CN104596421A - 一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器及其解算方法 - Google Patents

Abstract

一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器及其解算方法，它涉及冠层结构测量仪器及其解算方法。本发明的目的是为了解决现有森林冠层结构参数采集装置无法实现长时间序列的数据采集，采集数据误差大，现有的解算方法繁琐，解算结果误差率大的问题。本发明包括供电部分和测量部分，测量部分包括车体测量装置和导轨装置，导轨装置的一端设有停靠棚，供电系统通过停靠棚与车体测量装置建立电力传输连接，车体测量装置沿导轨运动，利用大光斑消除法、贝尔定律解算森林冠层参数的方法获得森林叶面积指数、聚集度指数、郁闭度参数。本发明的仪器可长期野外自动观测，取代人工野外重复测量，节省人力，减少人为误差。

Description

一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器及其解算方法

技术领域

本发明涉及冠层结构测量仪器及其解算方法，具体涉及一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器及其解算方法，属于森林冠层分析技术领域。

背景技术

叶面积指数(leaf area index,LAI)是单位地表面积上总的叶子表面积的一半，是森林冠层重要的结构参数之一。叶片是植物重要的营养器官，大部分光合作用在叶片完成，同时蒸腾作用也是通过叶片的气孔来实现的，是植物与外界进行物质、能量交换的主要器官，因此，叶面积指数是衡量植物的固碳能力和蒸腾作用的重要参数。叶面积指数已经被认为是描述森林健康、研究植被与外界的能量循环、物质循环的重要指标。

聚集度指数是描述植被空间分布的聚集程度，分为树冠尺度聚集度指数和冠内叶片的聚集度指数。以往光学测量叶面积指数研究的理论中，大部分是基于空隙随机分布假设的，但实际中由于树木分布的非随机性、单株树木枝子的轮生、分枝结构、叶片的簇生等特点会造成树冠之间聚集及树冠内部枝叶的聚集效应，这会导致基于空隙随机分布假设测量的叶面积指数值偏低。准确的获得聚集度指数对于准确获取真实叶面积指数、冠层雨水截流、蒸散发等研究具有重要意义。目前考虑阴生叶、阳生叶具有不同光合作用和固碳能力的两叶碳循环模型中聚集度指数也是必要的输入参数，有研究表明，准确获取全年的聚集度指数数据可以提高两叶模型模拟森林初级生产力20％精度。

森林郁闭度指数是指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度，它是反映林分密度的指标。是国际最为通用的森林结构参数之一，联合国粮农组织也以郁闭度的大小来判断森林的疏密程度。研究表明森林郁闭度在一定程度上决定着林下植被的分布和生长情况。

由于树木及林分的生长特性，森林冠层的结构参数随着时间而变化，准确获得长期的森林结构参数是碳循环模型、水循环模型等生态研究的基础。目前实地获取森林冠层结构参数的方法包括直接法和间接法，直接法多为破坏性的取样方法，这些方法无法获取长期连续观测数据；间接法测量主要是利用手持光学仪器的人工测量方法，测量叶面积指数的仪器主要有LAI-2200、Trac、Sunscan等，测量聚集度指数主要仪器有Trac、鱼眼镜头相机等，测量郁闭度指数为样地内随机选点人工查看被遮盖点的比例，但是这些方法都是瞬时测量，要想获得长期数据需要测量人员多次重复测量，会带来一定的人为误差，而且费时费力。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有森林冠层结构参数采集装置无法实现长时间序列的数据采集，采集数据误差大，现有的解算方法繁琐，解算结果误差率大的问题。

本发明的技术方案是：一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，包括供电部分和测量部分，所述测量部分包括车体测量装置和导轨装置，导轨装置的一端设有停靠棚，所述供电系统通过停靠棚与车体测量装置建立电力传输连接，车体测量装置沿导轨运动。

