CN111860220B - 一种小麦幼苗分布特征的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小麦幼苗分布特征的评价方法，包括如下步骤：第一步，在目标麦田划定取样区域，分别定点幼苗位置Ai，确定各幼苗Ai与最近相邻幼苗的距离Ri，以Ri/2为半径，计算各幼苗所占的面积Si；第二步：分别计算每个取样区域内各幼苗面积的变异特性，以便于制定区域及区域周围的幼苗管理措施；第三步：计算每个取样区域内各幼苗Ri的距离变异特性以便于制定区域及区域周围的幼苗管理措施；第四步：边缘特性：将第一步中划定的各取样区域从区域边缘向中心偏移一固定的边缘距离划定为边缘区域，计算边缘区域的麦苗所占总面积与取样区域总面积的比值为边缘特性值；根据边缘特性评价方法确定边缘特性得分，以制定区域及区域周围的幼苗管理措施。

Description

一种小麦幼苗分布特征的评价方法
技术领域
本发明涉及植物幼苗田间分布量化评价技术领域，特别涉及一种小麦幼苗分布特征的评价方法。
背景技术
小麦幼苗的分布特征是描述小麦在某一区域内的分布情况、个体小麦所占面积等生长环境要素的重要指标。区域内麦苗的密度过大或者过小均会对小麦群体造成不同程度的影响，一方面由于某一特定范围内的麦苗密度过大，会激化个体间的矛盾，进而影响生长发育，降低生产力；另一方面某一特定范围内的麦苗密度过小，虽然麦苗个体可充分发育，但因地力和光能利用不足，造成群体的生产能力不足，因而造成不同程度的减产。
影响小麦幼苗分布特征的因素众多，个体小麦所在区域的土壤条件、水分条件、耕地条件、气象条件等均会对小麦的分布特征造成不同程度的影响。关于小麦分布特征的描述，此前大多数相关的研究主要集中在对小麦群体的研究上，对小麦个体的分布研究鲜有报道。
发明内容
本发明针对现有技术中对小麦幼苗个体分布特研究的不足，提供一种小麦幼苗分布特征的评价方法，能够在有限的时间内，高效、快速、准确地对小区域内小麦幼苗分布特征进行量化描述，通过区域内麦苗的间距、个体小麦所占面积的分布特征要素，精确描述个体小麦的分布特征，以便于准确制定区域及周边幼苗的管理措施。
发明的目的是这样实现的，一种小麦幼苗分布特征的评价方法，包括如下步骤：
第一步，在目标麦田划定取样区域，分别定点每个取样区域内所有幼苗位置Ai，确定各幼苗Ai与最近相邻幼苗的距离Ri，以Ri/2为半径，计算各幼苗所占的面积Si；
第二步：分别计算每个取样区域内各幼苗面积的变异特性，以便于制定区域及区域周围的幼苗管理措施；
第三步：计算每个取样区域内各幼苗Ri的距离变异特性，定义为均匀特性，以便于制定区域及区域周围的幼苗管理措施；
第四步：边缘特性：将第一步中划定的各取样区域从区域边缘向中心偏移一固定的边缘距离划定为边缘区域，计算边缘区域的麦苗所占总面积与取样区域总面积的比值为边缘特性值；根据边缘特性评价方法确定边缘特性得分，以制定区域及区域周围的幼苗管理措施。
为便于针对性的规划取样区域，所述第一步中，取样区域为边长50—100cm的正方形区域或圆形区域。
为便于对取样区域内各幼苗所占面积的变异特性的评价，第二步中，所述变异特 性按如下公式计算：
Figure 861675DEST_PATH_IMAGE001
其中，CV为变异特性， M为取样区域内所有幼苗所占面积的均值，Si为第i点幼苗所占的面积，n为区域内幼苗总数。
为进一步对区域及周围幼苗制定合理的管理措施，第二步中，变异特性评价方法及对区域幼苗管理措施按如下表：
Figure 841133DEST_PATH_IMAGE002
。
为便于对区域及区域周围的幼苗分布均匀性进行评价，第三步中，距离变异特性 按如下公式计算：
Figure 152028DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，
