一种树木叶面尘土量的确定方法及系统技术方案

一种树木叶面尘土量的确定方法及系统，属于测量和计算机技术领域。包括以下步骤：建立预估方程并确定方程参数：采集叶片样本；用万分之一电子天平称取叶片重量；用便捷式光谱仪测量叶片除尘前的反射光谱；用去离子水洗净叶片表面尘土；称取叶片除尘后的重量；用同样的方法测量叶片除尘后的反射光谱；获取光谱参数并建立光谱与叶面尘土量之间的关系；根据本发明专利技术，可不用高精度的电子天平只通过便捷式光谱仪就可实现叶面尘土量的测定，因此，本发明专利技术只需要普通的光谱仪就可估算叶面尘土量，极其适于植物受污染程度的估测及雾霾防治措施的优选工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种树木叶面尘土量的确定方法及系统，属于测量和计算机

技术介绍
我国空气质量在日益恶化，大气颗粒物的污染程度明显增加。近年来北京市雾霾天气频繁出现。雾霾天气除了影响呼吸，对人们的健康造成危害外，给交通出行、植物生长等都造成了直接危害，因此粉尘污染得到了人们的高度重视。由此可见，空气污染监测与防治已刻不容缓。大叶黄杨是典型的城市绿化树种之一，枝叶茂密，四季常青，叶色亮绿，各省普遍栽培，常供观赏使用，优于其极耐修剪，是良好的绿篱材料[3]。江苏植物研究所试验表明本种对二氧化硫抗性较强，而空气降尘中含有这种化学元素，因此，就大叶黄杨反射光谱特征信息与叶面尘土量的关系研究是林业领域与城市绿化领域相结合的一个桥梁。目前，国内在叶面尘与植物的相关性有一定程度的研究，田亦陈等通过研究大麻植物冠层光谱特征，探明了其遥感探测的各波段的光谱分辨率，为大区域范围内的大麻植物遥感识别提供了理论基础。王涛等(2012)研究了叶面尘对国道旁玉米反射光谱的影响，得到了较理想的结果，但只是在研究对象为玉米的时候才成立，不能推广应用。Jin等(2013)在广州市研究了小叶榕叶片表面的光谱特征与空气降尘污染之间的相关关系。这些都取得了相应的结果，但其研究对象都是集中在农业方面，在对环境净化作用更大的树木或森林的林业方面的相关研究很少，并且其研究深入的程度还不够，不能解决相应的环境污染治理等实际问题。有关环境污染监测的技术手段已逐渐成熟，但其仍具有局限性。而随着光谱技术的快速发展，许多学者通过监测植物光谱特征来反映环境污染对植物的影响。Troy等(2011)对城市环境中历史悠久的城墙上的常春藤吸收的粉尘颗粒物进行研究，结果表明，粉尘对其叶片的反射光谱产生影响；Serpil等(2006)利用ICP-AES(等离子发射发射光谱法)测定了雪松叶片内Pb、Cu、Zn、Co、Cr、Cd、V的含量，Garty等(2001)研究了光合系统的生理参数与地衣Ramalina lacera的元素含量的关系，两者的结果均表明，不同粉尘对叶片的反射光谱具有不同影响；Holer等研究了受污染和未受污染的叶簇植物叶片的光谱特征，结果表明，污染对其叶片具有影响；Rock等对杉木林地进行遥感影像测定，得出污染程度与林区光谱反射率成负相关。这些研究均表明环境的污染对植物的反射光谱已经产生了不可忽视的影响。而随着城市化的加快，这种大气颗粒物对城市以及周边植物的反射光谱影响越来越大。从动态过程看，叶面尘与空气颗粒物互为源汇，叶面尘可以表征一定时间、一定区域的空气颗粒物的污染情况。因此，研究大叶黄杨叶片光谱特征与叶面尘之间的关系，只有通过建立大叶黄杨叶片各种反射光谱特征波段与叶面尘土量之间的相关关系，通过叶片光谱特征来反演叶面尘土量。
技术实现思路
为了克服现有技术结构的不足，本专利技术提供了一种树木叶面尘土量的确定方法及系统，仅根据叶片反射光谱可以估测叶面尘土量。一种树木叶面尘土量的确定方法，包括以下步骤：1)、建立预估方程并确定方程参数：步骤1：采集叶片样本；步骤2、用万分之一电子天平称取叶片重量；步骤3、用便捷式光谱仪测量叶片除尘前的反射光谱；步骤4：用去离子水洗净叶片表面尘土；步骤5：称取叶片除尘后的重量；步骤6：用同样的方法测量叶片除尘后的反射光谱；步骤7、获取光谱参数并建立光谱与叶面尘土量之间的关系2)、利用光谱数据估计叶面尘土量步骤8、获取叶片反射光谱值；步骤9、从叶片的反射光谱值中获得光谱参数；步骤10、根据光谱参数利用叶面尘土量预估模型确定叶面尘土量。①计算初始尘土量y0②根据y0按着分级原则确定虚拟变量k1,k2③根据预估方程估计叶面尘土量，进一步，可以进行污染评测分级所述光谱参数包括：绿峰(x1)、红边参数(x2)、简单比值指数(x3)以及归一化指数(x4)。所述叶面尘土量预估模型为：y=(p0+p1k1+p2k2)x1·x3x2·x4---(1)]]>其中，y：叶面尘土量；x1：绿峰；x2：红边参数；x3：简单比值指数；x4：归一化指数；k1、k2：虚拟变量；p0、p1、p2：待定标参数；所述待定标参数通过实验获得。在所述获取叶片的反射光谱和叶面尘土量的过程中，将外界背景值设为不变，将除尘前后所测得的叶面尘土量之差作为叶面尘土量。在根据光谱参数利用叶面尘土量预估模型确定叶面尘土量步骤之前，所述方法还包括对待定标参数的定标过程；确定叶面尘土量预估模型的待定标参数p0、p1、p2，首先需要获取若干叶片的反射光谱并实测叶面尘土量，提取出光谱参数后，采用统计方法估计出叶面尘土量预估模型的3个待定标参数，定标时抽取若干叶片的数量要求≥60。一种树木叶片表面尘土量的确定系统，包括：叶片反射光谱获取装置，用于获取叶片在各波段的光谱反射率大小；计算单元，用于从叶片的反射光谱值中获取光谱参数；确定单元，用于根据光谱参数利用叶面尘土量反演模型确定叶片表面尘土量。根据本专利技术，可不用高精度的电子天平只通过便捷式光谱仪就可实现叶面尘土量的测定，因此，本专利技术只需要普通的光谱仪就可估算叶面尘土量，极其适于植物受污染程度的估测及雾霾防治措施的优选工作。附图说明图1为本专利技术实施例的确定叶面尘土量的流程示意图；图2为本专利技术实施例的由叶片反射光谱值确定尘土预估方程的流程示意图；图3为本专利技术实施例的叶面尘土量估算或分级的流程示意图。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。具体实施方式实施例1：不同叶面尘土量的大叶黄杨叶片，在生长过程中，对不同波段光的吸收、反射存在差异，从而使得其叶片反射光谱特征也不一样，因此，可通过叶片反射光谱特征值来探知大叶黄杨叶面尘土量并进行分级。如图1所示，本实施例提供了一种树木叶面尘土量的确定方法，包括如下步骤：1)、建立预估方程并确定方程参数：步骤1：采集叶片样本；步骤2、用万分之一电子天平称取叶片重量；步骤3、用便捷式光谱仪测量叶片除尘前的反射光谱；步骤4：用去离子水洗净叶片表面尘土；步骤5：称取叶片除尘后的重量；步骤6：用同样的方法测量叶片除尘后的反射光谱；步骤7、获取光谱参数并建立光谱与叶面尘土量之间的关系2)、利用光谱数据估计叶面尘土量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种树木叶面尘土量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、建立预估方程并确定方程参数：步骤1：采集叶片样本；步骤2、用万分之一电子天平称取叶片重量；步骤3、用便捷式光谱仪测量叶片除尘前的反射光谱；步骤4：用去离子水洗净叶片表面尘土；步骤5：称取叶片除尘后的重量；步骤6：用同样的方法测量叶片除尘后的反射光谱；步骤7、获取光谱参数并建立光谱与叶面尘土量之间的关系；步骤2)、利用光谱数据估计叶面尘土量；步骤8、获取叶片反射光谱值；步骤9、从叶片的反射光谱值中获得光谱参数；步骤10、根据光谱参数利用叶面尘土量预估模型确定叶面尘土量；步骤①、计算初始尘土量y0；步骤②、根据y0按着分级原则确定虚拟变量k1,k2；步骤③、根据预估方程估计叶面尘土量，进一步，可以进行污染评测分级。