所述车体测量装置包括车壳体，车壳体上端设有滤光镜，车壳体下端设有若干车轮组、减速电机、光栅盘、光栅传感器和温湿度传感器，车壳体内部设有单片机、时间模块、存储模块、显示屏、第一保险管、第一时控开关、充电组件和光强模块，充电组件的输出端通过第一时控开关和第一保险管与单片机的供电端建立连接，单片机的数据接收端分别连接光栅传感器的输出端、温湿度传感器、光强模块和时间模块，所述单片机的输出端分别连接减速电机、存储模块和显示屏，所述减速电机的输出端连接车轮组，光栅盘安装在车轮组上并与车轮组同轴转动，光栅盘的位置与光栅传感器的感应部分位置对应，所述滤光镜的位置与光强模块的位置对应，滤光镜可以减少林下散射光对测量光斑的影响，所述车体测量装置在执行测量时单片机会首先通过温湿度传感器收集空气相对湿度数据，当相对湿度达到阈值时终止测量，这样可以减少阴雨天对车体测量装置电子元件的损伤，通过光栅测距传感器实现判断行驶距离，校准测量光斑大小的准确性。

所述充电组件包括依次连接的充电接口、充电电刷、锂电池充电模块和内置锂电池，充电接口置于车壳体外，充电电刷、锂电池充电模块和内置锂电池置于车壳体内，

所述供电系统包括太阳能板和防水壳体，防水壳体内部设有蓄电池、太阳能充电控制器、降压模块、第二保险管和第二时控开关，防水壳体外壁设有航空插头，太阳能板的电能输出端通过太阳能插口连接太阳能控制器的输入端，太阳能充电控制器的输出端与蓄电池的输入端建立连接，蓄电池的输出端通过依次串联的降压模块、第二保险管和第二时控开关基于航空插头建立连接，防水外壳可适应林区天气，保证主体及传感器的工作寿命和工作稳定性，太阳能板收集电能储存于蓄电池中，蓄电池通过固定轨道上的充电插头周期性地为车体测量装置内置的锂电池充电，减少了充电接头的带电时间，避免在高湿情况下充电，合理的周期提高了车体测量装置内置锂电池的使用寿命，同时满足车体测量装置长期野外观测耗电，压模块和保险管，保证在安全电压、电流范围内工作为车体测量装置充电，以免因电压过大烧坏元件，延误测量，所述时控开关，实现指定时间下周期性为车体测量装置内置锂电池充电，以避免高湿情况下充电，合理的充电周期也可以延长锂电池的使用寿命。

所述导轨装置包括若干条轨道和若干组固定装置，每条轨道之间通过连接器建立连接，每组固定装置包括调节夹、固定架和固定叉，调节夹固定在轨道的底面上，固定夹的上端与调节夹建立连接，固定架的下端与固定叉建立连接。

所述停靠棚包括前端敞口后端封闭的棚体，棚体后端的内壁上设有引导轨和缓冲垫，所述引导轨上设有充电接头，引导轨和充电接头的形状位置与车体测量装置的充电接口对应，棚体内的底面与轨道的连接处设有弧形停靠坡，所述引导轨可调整车体测量装置的停靠位置，实现充电接头和车体测量装置的充电接口的准确对接，所述弧形停靠坡，可避免雨水的流入，并保证观测车体测量装置停靠时不晃动。

长时间序列森林冠层结构参数的解算方法：利用长时间序列森林冠层结构参数测量仪器得到轨道上光强数据，车体测量装置的单片机根据写入的测量点位经纬度信息、轨道角度，判断测量位置阳光垂直照射轨道方向的时间，沿轨道运动并执行测量，利用光强模块收集光强数据，进而得到轨道所在样线上的林下真实的光斑分布，将获得轨道上的光强值按阈值分为两组，大于阈值的光强对应测量点在光斑内，小于阈值的光强对应测量点在叶片遮挡的阴影内，通过距离校正可以得到每一个记录光强点之间的距离，从而可以得到每个光斑的长度；

