本发明涉及植被指数测量领域，具体涉及一种植被指数测量仪、控制方法及测量方法。
背景技术：
植被指数是不同遥感光谱波段间的线性或非线性组合，被认为能作为反映绿色植被的相对丰度和活性的辐射量值的标志，是绿色植被的叶面积指数、盖度、叶绿素含量、绿色生物量以及被吸收的光合有效辐射的综合体现。植被指数主要反映植被在可见光、近红外波段反射与土壤背景之间差异的指标，在一定条件下，不同植被指数能定量说明植物的生长状况。
植被指数的测量通常分为卫星遥感图像观测和地面仪器观测两种方式，其中，由于卫星遥感观测存在测量范围大，但测量精度低的缺点，所以一般采用地面仪器观测来弥补遥感观测精度低的不足。
地面植被指数仪测量值随着观测目标的改变而变化，野外条件下，如果测量仪器没有正确对准被测植被目标的下垫面，会导致测量结果存在较大误差。常规地面植被指数仪视场角单一且现场安装条件复杂，所以安装人员无法准确判断仪器视场是否对准观测目标，从而导致测量不够准确。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供了一种植被指数测量仪、控制方法或测量方法，以解决植被指数仪测量不够准确的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种植物指数测量仪，包括：
旋转定位组件，具有旋转控制单元；
植被反射测量组件，用于测量植被反射辐射，以得到植被指数值；其中，所述旋转控制单元与所述植被反射测量组件连接，用于驱动所述植被反射测量组件转动。
本发明实施例提供的植被指数测量仪，通过旋转控制单元控制植被反射组件转动一定的角度后进行测量，其中，所述角度可以确保所述植被指数测量仪测量视场涵盖待测植被的所有信息，从而克服了常规地面植被指数仪则需要人员手动控制测量仪器的角度，造成测量仪器无法准确对准待测植被目标，进而导致测量不够准确的缺点；其中，所述无法准确对准植被目标指的是：测量仪器的视场角内无法达到待测植被的边缘和/或测量仪器的视场角内涵盖了除待测植被以外的其他信息，从而导致测量不完整、不准确。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述旋转定位组件还包括激光瞄准器；其中所述激光瞄准器与所述植被反射测量组件的光轴同轴，所述旋转控制单元用于驱动所述激光瞄准器以及所述植被反射测量组件共同转动。
本发明实施例提供的植被指数测量仪，由于所述激光瞄准器与所述植被反射测量组件的光轴同轴，所以当安装所述植被指数测量仪时，人员可以借助激光瞄准器所发出的激光，更加清晰的判断所述植被反射测量组件是否对准待测植被，从而保证了测量的准确性。
结合第一方面或第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述植被反射测量组件包括：电动视场调节单元，用于调节所述植被指数测量仪的视场角。
本发明实施例提供的植被指数测量仪，通过所述电动视场调节单元对所述植被指数测量仪的测量视场自动对准待测植被目标，可选地，人员可以借助激光瞄准器有效判断出测量视场角是否达到待测植被的边缘而不涵盖除所述待测植被信息以外的信息，从而使测量更加准确。
结合第一方面或第一方面第一实施方式、第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述植被指数测量仪还包括：
数据采集组件，所述数据采集组件分别与所述旋转定位组件以及所述植被反射测量组件连接；其中，所述数据采集组件用于获取预设观测参数，并基于所述预设观测参数生成控制指令，以依次驱动所述旋转控制单元与所述植被反射测量组件以及其中的电动视场调节单元动作；所述预设观测参数包括植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径以及所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离。
本发明实施例提供的植被指数测量仪，通过数据采集组件对植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径以及所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离进行计算并生成控制指令，依次驱动旋转控制单元与植被反射测量组件动作，能够克服测量仪器视场角单一引起的无法准确对准待测植被的缺点。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种植被指数测量控制方法，包括：
获取预设观测参数；其中所述预设观测参数包括植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径以及所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离；
基于所述预设观测参数，计算初始旋转角度，以生成第一控制指令；其中，所述第一控制指令用于控制旋转定位组件中的旋转定位单元动作，以驱动植被反射测量组件转动；其中，所述植被指数测量仪包括所述旋转定位组件以及所述植被反射测量组件。
