال تناوب اتجاه مصدر الضوء ، خطأ القياس من الصك في مجال الرؤية زاوية ± 60 درجة أقل من 5 ٪ .
- تعويض درجة الحرارة / الضغط الجوي
في درجة حرارة عالية ، وانخفاض درجة الحرارة اختبار محاكاة البيئة الخاصة ( على سبيل المثال - 20 ℃ إلى 50 ℃ ) ، سجل الناتج الانجراف الاستشعار ، وإنشاء نموذج تصحيح درجة الحرارة الناتج .
2 - المعايرة الميدانية
تصحيح الاضطرابات البيئية والنماذج الانحرافات في التطبيقات العملية ، بما في ذلك :
- نهج الفريق المرجعي
باستخدام معيار الانعكاسية العالية لوحة ( على سبيل المثال ، الانعكاسية الطيفية > 98 في المائة ) كمرجع ، وضعت على نفس الارتفاع فوق المظلة ، انعكاس الإشعاع المنبعث من الفريق و انتقال الإشعاع من المظلة تم قياسها بشكل متزامن ، المظلة النفاذية المحسوبة . على سبيل المثال ، إذا كان الفريق يعكس قيمة ص و المظلة انتقال قيمة ر ، النفاذية الفعلية = ر / ص × 100 ٪ .
- طريقة التظليل المزدوج
فلتر محايد ( على سبيل المثال ، 50 ٪ نفاذية الضوء ) إضافة إلى الجبهة من أجهزة الاستشعار ، غير الخطية استجابة أجهزة الاستشعار هو تصحيح بمقارنة القياسات مع أو بدون فلتر .
- محاكاة اصطناعية طريقة المظلة
المظلة الاصطناعية المعروفة لاي ( على سبيل المثال ، شبكة لوحة معلقة مع كثافة معروفة أو يمكن السيطرة عليها من القماش المشمع المسامية ) هي التي شيدت .
3 . نموذج المعايرة
وفيما يتعلق بتحسين بارامترات نموذج النقل الإشعاعي ، تشمل الطرق الشائعة ما يلي :
- تعديل توزيع شفرة زاوية
على افتراض أن شفرة زاوية ميل يطيع توزيع معين ( على سبيل المثال ، كروية موحدة التوزيع ، توزيع بيضاوي الشكل ) ، من خلال قياس نفاذية الضوء في مختلف ارتفاع الشمس زاوية ، ورقة زاوية توزيع المعلمات الفعلية تم استخلاصه .
- تصحيح تشتت الضوء
في هذه الورقة ، ورقة الانعكاس ( رو ) و انتقال ( تاو ) القيم المقاسة ، والتي يمكن أن تحل محل القيم التجريبية الافتراضية ( على سبيل المثال : = 0.05 ، تاو = 0.02 ) من النموذج ، وتحسين دقة حساب المظلة المعقدة ( على سبيل المثال ، متعدد الطبقات الغطاء النباتي ) .
مثال على عملية المعايرة
على سبيل المثال ، المحمولة محلل العين المظلة ، معايرة تدفق نموذجي على النحو التالي :
1 - مرحلة المعالجة
- التسخين الاستشعار : انتظر 30 دقيقة بعد بدء التشغيل ، وضمان أن أجهزة الاستشعار الكهروضوئية في حالة عمل مستقرة .
- تنظيف العدسة : مسح العدسة البصرية بقطعة قماش خالية من الغبار ، وتجنب البقع الترابية أو المياه التي تسبب البقع الخفيفة غير طبيعي .
2 - المعايرة الإشعاعية
- الخطوة 1 : محاذاة الصك إلى مستوى تكامل المجال مصدر الضوء ، وتحديد كثافة الإشعاع المختلفة ( على سبيل المثال ، 0 ، 500 ، 1000 ، 1500 μ mol / ث / م ² ) .