所述阈值的确定方法为：利用测量仪器得到轨道3-2上的光强数据，测量得光强数据按某一界限分为两组其中一组值均大于界限值另一组值均小于等于界限值，求得两组组内方差和，将界限值在最小光强到最大光强范围内由小到大改变，求得每次分组后的组内方差和，对应最小的组内方差和的界限值即为阈值；

根据空隙分布理论，当叶片随机分布情况下有：

$F\left(\mathrm{\λ}\right)=(1+L_P*\frac{\mathrm{\λ}}{W_P})\exp [-L_P(1+\frac{\mathrm{\λ}}{W_P})]---\left(1\right),$

其中F(λ)表示林下大于λ长的光斑概率分布，将垂直光线入射方向的面称为M面，L_P为聚集单元内叶片总面积在M面上的投影比聚集单元在M面的投影，W_P为叶片在M面投影的宽度；

利用贝尔定律描述光线透过林冠层的衰减，公式为：

P(θ)＝exp[-G(θ)Ω_EL_E/cos(θ)]  (2)，

其中P(θ)为光线透过率，Ω_E为聚集度指数，L_E为叶面积指数，-G(θ)为不同叶倾角下林冠层的消光系数；

利用大光斑消除理论和公式(2)得到聚集度指数其中F_m(0)表示林下光线透过林冠层的概率P(θ)，F_mr(0)是叶片随机分布下林冠层的光线透过率，Δg是大光斑消除的过程中测量样线的变化比例用，表示为Δg＝F_m(0)-F_mr(0)；

利用贝尔定律和测量的光斑概率分布得到公式：取光线透过林冠层的消光系数G(θ)为0.5，得到叶面积指数

根据郁闭度指数的定义和大光斑消除法，郁闭度可以表达为1-[F_m(0)-F_mr(0)]。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明的仪器可长期野外自动观测，取代人工野外重复测量，节省人力，减少人为误差。所述车体测量装置控制程序可以根据写入的测量点位的经纬度信息、轨道角度，判断测量位置阳光垂直照射轨道方向的时间，并执行测量，实现大范围布点观测的可行性，并且结构简单、造价低、可长期自动观测森林叶面积指数、聚集度指数和郁闭度，利用大光斑消除法、贝尔定律解算森林冠层参数的方法获得森林叶面积指数、聚集度指数、郁闭度的长时间序列数据方法更加简单，测量数据更加准确。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图；

图2是车体测量装置的内部结构视图；

图3是车体测量装置的车底部分结构视图；

图4是车体测量装置的俯视图；

图5是供电部分结构视图；

图6是导轨装置结构视图；

图7是停靠棚内部结构视图；

图8是车体测量装置测得的光强值图谱。

图中1、供电部分、1-1、太阳能板，1-2、防水箱，1-3、第二时控开关，1-4、太阳能充电控制器，1-5、第二保险管，1-6、降压模块，1-7、航空插头，1-8、蓄电池，2、车体测量装置，2-1、车壳体，2-2、滤光镜、2-3、车轮组，2-4、光栅盘，2-5、光栅传感器，2-6、减速电机，2-7、单片机，2-8、时间模块，2-9、存储模块，2-10、显示屏，2-11、第一保险管，2-12、第一时控开关，2-13、光强模块，2-14、充电电刷，2-15、充电模块，2-16、内置锂电池，2-17、充电接口，3、导轨装置，3-1、连接器，3-2、轨道，3-3、调节夹，3-4、固定架，3-5、固定叉，4、停靠棚，4-1、棚体，4-2、缓冲垫，4-3、引导轨，4-4、充电接头，4-5、停靠坡。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式：本实施方式的一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，包括供电部分1和测量部分，所述测量部分包括车体测量装置2和导轨装置3，导轨装置3的一端设有停靠棚4，所述供电部分1通过停靠棚4与车体测量装置2建立电力传输连接，车体测量装置2沿导轨运动。