本发明实施例提供的植被指数测量控制方法，通过对所述预设观测参数包括：植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径以及所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离进行处理，得到初始旋转角度和第一控制指令，从而控制植被反射测量组件转动至所述初始旋转角度。其中所述预设观测参数可以最大限度反应待测植被目标的区域信息，为测量的准确性提供了基础。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，采用如下公式计算所述初始旋转角度：
其中，ω0为所述初始旋转角度；h为所述安装高度；r为所述待测目标半径；d0为所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离。
本发明实施例中提供的植被指数测量仪控制方法，通过对测量的基础参数包括植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径以及所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离进行处理，得到初始旋转角度，并由数据采集组件发出控制旋转的指令，旋转控制单元接收到所述指令后，控制植被反射测量组件旋转至初始旋转角度，所述初始旋转角度确保仪器测量光路准确对准待测植被，从而提升了测量准确度。
结合第二方面第一实施方式，在第二方面第二实施方式中，所述控制方法还包括：
根据所述初始旋转角度以及所述预设观测参数，计算所述植被指数测量仪的视场角，以生成第二控制指令；其中，所述第二控制指令用于控制所述植被反射测量组件中的电动视场调节单元动作，以调整所述植被指数测量仪的视场角。
本发明实施例提供的植被指数测量仪控制方法，通过对测量的基础参数包括植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径、所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离以及初始旋转角进行处理，得到测量仪器的视场角，并由数据采集组件发出控制旋转的指令，旋转控制单元接收到所述指令后，控制电动视场调节单元旋转至所述视场角，此时，可选地，人员可以辅助激光瞄准器判断测量仪器的测量视场内是否涵盖了待测植被的完整信息，即测量视场达到观测植被区域两侧的边界，但又没有将非观测区域覆盖进来，从而提升了测量的完整度与准确度。
结合第二方面第二实施方式，在第二方面第三实施方式中，根据所述初始旋转角度以及所述预设观测参数，计算所述植被指数测量仪的视场角，包括：
利用所述预设观测参数，计算所述植被指数测量仪与所述待测目标远离所述植被指数测量仪一侧之间的第一夹角；
利用所述植被测量仪的安装高度以及植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离，计算所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧之间的第二夹角；
计算所述初始旋转角度分别与第一夹角以及第二夹角之间的差值的绝对值，以得到所述视场角；其中，所述视场角为所述绝对值的最小值的两倍。
可选地，结合第二方面第三实施方式，在第二方面第四实施方式中，采用如下公式计算所述视场角：
ω＝2ωmin；
ωmin＝min(|ω1-ω0|，|ω2-ω0|)；
其中，ω为所述视场角；ωmin为所述绝对值的最小值；ω1为所述第一夹角；ω2为所述第二夹角；ω0为所述初始旋转角度；h为所述安装高度；r为所述待测目标半径；d0为所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离。
本发明实施例提供的植被指数测量仪控制方法，通过对预设观测参数包括：植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径、所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离以及初始旋转角进行处理，自动控制测量仪器的旋转角度，不受测量地貌、环境以及人为因素的影响，能够准确对准待测植被，提升了测量准确度。
根据第三方面，本发明实施例还提供了一种植被指数测量方法，包括：
根据第二方面的提供的植被指数测量仪的控制方法调节所述植被指数测量仪；
利用所述植被指数测量仪的视场角，确定灵敏度系数；
基于所述灵敏度系数，测量待测目标的植被指数。
本发明实施例提供的植被指数测量方法，根据视场-灵敏度函数，确定灵敏度系数，然后进行测量，使得测量更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的植被指数测量仪的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的植被指数测量仪控制方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的植被指数测量仪控制方法的完整流程图；
