CN107228818A - 一种作物不同生长期叶片孔隙率的估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种作物不同生长期叶片空隙的率估算方法，该方法根据作物群体特征选择以一定行距和株距排列的四株作物包围形成的区域作为群体叶片孔隙率计算的区域。根据作物叶片的形状特征，将其抽象为叶片的近似形状，同时将群体植株做相应的抽象简化。根据需要确定沿植株方向叶片空隙率计算截面，即群体植株的不同位置高度，自作物植株顶部向下分别记为第一层、第二层、第三层、第四层或更多层等，通过计算投影到各层的叶片面积的重叠部分，进一步估算得到各层叶片孔隙率，进而得出群体植株不同位置的叶片孔隙率。本发明通过估算群体植株的叶片空隙率，可以为作物不同生长期施药喷雾参数的选择提供参考，提高农药的有效利用率，减少农药对生态环境的污染。

Description

一种作物不同生长期叶片孔隙率的估算方法

技术领域

本发明涉及植保技术领域，涉及一种作物不同生长期叶片孔隙率的估算方法，尤其适用于作物某一生长期植株群体不同位置叶片孔隙率的估算。

背景技术

植株孔隙率有两种定义方法，即面积孔隙率和体积孔隙率。面积孔隙率是指单位面积所含孔隙面积的百分比，体积孔隙率是指单位体积所含孔隙的体积百分比，具体根据研究角度的不同而略有差异。

在作物施药过程中，植株孔隙率的大小由于受到高郁闭度作物冠层茂密枝叶的影响，沿植株高度从上向下孔隙率逐层减小，而沉积到植株中下层的雾滴主要是穿过上层叶片的孔隙到达叶面，因此中下层叶片的药液沉积量也逐渐变少。为了增加作物中下层的药液沉积量，喷雾装置往往需要增加辅助装置，通过附加的外部装置扰乱作物冠层的枝叶排列，增大作物局部的叶片孔隙率，增加雾滴的穿透量，在一定程度上达到了增加中下层沉积量的效果。但是在选择辅助装置的喷雾量、风量等参数时，往往是依靠经验来选择，对特定参数下叶片形成的孔隙率无判断依据，因此，亟需一种作物不同生长期叶片孔隙率的估算方法，实现作物不同种植参数、不同生长期下叶片孔隙率的近似计算，为喷雾装置性能参数的选择提供参考，从而提高农药的有效利用率，减少农药对生态环境的污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种作物不同生长期叶片孔隙率的估算方法，通过估算不同位置计算截面上部叶片在计算截面上的投影面积，进而估算得出群体植株不同位置上的叶片孔隙率。

本发明一种作物不同生长期叶片孔隙率的估算方法，采用的技术方案包括如下步骤：

1)根据作物群体特征选择以一定行距和株距排列的四株作物包围形成的区域作为群体叶片孔隙率估算的区域，以其中一株作物的根部与地面的交点为原点，以该株作物中心线向上为Z轴，株距和行距方向分别为X和Y轴，建立相应坐标系，用来确定计算过程中作物植株和叶片的位置坐标。

2)根据作物叶片的形状特征，为方便计算将其抽象为叶片的近似形状，即长方形、圆形或其它相对规则的几何体，同时将群体植株做相应的抽象简化。

3)待选定估算区域后，根据需要确定沿植株方向叶片孔隙率计算截面，即群体植株的不同位置高度，自作物植株顶部向下分别记为第一层截面、第二层截面、第三层截面、第四层截面或更多层，依据植株的生长特点，植株的不同层位可近似为具有一定半径的圆面或其它几何形状，当群体植株生长期短，叶片相对稀疏时，计算截面的面积近似等于四个四分之一圆面的面积，当群体植株生长期长，叶片相对密集时，计算截面的面积等于植株行距和株距的乘积。

4)第一层叶片孔隙率的估算，将第一层截面上部的作物植株叶片向第一层截面投影，凡是叶片投影到截面上的面积，均不能计入该层的叶片孔隙率估算，即第一层叶片孔隙率等于第一层截面的面积减去叶片投影到该截面上的面积(包括叶片投影重叠部分的面积)与该截面的面积之比。

5)第二层叶片孔隙率的估算，将第二层截面上部的作物植株叶片(包括第一层上部的叶片)向第二层截面投影，凡是叶片投影到该截面上的面积，均不能计入该层的叶片孔隙率估算，同时由于第一层截面上部和第一层与第二层截面之间的叶片均需向第二层截面投影，有可能出现叶片重叠的现象，因此在估算叶片孔隙率时，需减去重叠叶片的投影面积，即第二层叶片孔隙率等于第二层截面的面积减去叶片投影到该截面上的面积(包括叶片投影重叠部分的面积)与该截面的面积之比。

