水稻株型测量仪及其测定水稻株型参数的方法
【专利摘要】本发明涉及水稻株型测量仪及其测定水稻株型参数的方法，一种水稻株型测量仪，包括设于底座上的一中心角略大于180度的圆弧形滑道；一底部结合滑条的高度标尺，该滑条嵌入滑道内，且滑道上设有角度刻度规；一滑动座嵌设于高度标尺上；一茎秆指针垂直穿过滑动座和高度标尺，并能相对高度标尺前后、上下移动，且该茎秆指针始终指向底座的中心轴线；一叶方位指针的一端经第一连接关节连接于茎秆指针一端，且该叶方位指针能绕第一连接关节在与底座平行的平面旋转，该第一连接关节处设有一叶方位角度盘；该叶方位指针的另一端经第二连接关节连接一叶曲线指针，该叶曲线指针能绕着第二连接关节在与底座垂直的平面旋转，且该叶曲线指针上设有刻度规，该第二连接关节处设有一叶曲线角度盘。
【专利说明】水稻株型测量仪及其测定水稻株型参数的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水稻株型测量技术，特别是涉及水稻特征参数测量仪和水稻株型三维模拟数据测量仪。
【背景技术】
[0002]水稻株型是指水稻的形态特征、空间排列方式以及各性状之间的关系，如水稻高矮、分蘖集散、叶片的长短、宽窄及角度、穗形、个体在群体中的排列方式及其几何结构。
[0003]水稻株型改良对提高单产具有重要的作用。从我国水稻产量的两次突破来看，矮杆品种比高杆品种增产、杂交稻比矮杆品种增产的重要原因之一就在于株型的改良。株型改良的第一阶段是矮化育种，第二阶段是理想株型育种，它的发展方向是形态与机能兼顾，理想株型与优势利用相结合。所以，理想株型的研究越来越受到育种家的重视和关心。
[0004]理想株型模拟表述是对作物的形态特征、空间排列方式以及各性状之间的关系，如植株高矮、分蘖集散、叶片的长短、宽窄及角度、穗形、个体在群体中的排列方式及其几何结构的计算机模拟。株型模拟的基础是株型模型。理想株型模拟的目的在于为理想株型的选择，田间管理优化提供理论支持。这是因为在一定的生长环境中，株型是联系作物品种、田间管理和作物产量的桥梁。作物品种、田间管理直接影响株型差异，株型差异通过作物冠层的光分布和透气情况影响光合作用，进而影响作物的产量。在育种方面，育种专家可以利用模拟技术，根据品种株型可能产生的效应，确定所要选育品种的方向。例如国际水稻研究所已开始用作物株型模型模拟作物形态和生理特征在不同环境下的变化进行育种，帮助选择理想株型。在田间管理方面，可以利用模拟技术，模拟播种时期、种植密度、灌溉制度、月巴料使用对株型的影响，优化田间配置以提高长期平均产量，经济效益和生态效益。
[0005]理想株型模拟的基础是株型数据采集。如何精确采集叶基高、叶方位角、叶基角、披垂角等株型特征参数和三维株型构建所需的叶脉空间坐标等株型结构数据是株型模拟的基础。
[0006]然而由于水稻群体结构的复杂性，株型特征参数和株型结构数据的采集仍是株型模拟的难题。目前全国重要的水稻研究单位都没有建立一套合适的株型特征参数和株型结构数据采集设备和技术。目前株型特征参数和株型结构数据采集的常用方法主要包括用量角、直尺、位置工具的手工测量方式和基于图像处理、数字化仪和扫描仪的方法。手工测量方式设备成本低，但是测量劳动强度大，精度低。基于图像处理、数字化仪和扫描仪的方法速度快，但是价格高、后期数据处理复杂、特征提取困难、推广难。因此根据水稻株型叶片对生性和叶脉不扭曲等特征，设计株型特征参数和株型结构数据采集辅助设备具有重要的意义。