所述车体测量装置2包括车壳体2-1，车壳体2-1上端设有滤光镜2-2，车壳体2-1下端设有若干车轮组2-3、减速电机2-6、光栅盘2-4、光栅传感器2-5和温湿度传感器，车壳体2-1内部设有单片机2-7、时间模块2-8、存储模块2-9、显示屏2-10、第一保险管2-11、第一时控开关2-12、充电组件和光强模块2-13，每个车轮组2-3包括两个车轮和连接车轮的连接轴充电组件的输出端通过第一时控开关2-12和第一保险管2-11与单片机2-7的供电端建立连接，单片机2-7的数据接收端分别连接光栅传感器2-5的输出端、温湿度传感器、光强模块2-13和时间模块2-8，所述单片机2-7的输出端分别连接减速电机2-6、存储模块2-9和显示屏2-10，所述光栅盘2-4套设安装在连接轴上，光栅传感器2-5的感应端与光栅盘2-4的位置对应，减速电机2-6的输出端驱动连接轴转动，所述滤光镜2-2的位置与光强模块2-13的位置对应，滤光镜2-2为500nm低通滤光镜，所述车体测量装置2利用光栅传感器2-5判断行驶距离，当达到单片2-7机指定的行驶距离即轨道长度后，单片机2-7通过控制电机驱动模块实现减速电机2-6反转，车体测量装置2退回导轨装置3起始端的停靠棚4内，所述传感器均为数字化传感器，可实现校准功能。

所述充电组件包括依次连接的充电接口2-17、充电电刷2-14、充电模块2-15和内置锂电池2-16，充电接口2-17置于车壳体2-1外，充电电刷2-14、充电模块2-15和内置锂电池2-16置于车壳体2-1内。

所述供电部分1包括太阳能板1-1和防水箱1-2，防水箱1-2内部设有蓄电池1-8、太阳能充电控制器1-4、降压模块1-6、第二保险管1-5和第二时控开关1-3，防水箱1-2外壁设有航空插头1-7，太阳能板1-1的电能输出端连接太阳能充电控制器1-4的输入端，太阳能充电控制器1-4的输出端与蓄电池1-8的输入端建立连接，蓄电池1-8的输出端通过依次串联的降压模块1-6、第二保险管1-5和第二时控开关1-3与航空插头1-7建立连接。

所述导轨装置3包括若干条轨道3-2和若干组固定装置，每条轨道3-2之间通过连接器3-1建立连接，每组固定装置包括调节夹3-3、固定架3-4和固定叉3-5，调节夹3-3固定在轨道3-2的底面上，固定架3-4的上端与调节夹3-3建立连接，固定架3-4的下端与固定叉3-5建立连接，所述导轨装置3由若干2米长轨道3-2组成，固定架3-4下端的固定叉3-5可插入土中固定，固定架3-4上的调节夹3-3可调整轨道的高度和角度。

所述停靠棚4包括前端敞口后端封闭的棚体4-1，棚体4-1后端的内壁上设有引导轨4-3和缓冲垫，所述引导轨4-3上设有充电接头4-4，引导轨4-3和充电接头4-4的形状位置与车体测量装置2的充电接口2-17对应，棚体4-1内的底面与轨道3-2的连接处设有弧形停靠坡4-5。

一种长时间序列森林冠层结构参数的解算方法：

利用长时间序列森林冠层结构参数测量仪器得到轨道3-2上光强数据，其方法为：首先搭设固定导轨，固定导轨由若干2米长轨道3-2组成，固定架3-4应位于轨道3-2的北侧，以免固定架阴影对测量造成影响，轨道布设方向尽量保持东西方向、水平，车体测量装置2的单片机2-7根据写入的测量点位经纬度信息、轨道角度，判断测量位置阳光垂直照射轨道3-2方向的时间，沿轨道3-2运动并执行测量，利用光强模块2-13收集光强数据，进而得到轨道3-2所在样线上的林下真实的光斑分布，将获得轨道3-2上的光强值按阈值分为两组，大于阈值的光强对应测量点在光斑内，小于阈值的光强对应测量点在叶片遮挡的阴影内，通过距离校正可以得到每一个记录光强点之间的距离，从而可以得到每个光斑的长度；