6)重复5)的计算过程，完成第三层、第四层和其它各层叶片孔隙率的估算，最终得出群体植株不同位置的叶片孔隙率。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过抽象简化的方法近似估算群体植株的叶片孔隙率，估算过程简便易懂，可操作性高。

2、本发明通过估算群体植株的叶片孔隙率，可以为作物不同生长期施药喷雾参数的选择提供参考，提高农药的有效利用率，减少农药对生态环境的污染。

附图说明

图1是本实施例群体植株排列示意图；

图2、6是本实施例第一层叶片孔隙率估算示意图；

图3、7是本实施例第二层叶片孔隙率估算示意图；

图4、8是本实施例第三层叶片孔隙率估算示意图；

图5、9是本实施例第四层叶片孔隙率估算示意图；

图10是实施例中叶片重叠成三角形时重叠面积估算示意图；

图11是实施例中叶片重叠成平行四边形时重叠面积估算示意图；

图12是实施例中叶片重叠成直角梯形形时重叠面积估算示意图；

图中：1、作物植株2、作物叶片3、第四层截面4、第三层截面5、第二层截面6、第一层截面。

具体实施方式一：

本实施例中，所选作物植株生长时间短或叶片相对稀疏，叶片近似为长方形，选定区域四株作物的行距为L₁，株距为L₂，单株作物沿高度方向分为四层，每层的叶片孔隙率用Ψ_k表示，为简化计算本实施例每层只包括四片叶子，并且四片叶子在一个平面内呈圆形均匀分布，圆面半径为R，植株上下层叶片个数相同，且不出现叶片相交，单个叶片的面积为S_单叶。

下面结合附图对本发明专利作进一步描述。本发明所述的一种作物不同生长周期叶片孔隙率的估算方法，如图1、2、3、4、5所示，具体包括如下步骤：

1)根据作物群体特征选择以行距L₁和株距L₂排列的四株作物包围形成的L₁×L₂区域作为群体叶片孔隙率估算的区域，以其中一株作物的根部与地面的交点为原点，以该株作物中心线方向为Z轴，株距和行距方向分别为X和Y轴，建立相应坐标系。

2)根据所选作物叶片的形状特征，为方便估算将其抽象为长方形，同时将群体植株做相应的抽象简化。叶片的位置坐标用(x_ij，y_ij)表示，i＝1,2,....,n表示不同的叶片，j＝1,2,3,4表示一个叶片的四个端点，叶片长边与X轴的夹角为α_i。

3)待选定估算区域后，根据需要确定沿植株方向叶片孔隙率计算截面，即群体植株的不同位置高度，自作物植株顶部向下分别记为第一层截面6、第二层截面5、第三层截面4、第四层截面3，当群体植株生长时间短或叶片相对稀疏时，计算截面的面积S_计算等于

4)第一层叶片孔隙率的估算：将第一层截面6上部的作物植株叶片向第一层截面6投影，凡是叶片投影到该截面上的面积，均不能计入该层的叶片孔隙率估算，由图可以看出每个植株四分之一圆面内只有一个完整叶片，即第一层叶片孔隙率Ψ₁等于第一层截面6的面积减去叶片投影到该截面上的面积S_有效与该截面的面积S_计算之比，即：

5)第二层叶片孔隙率的估算：将第二层截面5上部的作物植株叶片(包括第一层上部的叶片)向第二层截面5投影，凡是叶片投影到该截面上的面积，均不能计入该层的叶片孔隙率估算，由图可以看出每个植株四分之一圆面内只有两个完整叶片，即第二层叶片孔隙率Ψ₂等于第二层截面5的面积减去叶片投影到该截面上的面积S_有效与该截面的面积S_计算之比，即：

6)重复5)的计算过程，得出第三层、第四层叶片孔隙率分别为

具体实施方式二：

本实施例中，所选作物植株叶片近似为长方形，选定区域四株作物的行距为L₁，株距为L₂，单株作物沿高度方向分为四层，每层的叶片孔隙率用Ψ_k表示，k＝1,2,3,4，为简化计算本实施例每层只包括四片叶子，并且四片叶子在一个平面内呈圆形均匀分布，圆面半径为R。假定植株上下层叶片个数相同，单个叶片的面积为S_单叶。

下面结合附图对本发明专利作进一步描述。本发明所述的一种作物不同生长周期叶片孔隙率的估算方法，如图1、6、7、8、9、10、11、12所示，具体包括如下步骤：

1)根据作物群体特征选择以行距L₁和株距L₂排列的四株作物包围形成的L₁×L₂区域作为群体叶片孔隙率估算的区域，以其中一株作物的根部与地面的交点为原点，以该株作物中心线方向为Z轴，株距和行距方向分别为X和Y轴，建立相应坐标系。