【发明内容】
[0007]为简便、快捷、精确地采集水稻的株型特征参数和株型结构数据，本发明提供一种水稻株型测量仪及其测定水稻株型参数的方法。[0008]为解决上述技术问题，本发明提供的水稻株型测量仪，其包括一底座，该底座上设有一内凹型滑道，且该底座、滑道分别为中心角略大于180度的圆弧，两圆弧的圆心重合于一处；一高度标尺的底部固定结合有滑条，该滑条嵌入滑道内，且该滑条是与该滑道等半径的圆弧形滑条，使得滑条能在滑道内移动，从而相应带动高度标尺沿滑道移动，同时该滑道上设有角度刻度规以测量滑条移动的角度；一滑动座活动嵌设于该高度标尺上，并能沿高度标尺上、下移动；一茎杆指针垂直穿过该滑动座和高度标尺，并能相对高度标尺前后移动，还能随滑动座沿高度标尺上、下移动，该高度标尺上设有高度规以测量茎杆指针距离底座上表面的距离，且该茎杆指针始终指向该底座的中心轴线，该茎杆指针上设有长度规以测量叶基到高度标尺的距离；一叶方位指针的一端经第一连接关节连接于茎杆指针指向底座中心轴线的一端，且该叶方位指针能绕第一连接关节在与底座平行的平面旋转，该第一连接关节处设有一叶方位角度盘以测量叶方位指针与茎杆指针的夹角；该叶方位指针的另一端经第二连接关节连接一叶曲线指针，该叶曲线指针能绕着第二连接关节在与底座垂直的平面旋转，且该叶曲线指针上设有刻度规，该第二连接关节处设有一叶曲线角度盘以测量叶曲线指针与叶方位指针的夹角，该叶曲线刻度盘固定在叶曲线指针上。
[0009]进一步地，该滑道由第一、二滑条压脚固设于底座上形成。
[0010]进一步地，该滑动座和高度标尺之间嵌耐磨铜片。
[0011]进一步地，滑道上的角度刻度规的角度为以逆时针方向从零度到180度标刻；高度标尺上的高度规由下到上从零毫米到6000毫米标刻；茎杆指针上的长度规从茎杆指针与叶方位指针连接端的端点开始从零毫米开始标刻；叶方位角度盘的零度方向与茎杆指针平行，且按逆时针方向标刻；叶曲线指针的刻度规的刻度由第二连接关节开始从O毫米沿叶曲线指针按增加的方式标刻。
[0012]进一步地,该第二连接关节距叶方位指针的外伸端15厘米，以方便操作。
[0013]为解决上述技术问题，本发明还提供一种利用上述水稻株型测量仪测定水稻株型参数的方法，其包括以下步骤:
[0014]①将水稻株型测量仪置于水平桌面上，稻株于底座间直立放置；
[0015]②移动高度标尺和滑动座，使茎杆指针指向底座中心轴线的端头与该稻株一分蘖的一叶片的叶基接触，通过滑道上的角度刻度规得到茎杆的方位角Θ，通过高度标尺上的高度规得到该叶基到稻株基部的距离h，通过茎杆指针上的长度规得到该叶基到高度标尺的距离r ；
[0016]③根据圆柱坐标原理，计算叶基的空间位置:
[0017]r ≤R 时，
【权利要求】
1.一种水稻株型测量仪，其包括一底座(7)，其特征在于，该底座上设有一内凹型滑道(15),且该底座、滑道分别为中心角略大于180度的圆弧,两圆弧的圆心重合于一处；一高度标尺(2)的底部固定结合有滑条(16)，该滑条嵌入滑道内，且该滑条是与该滑道等半径的圆弧形滑条，使得滑条能在滑道内移动，从而相应带动高度标尺沿滑道移动，同时该滑道上设有角度刻度规以测量滑条移动的角度；一滑动座(3)活动嵌设于该高度标尺上，并能沿高度标尺上、下移动；一茎杆指针(