Figure 94708DEST_PATH_IMAGE004
为距离变异特性，Ri为第i个幼苗的苗间距离，R为取样区域内所有苗间距 离的平均值，m为区域内苗间距的总个数。
为便于进一步根据均匀性制定管理措施，距离特性得分及管理措施按下表确定：
Figure 705818DEST_PATH_IMAGE005
。
为防止小区域内出现幼苗小面积过密或极疏，克服通过区域整体评价数据的局限性，所述第四步中，划定外周区域时偏移的距离为取样区域边长或直径的0.15～0.25倍。
进一步地，第四步中，边缘特性值c=边缘区域麦苗所占面积/取样区域内所有麦苗总面积；
边缘特性得分及对幼苗的管理特性按下表确定：
Figure 325018DEST_PATH_IMAGE006
。
为便于在麦田上空取样，第一步中，划定取样区域前，首先按取样区域的尺寸制作取样框，将取样框平置于目标麦田的预定取样位置，通过无人机搭载高清相机，遥控无人机在取样框的上空进行进行图像拍摄，以获取苗期为1-4叶期的幼苗图像，再通过图像处理软件对取样框内的麦苗的图像进行透射修正，并确定图像的像素长度与逻辑长度的测量比例，从图像上直接标点苗中心、测量间距。
同一块目标麦田中，设计若干个取样区域，并预先配置相应数量的取样框，分别分区域评价。
本发明的小麦幼苗分布特征的评价方法，通过均匀特性、变异特性和区域的边缘特性综合评价小麦幼苗的分布特性，并可以从小区域的分布评价扩大至周边区域的幼苗分布评价，实现有限的时间和人力条件下，快速高效的进行大片幼苗麦田分布评价，具体通过均匀特性补充变异特性评价的不足，并通过边缘特性的评价克服小区域内分布极不均匀的问题，即以边缘特性作为变异特性和均匀特性的补充。
附图说明
图1为目标麦田中取样区域内幼苗定点示意图。
图2为取样区域内测量幼苗间距和幼苗所占面积的示意图。
图3边缘区域的划分示意图。
具体实施方式
下面以一具体取样区域内的幼苗分布进行研究对象详细说明本发明的小麦幼苗分布特征的评价方法。
研究者于2020年3月20日在某实验田上方对1-4叶期的小麦幼苗进行图像拍摄取样。每个取样区域的尺寸为50cm×50cm。为便于图像处理时，明显的分辨取样区域的位置和尺寸，拍摄前预先制作内档尺寸为50cm×50cm的取样框若干个，摆放于实验田预定的取样位置，然后通过无人机搭载高清相机，遥控无人机在目标麦田上方对各取样区域进行图像拍摄，无人机图像获取控制软件为DJI GS Pro。获取图像后通过图像处理软件，取样框位置扭曲变形情况，对图像进行透视变换，将扭曲的取样框变换成正方形，以避免图像处理和测量偏差。
如图1所示为其中的一幅通过photoshop软件变换后的取样区域的图像，图像中标点的位置为定点的幼苗中心位置，在软件环境下，根据图像的像素尺寸与取样区域实际尺寸（也即指软件中的逻辑尺寸）的设置测量比例，测量每个定点Ai的幼苗与最邻近的幼苗的距离Ri，以并以Ri/2为半径，计算每个定点幼苗所占的面积要Si,该取样区域内共计42个定点，也即是42株幼苗。通过测量确定每个定点与最邻近的定点的距离Ri，并以
Ri/2为半径计算每个定点的幼苗所占的面各Si，如下表1所述，根据公式面积变异 特性的计算公式：
Figure 372477DEST_PATH_IMAGE007
，计算出CV= 21.71；根据距离变异特性的计算公式：
Figure 368115DEST_PATH_IMAGE008
计算出δ= 0.29 。
再按图3所示的划分方法，将取样区域中沿取样框内边线向内侧分别偏移10cm，再分别计算边缘区域（也就是图中的取样框内边与偏移线之间的A区域但不包括偏移线B上的定点）的幼苗定点所占的面积与样取区域内的所有定点面积和的比值即为边缘特性值0.5228。