所述阈值的确定方法为：利用测量仪器得到轨道3-2上的光强数据，将测得的光强数据按某一界限分为两组，其中一组值均大于该界限值，另一组值均小于等于该界限值，求得两组数据方差和，将界限值在最小光强到最大光强范围内由小到大改变，求根据不同界限值确定的两组数据的方差和，对应最小的方差和的界限值即为阈值；

以一次30米固定轨道测量为例，车体测量装置2在轨道上运行并测量光强，得到的数据如图8所示，图8中每一个凸起是由林下光斑较高亮度引起的，凸起的宽度即为光斑的大小，通过测量得到轨道上光强分布即可获得轨道所在样线上的林下光斑分布。

根据空隙分布理论，当叶片随机分布情况下有：

$F\left(\mathrm{\λ}\right)=(1+L_P*\frac{\mathrm{\λ}}{W_P})\exp [-L_P(1+\frac{\mathrm{\λ}}{W_P})]---\left(1\right);$

其中F(λ)表示林下大于λ长的光斑概率分布，将垂直光线入射方向的面称为M面，L_P为聚集单元内叶片总面积在M面上的投影比聚集单元在M面的投影，W_P为叶片在M面投影的宽度；

利用贝尔定律描述光线透过林冠层的衰减，公式为：

P(θ)＝exp[-G(θ)Ω_EL_E/cos(θ)]  (2)；

其中P(θ)为光线透过率，Ω_E为聚集度指数，L_E为叶面积指数，-G(θ)为不同叶倾角下林冠层的消光系数；

由于F(λ)表示叶片随机分布情况下林下大于λ长的光斑概率分布，则F(0)表示林下光线透过林冠层的概率P(θ)，叶片呈随机分布情况下聚集度等于1，带入公式(2)得到：

$L_E=-\frac{\cos \mathrm{\θ}}{G\left(\mathrm{\θ}\right)}\mathrm{Ln}\left[F\left(0\right)\right]---\left(3\right);$

实际测量中叶片的聚集效应聚集度指数并非等于1，通过仪器测量，可以得到实际的光斑概率分布函数F_m(λ)，则F_m(0)表示林下光线透过林冠层的概率P(θ)，带入式(2)得到：

${\mathrm{\Ω}}_E{L}_E=-\frac{\cos \mathrm{\θ}}{G\left(\mathrm{\θ}\right)}\mathrm{Ln}\left[F_m\left(0\right)\right]---\left(4\right);$

将式(4)和(3)相比得到聚集度指数的计算公式：

${\mathrm{\Ω}}_E=\frac{\mathrm{Ln}{F}_m\left(0\right)}{\mathrm{LnF}\left(0\right)}---\left(5\right);$

引入光斑消除法理论，聚集单元内的L_P与聚集单元内的叶面积指数L_E可以表示为：

$L_P=\frac{G\left(\mathrm{\θ}\right)L_E}{\cos \mathrm{\θ}}---\left(6\right);$

带入式(3)中得到：

L_P＝-LnF(0)  (7)；

实测的光斑概率分布由于叶片的聚集效应出现较大的光斑，大光斑消除法就是利用实测的F_m(λ)在消除较大光斑影响后，经过迭代运算得到叶片如果随机分布情况下光斑概率的分布F(λ)，从而求得林冠层叶片的聚集度指数Ω_E；

具体迭代算法为：将L_P＝-LnF_m(0)做为初值带入式(1)中解得F(0)，从而得到L_P+1＝-LnF(0)，当L_P-L_P+1>ε时认为F_m(λ)中存在聚集效应产生的光斑，其中ε为允许范围，一般可设定为0.05，即两个聚集单元间的大光斑，消除长度最长的光斑重新计算光斑概率分布得到F_mr(0)，再次进行迭代运算，直到L_P-L_P+1<ε时停止计算，认为得到的F_mr(λ)是叶子呈随机分布情况下的光斑分布；