- الخطوة 2 : تسجيل قيمة العد الأصلي من أجهزة الاستشعار ( الدين ) ، وتركيب المعادلة الخطية من الدين - كثافة الإشعاع ( مثل الدين = ك × راديانس + ب ) .
- الخطوة 3 : حفظ المعلمات المعايرة في ذاكرة الجهاز ، ثم استدعاء القياس التلقائي .
3 - تصحيح هندسي
- الخطوة 1 : مارك نقطة ثابتة على أرض مسطحة ، وضبط ارتفاع الصك ( على سبيل المثال 1.2M ) وزاوية عمودية .
- الخطوة 2 : تدوير أداة الدعم ، وجمع الصور مرة واحدة كل 15 درجة بقعة السماء ، وحساب الانحراف المعياري من الرمادي قيمة بكسل في كل اتجاه .
- الخطوة 3 : إذا كان الانحراف الزاوي يتجاوز عتبة ( على سبيل المثال ± 5 ٪ ) ، ضبط زاوية الملعب وتكرار الاختبار .
4 - التحقق الميداني
- الخطوة 1 : اختيار المناطق النباتية المتجانسة ( مثل حقل قمح ) ووضع معيار spectralon لوحة ( 0.5 × 0.5 م ) .
- الخطوة 2 : قياس الاشعاع المنعكس من لوحة قياسية ( R ₀ ) ونقل الاشعاع من الغطاء النباتي المجاور المظلة ( ر ) على التوالي .
- الخطوة 3 : حساب النفاذية الفعلية = ر / ص ₀ × 100 ٪ ، مقارنة مع القياس المباشر قيمة الصك ، الخطأ يجب أن تسيطر عليها في غضون ± 3 ٪ .
5 - النموذج الأمثل
- الخطوة 1 : أدخل القيمة المعروفة لاي الاصطناعي محاكاة المظلة ( على سبيل المثال 3-5 ) .
- الخطوة 2 : تشغيل أداة عكس الخوارزمية ، مقارنة حساب القيم مع القيم المقاسة ، وضبط شفرة الانعكاس المعلمات ( على سبيل المثال ، من 0.05 إلى 0.07 ) .
- الخطوة 3 : كرر الاختبار حتى رمس ( جذر متوسط مربع الخطأ ) أقل من 0.2 .
رابعاً - المسائل التي تحتاج إلى اهتمام والمسائل المشتركة
1 - الاعتبارات الرئيسية
- الاستقرار البيئي : تجنب المعايرة في رياح قوية ، ممطرة ، أو تغيير في شدة الضوء .
- الصيانة الدورية : التحقق من نظافة العدسة بعد كل استخدام ، وإجراء المعايرة الإشعاعية مرة واحدة في الشهر .
- تسجيل شروط الحدود : تسجل بالتفصيل درجة الحرارة والرطوبة وزاوية الارتفاع الشمسي أثناء المعايرة ، وتستخدم في تصحيح البيانات اللاحقة .
2 - حلول المشاكل النموذجية
- السؤال 1 : استمرار ارتفاع القيم المقاسة
السبب : استشعار الغبار أو تصفية الشيخوخة .
الحل : تنظيف العدسة أو استبدال فلتر ، إعادة معايرة .
- السؤال 2 : تختلف نتائج القياس اختلافا كبيرا بين تواريخ مختلفة
السبب : تأثير ارتفاع الشمس على مسار الضوء لم تؤخذ في الاعتبار .
الحل : تمكين المدمج في وظيفة التعويض زاوية الشمس ، أو تحديد وقت القياس .
- السؤال 3 : التغير المفاجئ في نفاذية الضوء تحت مظلة كثيفة
السبب : نموذج يفترض أن شفرة التوزيع العشوائي لا يتفق مع الحالة الفعلية .
الحل : اعتماد عالية الدقة عدسة عين السمكة ( على سبيل المثال ، 10 ميجا بكسل ) لتحسين القرار المكانية ، وتحسين هيكل المحلية التحليل .