Способ измерения высоты растительного покрова и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК A01G7/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам для измерения высоты растительного покрова,

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг.1 схематически представлено вертикальное осевое сечение устройства, изображенное при измерении освещенности подстилающей поверхности; на фиг. 2 - элемент осевого сечения устройства, изображенный в положении измерения спектральной яркости растительного фона и растительного покрова; на фиг.З - функциональная электрическая схема устройства.

Устройство для измерения высоты покрова содержит датчик расстояния, датчик фотометра и электронный блок. Датчик расстояния состоит из оптотронной пары в виде источника 1 излучения, приемника 2 излучения и вертикальной стойки 3 с отверстиями, расположенными через равные расстояния. Датчик фотометра состоит из фотоприемника на красный 4 и на инфракрасный 5 спектральные интервалы, светорассеива- ющей цилиндрической полости 6, рассеива- теля 7. Входное щелеобразное отверстие рассеивающей полости шириной а образовано фланцами внутренней 8 и внешней 9 труб. Оно обеспечивает прием излучения в горизонтальной плоскости в угле не более 5°. Во внутренней трубе 8 закреплен фрикцион 10, снижающий скорость падения датчиков фотометра и расстояния. Рассеиватель 7 имеет две диффузно-отра- жающие стенки (Ь) и одну стенку диффузи- онно-пропускающую (с).

Электронный блок устройства содержит логарифмические усилители 11 и 12 сигналов К-фотопроемника и ИК-фотоприемника (с потенциометрами регулировки коэффициО CN СЛ О СЛ О

итов усилений), сумматоры 13 - 15, компаратор 16, усилители 16 и 17, усилитель 18с экспоненциальной характеристикой, потенциометр 19 регулировки характеристики экспоненты, логарифмический усилитель 5 20, потенциометр 21 регулировки характеристики логарифмического усилителя 20, формирователь 22 импульсов, дешифратор 23, счетчик 24, цифроаналоговый преобразователь 25, потенциометр 26,индикатор 27 10 аналогового сигнала, цифровой индикатор 28 м выключатель 29. В электронный блок помимо сигналов от фстоприемников 4 и 5 поступает сигнал от приемника 2 излучения, на который падает излучение от источника 15 1 излучения, модулированное отверстиями стойки 3.

Способ измерения частоты растительного покрова реализуется при работе устройства следующим образом.20

Фиксируются условия освещения. При зтом датчики устанавливаются над покровом. Перед входной щепью светорассеива- ющей полости 6 устанавливается рассеиоатель 7 как показано на фиг.1, Угол 25 приема излучения датчика фотометра при этом равен 2, а отношение спектральных яркостей рассеивателя 7 в и с о ИК-дизпазо- не к спектральной яркости в красном диапа- зоне пропорционально отношению 30 освещенностей покрова в этих же спектральных диапазонах. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы пропускание через стенку рассеивателя 7 было неселектмэ- но спектральному составу солнечного 35 излучения з красном и ИК-спектральных интервалах, а индикатрисы пропускания были однотипны. Эта условия выполняются при ширине проточки рассеивателя 7 равной 2 - За, где а - ширина входной щели светорас- 40 Сбивающей полости 6, когда стенка с выполнена из светорассеивающего матированного материала, например из фторопласта или молочного стекла, а поверхности рассеивателя 7 покрыты составом для покрытия фотомет- 45 рических шаров.

В указанном положении датчиков и рассеивателя 7 потенциометрами усилителей 11 и 12 за счет введения коэффициента Ка производится выравнивание сигналов в ка- 50 налах K.igUuK igUK. Сигнал на выходе сумматора 13 в этот момент равен нулю, а на выходе потенциирующего усилителя 16 равен единице. Затем рассеиватвль 7 смеща- - ется в положение, которое показано на 55 фиг.2, и датчик устанавливают над покровом так, чтобы нижняя граница поля зрения фотометра совпадала с границей измеряемого участка. В этом положении выполняется операция измерения и фиксации сигнала

фона Уф - отношение спектральных яркостей растительного фона. О величине усилителя 161 растительного фона судят по сигналу на выходе усилителя 161 (в точке а). Фиксация же 11ф осуществляется потенциометром 21 установки растительного фона при выключенном состоянии выключателя 29. Потенциометром 21 на выходе усилителя 17 устанавливается сигнал Уф (точка с), следовательно, на выходе сумматора 14 устанавливается значение, равное единице. Затем медленно погружают датчик фотометра в растительный покров и по сигналу на выходе усилителя 16 (точка а) определяют глубину Z , на которой сигнал прибора Uz достигает значения Uz 311ф. Экспериментальные исследования показали, что для зерновых и сеяных трав при дальнейшем погружении датчика з растения, растительный покров не оказывает существенного значения на вертикальный профиль кривой U(z). Определенное значение глубины Z является реперной точкой для установлений потенциометром 19 характеристик экспоненты а такой, чтобы на границе Z при подключенных цифроаналоговом преобразователе 25 и усилителе 18 и-погружении датчика фотометра в растение значение 11ф zсоставляло не более 5% от своего исходного .значения .