图4是根据本发明实施例的植被指数控制方法的原理图；
图5是根据本发明实施例的植被指数测量方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中提供了一种植被指数测量仪，图1是根据本发明实施例的植被指数测量仪的结构示意图，如图1所示，所述植被指数测量仪包括：旋转定位组件10以及植被反射测量组件20。其中，植被反射测量组件用于测量植被反射辐射，以得到植被指数值。
旋转定位组件10具有旋转控制单元，该旋转控制单元与植被反射测量组件10连接，用于驱动植被反射测量组件的转动。其中，所述旋转控制单元可以是电机或其他能实现角度转动的驱动装置，带动植被反射测量组件10。
植被反射测量组件20具有光学测量单元，其中，所述光学测量单元包括：第一光电探测器、第二光电探测器、第一成像物镜、第二成像物镜、红外滤光片和红光滤波片；第一光电探测器和第二光电探测器前分别设有第一成像物镜和第二成像物镜，所述第一成像物镜和第一光电探测器、第二成像物镜和二光电探测器之间分别设有近红外滤波片和红光滤波片；第一成像物镜和第二成像物镜分别将待测植被目标分别通过近红外滤波片和红光滤波片成像在第一光电探测器、第二光电探测器的光敏面上，第一光电探测器测得红光特征波长处第一植被反射光信号，第二光电探测器测得近红外特征波长处第二植被反射光信号，将所述第一植被反射光信号、所述第二植被反射光信号代入现有计算模型，进而得出植被指数值。
本发明实施例提供的植被指数测量仪，通过旋转控制单元控制植被反射组件转动一定的角度后进行测量，其中，所述角度可以确保所述植被指数测量仪测量视场涵盖待测植被的所有信息，从而克服了常规地面植被指数仪则需要人员手动控制测量仪器的角度，造成测量仪器无法准确对准待测植被目标，进而导致测量不够准确的缺点；其中，所述无法准确对准植被目标指的是：测量仪器的视场角内无法达到待测植被的边缘和/或测量仪器的视场角内涵盖了除待测植被以外的其他信息，从而导致测量不完整、不准确。
如图1所示，旋转定位组件10还包括有激光瞄准器40，其中所述激光瞄准器40与所述植被反射测量组件20的光轴同轴，旋转控制单元10驱动所述激光瞄准器40以及所述植被反射测量组件20共同转动。
本发明实施例提供的植被指数测量仪，由于所述激光瞄准器40与所述植被反射测量组件20的光轴同轴，所以当安装所述植被指数测量仪时，人员可以借助激光瞄准器40所发出的激光，更加清晰的判断所述植被反射测量组件是否对准待测植被，从而保证了测量的准确性。
如图1所示，植被反射测量组件20还包括有电动视场调节单元50，其中，所述电动视场调节单元50可以通过电机或其他可实现角度转动的驱动装置，用于控制所述电动视场调节单元50转动至视场角ω，所述视场角ω可以保证测量视场内涵盖了待测植被的完整信息。
如图1所示，植被指数测量仪还包括有数据采集组件30，所述数据采集组件30可以是数据处理与中央控制芯片，或其他可以实现数据处理功能与中央控制的元件。所述芯片内设有初始角度计算模型、视场角计算模型、视场-灵敏度计算模型和植被指数值计算模型。
仪器工作时，人员将预设观测参数输入所述数据采集组件30的人机界面，所述数据采集组件30自动计算出初始旋转角度ω0，并发出第一控制指令给旋转控制单元40，所述旋转控制单元40接收到第一控制指令后控制植被反射测量组件20旋转至所述初始旋转角度ω0；所述芯片根据所述初始旋转角度ω0和预设观测参数计算出视场角ω，并发出第二控制指令给电动视场调节单元50，所述电动视场调节单元50接收到所述第二控制指令后转动至角度ω；可选地，此时人员可以借助激光瞄准器判断所述植被指数测量仪的视场是否涵盖待测植被的完整信息而不包含其他信息；调节完毕后，所述数据采集组件30根据视场角ω得出对应的灵敏度系数，并将所述灵敏度系数写入；开始测量，植被反射测量组件20测量出待测植被在红外、近红外的反射光信号，并自动将其写入所述数据采集组件30，所述数据采集组件30计算出植被指数值后显示在人机界面，测量完毕。
本发明实施例提供了一种植被指数测量仪的控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
s11，获取预设观测参数。
其中所述预设观测参数包括植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径以及所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离。
所述预设观测参数可以通过大尺寸测量仪如激光测距仪等测量出。
s12，基于预设观测参数，计算初始旋转角度，以生成第一控制指令。
其中，所述第一控制指令用于控制旋转定位组件中的旋转定位单元动作，以驱动植被反射测量组件转动；其中，所述植被指数测量仪包括所述旋转定位组件以及所述植被反射测量组件。