经过大光斑消除法计算后，可以得到叶片随机分布下的光斑概率分布F_mr(λ)，得到叶片随机分布下林冠层的光线透过率F_mr(0)，但是在大光斑消除的过程中相当于缩短了测量样线的长度，变化比例用Δg表示Δg＝F_m(0)-F_mr(0)；

调整式(5)，得到聚集度指数 ${\mathrm{\&Omega;}}_E=\frac{(1+\mathrm{\&Delta;g})\mathrm{Ln}{F}_m\left(0\right)}{\mathrm{Ln}{F}_{\mathrm{mr}}\left(0\right)}---\left(8\right);$

叶面积指数解算：

利用贝尔定律和测量的光斑概率分布得到公式：取光线透过林冠层的消光系数G(θ)为0.5，得到叶面积指数

郁闭度指数解算：

本仪器的车体测量装置2在固定轨道3-2上运行，并收集光强数据，得到轨道3-2所在样线上的光斑分布，其中较大光斑是由于林冠层聚集单元之间产生的空隙，可以理解为样线上没有被植被遮盖的长度，根据郁闭度指数的定义和大光斑消除法，郁闭度可以表达为1-[F_m(0)-F_mr(0)]。

Claims (8)

1.一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，包括供电部分(1)和测量部分，其特征在于：所述测量部分包括车体测量装置(2)和导轨装置(3)，导轨装置(3)的一端设有停靠棚(4)，所述供电部分(1)通过停靠棚(4)与车体测量装置(2)建立电力传输连接，车体测量装置(2)沿导轨装置(3)运动，采集光强数据。

2.根据权利要求1所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所述车体测量装置(2)包括车壳体(2-1)，车壳体(2-1)上端设有滤光镜(2-2)，车壳体(2-1)下端设有若干车轮组(2-3)、减速电机(2-6)、光栅盘(2-4)、光栅传感器(2-5)和温湿度传感器，车壳体(2-1)内部设有单片机(2-7)、时间模块(2-8)、存储模块(2-9)、显示屏(2-10)、第一保险管(2-11)、第一时控开关(2-12)、充电组件和光强模块(2-13)，充电组件的输出端通过第一时控开关(2-12)和第一保险管(2-11)与单片机(2-7)的供电端建立连接，单片机(2-7)的数据接收端分别连接光栅传感器(2-5)的输出端、温湿度传感器的输出端、光强模块(2-13)和时间模块(2-8)，所述单片机(2-7)的输出端分别连接减速电机(2-6)、存储模块(2-9)和显示屏(2-10)，所述减速电机(2-6)的输出端连接车轮组(2-3)，光栅盘(2-4)安装在车轮组(2-3)上并与车轮组同轴转动，光栅盘(2-4)的位置与光栅传感器(2-5)的感应部分位置对应，所述滤光镜(2-2)的位置与光强模块(2-13)的位置对应。

3.根据权利要求2所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所述充电组件包括依次连接的充电接口(2-17)、充电电刷(2-14)、充电模块(2-15)和内置锂电池(2-16)，充电接口(2-17)置于车壳体(2-1)外，充电电刷(2-14)、充电模块(2-15)和内置锂电池(2-16)置于车壳体(2-1)内。

4.根据权利要求3所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所述供电部分(1)包括太阳能板(1-1)和防水箱(1-2)，防水箱(1-2)内部设有蓄电池(1-8)、太阳能充电控制器(1-4)、降压模块(1-6)、第二保险管(1-5)和第二时控开关(1-3)，防水箱(1-2)外壁设有航空插头(1-7)，太阳能板(1-1)的电能输出端连接太阳能充电控制器(1-4)的输入端，太阳能充电控制器(1-4)的输出端与蓄电池(1-8)的输入端建立连接，蓄电池(1-8)的输出端通过依次串联的降压模块(1-6)、第二保险管(1-5)和第二时控开关(1-3)与航空插头(1-7)建立连接。