11)垂直穿过该滑动座和高度标尺，并能相对高度标尺前后移动，还能随滑动座沿高度标尺上、下移动，该高度标尺上设有高度规以测量茎杆指针距离底座上表面的距离，且该茎杆指针始终指向该底座的中心轴线，该茎杆指针上设有长度规以测量叶基到高度标尺的距离；一叶方位指针(12)的一端经第一连接关节(14)连接于茎杆指针指向底座中心轴线的一端，且该叶方位指针能绕第一连接关节在与底座平行的平面旋转，该第一连接关节处设有一叶方位角度盘(13)以测量叶方位指针与茎杆指针的夹角；该叶方位指针的另一端经第二连接关节(19)连接一叶曲线指针(18)，该叶曲线指针能绕着第二连接关节在与底座垂直的平面旋转，且该叶曲线指针上设有刻度规，该第二连接关节处设有一叶曲线角度盘(20)以测量叶曲线指针与叶方位指针的夹角，该叶曲线刻度盘固定在叶曲线指针上。
2.根据权利要求1所述的水稻株型测量仪，其特征在于，该滑道(15)由第一、二滑条压脚(5、6)固设于底座上形成。
3.根据权利要求1所述的水稻株型测量仪，其特征在于，该滑动座和高度标尺之间嵌耐磨铜片。
4.根据权利要求1所述的水稻株型测量仪，其特征在于，滑道上的角度刻度规的角度为以逆时针方向从零度到180度标刻；高度标尺上的高度规由下到上从零毫米到6000毫米标刻；茎杆指针上的长度规从茎杆指针与叶方位指针连接端的端点开始从零毫米开始标刻；叶方位角度盘的零度方向与茎杆指针平行，且按逆时针方向标刻；叶曲线指针的刻度规的刻度由第二连接关节开始从O毫米沿叶曲线指针按增加的方式标刻。
5.根据权利要求1所述的水稻株型测量仪，其特征在于，该第二连接关节距叶方位指针的外伸端15厘米。
6.一种利用权利要求1所述水稻株型测量仪测定水稻株型参数的方法，其特征在于包括以下步骤: ①将水稻株型测量仪置于水平桌面上，稻株于底座间直立放置； ②移动高度标尺和滑动座，使茎杆指针指向底座中心轴线的端头与该稻株一分蘖的一叶片的叶基接触，通过滑道上的角度刻度规得到茎杆的方位角Θ，通过高度标尺上的高度规得到该叶基到稻株基部的距离h，通过茎杆指针上的长度规得到该叶基到高度标尺的距离r ; ③根据圆柱坐标原理，计算叶基的空间位置:
7.根据权利要求5所述的测定水稻株型参数的方法，其特征在于，根据该叶脉不同部位的空间坐标，求出叶片的近似长度、叶基角、披垂度、披垂角:
8.根据权利要求5所述的测定水稻株型参数的方法，其特征在于，重复步骤①一步骤⑧，得到单个分蘖的株型参数，进而得到整株水稻的株型参数。
9.根据权利要求5所述的测定水稻株型参数的方法，其特征在于，根据整株水稻的株型参数，通过以下算法构建水稻株型三维模拟图像: I)建立坐标变换体系使得主茎底端位于坐标原点，主茎茎杆位于竖坐标上，根据坐标变换体系变换叶基的空间位置和叶脉不同部位的空间坐标； II)根据变换后叶基的空间位置，通过直线拟合，绘制茎杆的三维图像； III)根据变换后叶脉不同部位的空间坐标，通过二次方程拟合，绘制叶片的三维图像；IV)重复步骤III)，绘制单个分蘖所有叶脉的三维图像；V)重复步骤 I)-1V)，绘制单株水稻的三维图像。
【文档编号】G01B11/03GK103791846SQ201410059725
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】李绪孟, 黄璜, 邹锐标, 王小卉 申请人:湖南农业大学