图4是根据本发明实施例的植被指数测量仪控制方法的原理图，如图4所示，植被指数仪初始状态为植被反射测量组件垂直向下，组件内电动视场调节单元位于最小视场处，r代表观测目标的半径，d0表示观测目标边缘距离植被指数仪的水平距离d0大于等于0,h表示植被指数仪的安装高度。植被反射测量组件的光路与旋转定位组件中激光瞄准器光轴同轴，植被指数仪相比较于观测目标较小，光路与激光器光轴之间的垂直距离可以忽略不计，即用激光光轴光路代替测量组件光路。旋转定位单元控制植被反射测量组件旋转至光轴交汇与观测目标的中心位置，此时初始旋转角度ω0：
本发明实施例提供的植被指数测量仪控制方法，通过对所述预设观测参数包括：植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径以及所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离进行处理，得到初始旋转角度和第一控制指令，从而控制植被反射测量组件转动至所述初始旋转角度。其中所述预设观测参数可以最大限度反应待测植被目标的区域信息，为测量的准确性提供了基础。
本发明实施例还提供了一种植被指数测量仪控制方法的完整流程图，如图3所示，包括以下步骤：
s21，获取预设观测参数。
其中所述预设观测参数包括植被指数测量仪的安装高度、待测目标半径以及所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离。
详细请参见图2所示实施例的s11，在此不再赘述。
s22，基于预设观测参数，计算初始旋转角度，以生成第一控制指令。
其中，所述第一控制指令用于控制旋转定位组件中的旋转定位单元动作，以驱动植被反射测量组件转动；其中，所述植被指数测量仪包括所述旋转定位组件以及所述植被反射测量组件。
详细请参见图2所示实施例的s12，在此不再赘述。
s23，根据初始旋转角度以及预设观测参数，计算植被指数测量仪的视场角，以生成第二控制指令。
其中，所述第二控制指令用于控制所述植被反射测量组件中的电动视场调节单元动作，以调整所述植被指数测量仪的视场角。
图4是根据本发明实施例的植被指数测量仪控制方法的原理图，所述第二控制指令控制控制所述电动视场调节单元转动，确保仪器视场最大范围覆盖待测植被目标，同时保证非观测目标不进入视场内。
作为本实施例的一种可选实施方式，如图3所所示，上述s23包括：
s231，利用所述预设观测参数，计算所述植被指数测量仪与所述待测目标远离所述植被指数测量仪一侧之间的第一夹角。
如图4所示，ob是光轴，取角aob为第一夹角ω1，所述第一夹角ω1的计算方法为：
s232，利用所述植被测量仪的安装高度以及植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧的距离，计算所述植被指数测量仪与所述待测目标靠近所述植被指数测量仪一侧之间的第二夹角。
如图4所示，取角cod为第二夹角ω2，所述第二夹角ω2的计算方法为：
s233，计算所述初始旋转角度分别与第一夹角以及第二夹角之间的差值的绝对值，以得到所述视场角；其中，所述视场角为所述绝对值的最小值的两倍。
所述视场角的具体计算公式为：
ω＝2ωmin；
ωmin＝min(|ω1-ω0|，|ω2-ω0|)。
本发明实施例提供的植被指数测量仪控制方法，通过对预设观测参数进行简单的计算，得到初始旋转角度ω1和视场角ω，以分别生成第一控制指令和第二控制指令；其中，所述第一控制指令用于控制旋转定位组件中的旋转定位单元动作，以带动植被反射测量组件转动至初始旋转角度ω1，所述初始旋转角度ω1可以使所述植被指数测量仪的测量视场准确对准待测植被；所述第二控制指令用于控制电动视场调节单元动作，使所述植被指数测量仪的视场旋转至视场角ω，所述视场角ω可以保证观测视场内涵盖待测植被的完整信息而不涵盖其他干扰信息，从而克服常规地面植被指数测量仪视场角单一、测量不够准确的缺点。
本发明实施例还提供了一种植被指数测量方法，如图5所示，包括以下步骤：
s31，调节植被指数测量仪；
具体地，可以根据步骤s21、s22、s23对植被指数测量仪进行调节，在此不做赘述。
s32，利用植被指数测量仪的视场角，确定灵敏度系数；
具体地，可以提前将视场-灵敏度函数或对照关系写入所述植被指数测量仪；也可以提前做一个视场-灵敏度对照表，进行查表得出灵敏度系数。
s33，基于灵敏度系数，测量待测目标的植被指数。
具体地，灵敏度系数确定好后，测量出待测目标在红外和近红外特征波长处的反射功率，并代入现有计算模型，得出植被指数。
本发明实施例提供的植被指数测量方法，通过对植被指数测量仪进行调节，调节包括：调节植被反射测量组件至初始旋转角度；调节植被反射测量组件中的电动视场调节单元至视场角；然后根据视场-灵敏度函数，确定灵敏度系数并进行测量，输出植被指数值。其中，所述初始旋转角度可以保证所述植被指数测量仪准确对准待测目标，所诉视场角可以确保所述植被指数测量仪的测量视场涵盖待测目标的完整信息而不涵盖其他干扰信息，有效克服了常规地面植被指数测量仪视场角单一、测量不够准确的缺点。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。