5.根据权利要求4所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所述导轨装置(3)包括若干条轨道(3-2)和若干组固定装置，每条轨道(3-2)之间通过连接器(3-1)建立连接，每组固定装置包括调节夹(3-3)、固定架(3-4)和固定叉(3-5)，调节夹(3-3)固定在轨道(3-2)的底面上，固定架(3-4)的上端与调节夹(3-3)建立连接，固定架(3-4)的下端与固定叉(3-5)建立连接。

6.根据以上任一权利要求所述一种长时间序列森林冠层结构参数测量仪器，其特征在于：所述停靠棚(4)包括前端敞口后端封闭的棚体(4-1)，棚体(4-1)后端的内壁上设有引导轨(4-3)和缓冲垫，所述引导轨(4-3)上设有充电接头(4-4)，引导轨(4-3)和充电接头(4-4)的形状位置与车体测量装置(2)的充电接口(2-17)对应，棚体(4-1)内的底面与轨道(3-2)的连接处设有弧形停靠坡(4-5)。

7.一种长时间序列森林冠层结构参数的解算方法，其特征在于：

利用长时间序列森林冠层结构参数测量仪器得到轨道(3-2)上光强数据，测量方法为：车体测量装置(2)的单片机(2-7)根据写入的测量点位经纬度信息、轨道角度，判断测量位置阳光垂直照射轨道(3-2)方向的时间，沿轨道(3-2)运动并执行测量，利用光强模块(2-13)收集光强数据，进而得到轨道(3-2)所在样线上的林下真实的光斑分布，将获得轨道(3-2)上的光强值按阈值分为两组，大于阈值的光强对应测量点在光斑内，小于阈值的光强对应测量点在叶片遮挡的阴影内，通过距离校正可以得到每一个记录光强点之间的距离，从而可以得到每个光斑的长度；

根据空隙分布理论，当叶片随机分布情况下有：

$F\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=(1+L_P*\frac{\mathrm{\&lambda;}}{W_P})\exp [-L_P(1+\frac{\mathrm{\&lambda;}}{W_P})]$   式(1)，

其中F(λ)表示林下大于λ长的光斑概率分布，将垂直光线入射方向的面称为M面，L_P为聚集单元内叶片总面积在M面上的投影比聚集单元在M面的投影，W_P为叶片在M面投影的宽度；

利用贝尔定律描述光线透过林冠层的衰减，公式为：

P(θ)＝exp[-G(θ)Ω_EL_E/cos(θ)]  式(2)，

其中P(θ)为光线透过率，Ω_E为聚集度指数，L_E为叶面积指数，-G(θ)为不同叶倾角下林冠层的消光系数；

利用大光斑消除理论和式(2)得到聚集度指数Ω_E的表达式为：其中F_m(0)表示林下光线透过林冠层的概率P(θ)，F_mr(0)是叶片随机分布下林冠层的光线透过率，Δg是大光斑消除的过程中测量样线的变化比例用，表示为Δg＝F_m(0)-F_mr(0)；

利用贝尔定律和测量的光斑概率分布得到公式：取光线透过林冠层的消光系数G(θ)为0.5，得到叶面积指数

根据郁闭度指数的定义和大光斑消除法，郁闭度可以表达为1-[F_m(0)-F_mr(0)]。

8.根据权利要求7所述一种长时间序列森林冠层结构参数的解算方法，其特征在于：所述阈值的确定方法为：利用测量仪器得到轨道3-2上的光强数据，将测得的光强数据按某一界限分为两组，其中一组值均大于该界限值，另一组值均小于等于该界限值，求得两组数据方差和，将界限值在最小光强到最大光强范围内由小到大改变，求根据不同界限值确定的两组数据的方差和，对应最小的方差和的界限值即为阈值。