【技术特征摘要】
1.一种树木叶面尘土量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、建立预估方程并确定方程参数：
步骤1：采集叶片样本；
步骤2、用万分之一电子天平称取叶片重量；
步骤3、用便捷式光谱仪测量叶片除尘前的反射光谱；
步骤4：用去离子水洗净叶片表面尘土；
步骤5：称取叶片除尘后的重量；
步骤6：用同样的方法测量叶片除尘后的反射光谱；
步骤7、获取光谱参数并建立光谱与叶面尘土量之间的关系；
步骤2)、利用光谱数据估计叶面尘土量；
步骤8、获取叶片反射光谱值；
步骤9、从叶片的反射光谱值中获得光谱参数；
步骤10、根据光谱参数利用叶面尘土量预估模型确定叶面尘土量；
步骤①、计算初始尘土量y0；
步骤②、根据y0按着分级原则确定虚拟变量k1,k2；
步骤③、根据预估方程估计叶面尘土量，进一步，
可以进行污染评测分级。
2.根据权利要求1所述的一种树木叶面尘土量的确定方法，其特征在于，
所述光谱参数包括：绿峰x1、红边参数x2、简单比值指数x3以及归一化指数x4。
3.根据权利要求1或2所述的一种树木叶面尘土量的确定方法，其特征在
于，所述叶面尘土量预估模型为：
y=(p0+p1k1+p2k2)x1x3x2x4---(1)]]>其中，
y：叶面尘土量；
x1：绿峰；
x2：红边参数；
x3：简单比值指数；
x4：归一化指数；
k1、k2：虚拟变量；
p0、p1、p2：待定标参数；
所述待定标参数通过实验获得。
4.根据权利要求1所述的一种树木叶面尘土量的确定方法，其特征在于，
确定叶面尘土量预估方程参数的步骤：
采集叶片样本；用镊子将每片叶片夹到精度为万分之一天平的载物
盘上称除尘前的叶片重量(M1)；将叶片放在光谱仪的探头下测量除
尘前的反射光谱；用化妆棉将叶片在装有去离子水的塑料盆内轻轻
的快速洗净，用吸水纸将叶片表面的水吸干；再用精度为万分之一
的天平称除尘后的叶片重量(M2)，得到质量差ΔM＝M1-M2；则ΔM为叶
面尘土量；用同样的方法测量叶片除尘后的反射光谱；获取光谱参
数并建立光谱与叶面尘土量之间的关系。
5.根据权利要求1所述的一种树木叶面尘土量的确定方法，其特征在于，
利用光谱数据估计叶面尘土量,包括以下步骤：
步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴春燕，王雪峰，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院资源信息研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11