Настроенным таким образом прибором сначала осуществляют градуировочные измерения, в ходе которых на 20 - 30 участках определяют среднее значение коэффициента К Unop /UMaKc, характерное данному виду растительного покрова. Значения Упор при градуировочных измерениях определяют устанавливая датчик фотометра в положение, соответствующее средней высоте растений по результатам измерений линейной высоты отдельных растений в Зоне видимости фотометра. Значения Умакс определяются как абсолютные максимумы сигнала фотометра при прохождении ДФ от верхней границы РП до касания им почвы.

Непосредственные массовые измерения высоты растительного покрова сельско- хозяйственных культур при наличии предварительно установленных значений К. производится в следующей последовательности: фиксируется освещенность растительного покрова; фиксируется сигнал фона; по результатам пробной зондировки задается скорость падения сигнала от фона и измеряется значение максимального сигнала для заданной густоты растительного покрова; определяется Упор Умакс.К и устанавливается значение порогового сигнала; производятся измерения высоты

растительного покрова на заданном маршруте обследований.

В таблице приведены результаты сравнительных испытаний предлагаемого способа и способа, принятого за прототип. Формула изобретения 1. Способ измерения высоты растительного покрова, включающий перемещение измерителя яркости внешнего фона по вертикали от точки, расположенной над расти- тельным покровом, до поверхности почвы с непрерывной регистрацией высоты местонахождения измерителя над поверхностью почвы и яркости внешнего фона в красном и инфракрасном спектральных интервалах, задание порогового уровня сигнала яркости в зависимости от максимального сигнала яркости и поправочного коэффициента, зависящих от характеристик растительного покрова, сравнение сигнала, соответствую- щего уровню яркости внешнего фона, с пороговым уровнем и при превышении последнего индикацию значения высоты растительного покрова, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, перед началом перемещения измерителя яркости осуществляют регистрацию освещенности растительного покрова, после чего устанавливают измеритель яркости на верхнюю границу растительного покрова и регистрируют яркость растительного покрова в указанных спектральных интервалах, после чего пороговый уровень Unop определяют как

Unop К Умакс-ифе-аг,

где Ki - коэффициент, пропорциональный отношению освещенности растительного покрова в двух участках спектра;

Уф - сигнал, пропорциональный от- ношению спектральных яркостей растительного фона в двух участках спектра;

Z - глубина погружения измерителя яркости в растительный покров;

О. - коэффициент, пропорциональ- ный скорости увеличения сигнала измерителя яркости по мере погружения его в растительный покров.

2. Устройство для измерения высоты растительного покрова, содержащее датчик расстояния, включающий источник и приемник излучения, а также стойку с отверстиями, датчик фотометра, включающий приемник красного и инфракрасного излучений, перед которыми установлена соосно со стойкой цилиндрическая рассеивающая полость с входным щелеобразным отверстием, образованным фланцами внутренней и наружной труб, причем датчик расстояния и датчик фотометра закреплены жестко и установлены с возможностью перемещения вдоль стойки, а также электронный блок, включающий логарифмические усилители с потенциометрами регулировки их коэффициентов усиления, первый сумматор, компараторе потенциометром, индикаторы фотометра и высоты, отличаю щее- с я тем, что перед входной щелью датчика фотометра установлен подвижный относительно ее рассеиватель, выполненный в виде кольца с внутренним диаметром, равным наружному диаметру фланцев внутренней и наружной труб, образующих светорассеива- ющую полость, с проточкой со стороны входной щели квадратного сечения, причем одна из торцовых и боковая поверхность проточки выполнены диффузионно-пропу- скающими световой поток, блок электроники в свою очередь, снабжен узлом для учет: сигнала от растительного фона, состоящего из последовательно включенных между счетчиком и компаратором цифроаналогового преобразователя, усилителя с регулируемой экспоненциальной характеристикой, вь клю- чателя, второго сумматора, потенщ-.иоующе- го усилителя и третьего сумматора, причем к второму сумматору подключен усилитель с экспоненциальнойх арактеристикой,и логарифмический усилитель с потенциометром регулировки его характеристики, задающий исходный уровень сигнала растительного фона, а к третьему сумматору подключен потен- циирующий усилитель, соединенный с выходом второго сумматора логарифмических сигналов

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к средствам для измерения высоты растительного покрова. Целью изобретения является повышение точности. В исходный момент регистрируют датчиком фотометра освещенность растительного покрова, после чего фиксируют сигнал фона. Затем погружают датчик фотометра в растительность и определяют по сигналам источника излучения уровень положения датчика фотометра, для которого сигнал равен утроенному фоновому сигналу. После этого отпускают датчик фотометра из верхнего положения и по выравненным сигналам определяют сигналы датчика фотометра до момента касания им почвы. Введенный коэффициент, зависящий от конкретного фона данного типа растительности, позволяет скорректировать пороговый уровень сигнала, принимаемого за основу при расчетах высоты растительного покрова. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

28

а

в

о

в

а с

15

I

26

Фиг.З