再按表2，表3和表4中各参数的评价及指导建议对取样区域及区域周围的田块进行管理。根据上述计算中变异特性CV=21.71，δ=0.29可以判定田块中取样区域及区域周围的田块幼苗分布均匀度不够理想，存在局部守密的情况，但通过边缘特性的补充评价看，幼苗在区域中整体均匀性尚可，只需对局部过密的小区域进行疏密管理，并配合合理的水肥管理，并注意以后苗期的管理。
表1
Figure 568152DEST_PATH_IMAGE009
；
表2
Figure 843407DEST_PATH_IMAGE011
；
表3
Figure 394474DEST_PATH_IMAGE012
；
表4
Figure 662644DEST_PATH_IMAGE006
。

Claims (8)

1.一种小麦幼苗分布特征的评价方法，包括如下步骤：
第一步，在目标麦田划定取样区域，分别定点每个取样区域内所有幼苗位置Ai，确定各幼苗Ai与最近相邻幼苗的距离Ri，以Ri/2为半径，计算各幼苗所占的面积Si；
第二步：分别计算每个取样区域内各幼苗面积的变异特性，以便于制定区域及区域周 围的幼苗管理措施；所述变异特性按如下公式计算：
Figure 749798DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，CV为变异特性， M为取样区域内所有幼苗所占面积的均值，Si为第i点幼苗所占的面积,n为区域内幼苗总数；
第三步：计算每个取样区域内各幼苗Ri的距离变异特性，定义为均匀特性，以便于制定区域及区域周围的幼苗管理措施；距离变异特性按如下公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 401359DEST_PATH_IMAGE003
为距离变异特性，Ri为第i个幼苗的苗间距离，R为取样区域内所有苗间距离的 平均值，m为区域内苗间距的总个数；
第四步：边缘特性：将第一步中划定的各取样区域从区域边缘向中心偏移一固定的边缘距离划定为边缘区域，计算边缘区域的麦苗所占总面积与取样区域总面积的比值为边缘特性值；根据边缘特性评价方法确定边缘特性得分，以制定区域及区域周围的幼苗管理措施。
2.根据权利要求1所述小麦幼苗分布特征的评价方法，其特征在于，所述第一步中，取样区域为边长50—100cm的正方形区域或圆形区域。
3.根据权利要求1所述小麦幼苗分布特征的评价方法，其特征在于，第二步中，变异特性评价方法及对区域幼苗管理措施按如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。
4.根据权利要求1所述小麦幼苗分布特征的评价方法，其特征在于，距离特性得分及管理措施按下表确定：
Figure 289419DEST_PATH_IMAGE007
。
5.根据权利要求2所述的小麦幼苗分布特征的评价方法，其特征在于，第四步中，划定外周区域时偏移的距离为取样区域边长或直径的0.15～0.25倍。
6.根据权利要求2所述的小麦幼苗分布特征的评价方法，其特征在于，第四步中，边缘特性值c=边缘区域麦苗所占面积/取样区域内所有麦苗总面积；
边缘特性得分及对幼苗的管理特性按下表确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
7.根据权利要求2所述小麦幼苗分布特征的评价方法，其特征在于，第一步中，划定取样区域前，首先按取样区域的尺寸制作取样框，将取样框平置于目标麦田的预定取样位置，通过无人机搭载高清相机，遥控无人机在取样框的上空进行进行图像拍摄，以获取苗期为1-4叶期的幼苗图像，再通过图像处理软件对取样框内的麦苗的图像进行透射修正，并确定图像的像素长度与逻辑长度的测量比例，从图像上直接标点苗中心、测量间距。
8.根据权利要求2所述小麦幼苗分布特征的评价方法，其特征在于，同一块目标麦田中，设计若干个取样区域，并预先配置相应数量的取样框，分别分区域评价。
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