2)根据所选作物叶片的形状特征，为方便估算将其抽象为长方形，同时将群体植株做相应的抽象简化。叶片的位置坐标用(x_ij，y_ij)表示，i＝1,2,....,n表示不同的叶片，j＝1,2,3,4表示一个叶片的四个端点，叶片长边与X轴的夹角为α_i。

3)待选定估算区域后，根据需要确定沿植株方向叶片孔隙率计算截面，即群体植株的不同位置高度，自作物植株顶部向下分别记为第一层截面6、第二层截面5、第三层截面4、第四层截面3或更多层等，依据植株的生长特点，植株的不同层位可近似为具有一定半径的圆面，由于群体植株叶片相对密集，计算截面的面积S_计算等于L₁×L₂。

4)第一层叶片孔隙率的估算：将第一层截面6上部的作物植株叶片向第一层截面6投影，凡是叶片投影到该截面上的面积，均不能计入该层的叶片孔隙率估算，即第一层叶片孔隙率等于第一层截面的面积减去叶片投影到该截面上的面积与该截面的面积之比，即：

5)第二层叶片孔隙率的估算：将第二层截面5上部的作物植株叶片(包括第一层上部的叶片)向第二层截面5投影，凡是叶片投影到该截面上的面积，均不能计入该层的叶片孔隙率估算，同时由于第一层截面6上部和第一层截面6与第二层截面5之间的叶片均需向第二层截面5投影，有可能出现叶片重叠的现象，因此在估算叶片孔隙率时，需减去重叠叶片的投影面积，即第二层叶片孔隙率等于第二层截面5的面积减去叶片投影到该截面上的面积(包括叶片重叠后的面积)与该截面的面积之比。

长方形叶片两两重叠后会出现以下几种情况，重叠区域的面积可按照下面相应的公式计算。

①两叶片相交形成三角形时，重叠区域面积计算公式为：

②两叶片相交形成平行四边形时，重叠区域面积计算公式为：

③两叶片相交形成直角梯形时，重叠区域面积计算公式为：

④两叶片相交形成一般四边形、五边形和六边形等时，可以将相交区域分割成三角形或三角形与上述规则形状的组合，同时运用上述公式计算重叠区域的面积。

最终第二层叶片孔隙率估算公式为：

式中，E₁、E₂分别为叶片1、2的宽度，S_有效＝S_投影-S_重叠。

6)重复5)的计算过程，完成第三层和第四层叶片孔隙率的估算，最终得出群体植株不同位置的叶片孔隙率。

Claims (1)

1.一种作物不同生长期叶片空隙率的估算方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据作物群体特征选择以一定行距和株距排列的四株作物包围形成的区域作为群体叶片孔隙率估算的区域，以其中一株作物的根部与地面的交点为原点，以该株作物中心线向上为Z轴，株距和行距方向分别为X和Y轴，建立相应坐标系，用来确定计算过程中作物植株和叶片的位置坐标；

2)根据作物叶片的形状特征，为方便计算将其抽象为叶片的近似形状，即长方形、圆形或其它相对规则的几何体，同时将群体植株做相应的抽象简化；

3)待选定估算区域后，根据需要确定沿植株方向叶片孔隙率计算截面，即群体植株的不同位置高度，自作物植株顶部向下分别记为第一层截面、第二层截面、第三层截面、第四层截面或更多层，依据植株的生长特点，植株的不同层位可近似为具有一定半径的圆面或其它几何形状，当群体植株生长期短，叶片相对稀疏时，计算截面的面积近似等于四个四分之一圆面的面积，当群体植株生长期长，叶片相对密集时，计算截面的面积等于植株行距和株距的乘积；

4)第一层叶片孔隙率的估算，将第一层截面上部的作物植株叶片向第一层截面投影，凡是叶片投影到截面上的面积，均不能计入该层的叶片孔隙率估算，即第一层叶片孔隙率等于第一层截面的面积减去叶片投影到该截面上的面积(包括叶片投影重叠部分的面积)与该截面的面积之比；

5)第二层叶片孔隙率的估算，将第二层截面上部的作物植株叶片(包括第一层上部的叶片)向第二层截面投影，凡是叶片投影到该截面上的面积，均不能计入该层的叶片孔隙率估算，同时由于第一层截面上部和第一层与第二层截面之间的叶片均需向第二层截面投影，有可能出现叶片重叠的现象，因此在估算叶片孔隙率时，需减去重叠叶片的投影面积，即第二层叶片孔隙率等于第二层截面的面积减去叶片投影到该截面上的面积(包括叶片投影重叠部分的面积)与该截面的面积之比；

6)重复5)的计算过程，完成第三层、第四层和其它各层叶片孔隙率的估算，最终得出群体植株不同位置的叶片孔隙率。