SI-111红外冠层温度计安装高度规范｜小麦/玉米/果蔬标准化指南
一、为什么安装高度决定测量精度？
1.1 视场角与光斑直径
SI-111 是农业科研中应用广泛的 8–14 μm 红外测温传感器，具备 22° 圆形半视场角，测量精度 ±0.2℃（-20~65℃），常用于作物水分胁迫、冠层能量平衡、表型监测等试验。
光斑直径计算公式（Apogee 原厂定义）：
D = 2 × h × tan(22°) ≈ 0.81 × h
其中：D = 光斑直径（m），h = 传感器镜头至作物冠层顶部的垂直距离（m）
| 垂直距离 h | 光斑直径 D | 适用场景 |
|---|---|---|
| 0.8 m | 0.65 m | 低矮果蔬下限 |
| 1.0 m | 0.81 m | 小麦苗期 |
| 1.2 m | 0.97 m | 小麦灌浆期下限 |
| 1.5 m | 1.22 m | 小麦灌浆期中值 |
| 1.8 m | 1.46 m | 玉米苗期 / 小麦灌浆期上限 |
| 2.5 m | 2.03 m | 玉米灌浆期 |
1.2 合格判定红线
Apogee 官方手册要求：观测光斑内作物冠层占比 ≥ 90%，裸露土壤、行间空隙占比 ≤ 10%。倾斜俯角会大幅拉长视场椭圆，同等高度下土壤混入风险显著上升，因此倾斜安装需同步抬高整体高度。
1.3 常用安装配件
原厂 AM-210 可调支架：支持俯角 0°–90° 精细调节
配套辐射防护罩：防止太阳直射加热传感器外壳
操作注意：测量时需摘除镜头绿色保护盖
二、分作物安装高度标准
2.1 低矮果蔬（叶菜、草莓、茄果类，冠层高度 0.2–0.6 m）
垂直向下 0°（科研常用方案）
| 参数 | 数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 镜头距冠层垂直高度 | 0.8–1.2 m | 科研标准区间 |
| 下限 0.8 m | 光斑 ≈ 0.65 m | 覆盖多株植株，避免单点叶片代表性不足 |
| 上限 1.2 m | 光斑 ≈ 0.97 m | 防止行间裸土大量进入视场 |
45° 俯角（温室 / 大棚常用）
传感器离地总高度 ≥ 1.8 m
倾角放大观测面积，需抬高安装高度以降低土壤干扰
不宜采用的方案
| 场景 | 风险 |
|---|---|
| 镜头距冠层 < 0.6 m | 仅测单叶，群体代表性缺失 |
| 垂直距离 > 1.5 m | 裸土占比超标，温度偏低失真 |
2.2 小麦（分蘖期–灌浆成熟期，株高 0.3–1.0 m）
垂直向下 0°
| 生育期 | 株高 | 镜头距冠层高度 | 光斑直径 | 关键提醒 |
|---|---|---|---|---|
| 苗期 / 分蘖期 | 0.3–0.5 m | 1.0–1.5 m | 0.81–1.22 m | 覆盖多株 |
| 拔节 / 灌浆期 | 0.7–1.0 m | 1.2–1.8 m | 0.97–1.46 m | 最低不可低于 1.2 m |
45° 俯角大田观测
灌浆期传感器离地总高度 ≥ 2.8 m
不宜采用的情况
60° 大倾角不建议用于小麦冠层监测，视场面积为垂直安装 5 倍以上，土壤干扰难以消除。
2.3 玉米（苗期–完熟期，株高 0.5–2.8 m）
垂直向下 0°
| 生育期 | 株高 | 镜头距冠层高度 | 光斑直径 | 关键提醒 |
|---|---|---|---|---|
| 苗期 | 0.5–1.2 m | 1.2–1.8 m | 0.97–1.46 m | 行距宽，高度不足会捕捉两行中间裸土 |
| 大喇叭口 / 灌浆期 | 1.8–2.8 m | 1.8–2.5 m | 1.46–2.03 m | 高度不足造成冠层温度系统性偏低 |
45° 俯角长期监测
灌浆期传感器离地总高度 ≥ 4.0 m
高度上限红线
镜头至冠层垂直距离不宜超过 3 m，光斑过大、地块异质性干扰显著升高。
三、倾角选择实操参考
| 倾角 | 适用场景 | 特点 | 注意事项 |
|---|---|---|---|
| 0° 垂直向下 | 所有作物精准试验 | 光斑为标准圆形，视场可控、计算简单、土壤混入较少 | 需精确对准冠层中心 |
| 45° 俯角 | 大面积普查、大田固定观测塔 | 安装便捷，可覆盖更大冠层区域 | 需按标准抬高整体高度，安装后需目视核验光斑 |
| 60° 及以上 | 仅均匀密闭草场 | 视场极大 | 小麦、玉米、果蔬不建议采用，土壤干扰难以消除 |
四、安装后核验清单
确定作物类型与生育期
根据小麦/玉米/果蔬的当前株高，对照上表选择对应的安装高度区间。
计算光斑直径
使用公式 D = 0.81 × h 核算光斑尺寸，确保覆盖多株且裸土占比 < 10%。
安装支架
使用 AM-210 可调支架固定传感器，优先采用垂直 0° 向下方案。若使用 45° 俯角，同步抬高离地总高度至对应标准。
目视核验
安装后目视观测传感器投射光斑范围，保证 90% 以上为作物冠层，不包含垄沟、裸土、支架阴影。
摘除保护盖
测量前需摘除镜头绿色保护盖，否则无法获取真实红外辐射信号。
在线精确核算（可选）
使用 Apogee 官网 FOV 计算器精确核算光斑尺寸
五、日常维护与校准周期
5.1 镜头清洁（直接影响测温精度）
| 污染类型 | 清洁方法 | 不宜使用的物品 |
|---|---|---|
| 盐渍（沿海 / 盐碱地） | 白醋稀释后轻轻擦拭 | 酒精、丙酮 |
| 粉尘 / 露水 | 去离子水 + 无尘棉签轻擦 | 硬质材料刮擦滤光片 |
| 顽固污渍 | 联系原厂或授权服务商处理 | 自行拆卸传感器 |
5.2 校准周期
Apogee 原厂建议 每 2 年返厂校准一次。长期野外连续监测不宜省略，校准漂移会直接导致水分胁迫指数（CWSI）计算偏差。
六、常见问题 FAQ
| 型号 | 半视场角 | 适用场景 |
|---|---|---|
| SI-111 | 22° | 通用型，大田作物标准选择 |
| SI-121 | 18° | 窄视场，行距较宽作物 |
| SI-131 | 14° | 超窄视场，精准单株 / 表型监测 |
视场角越小，同等高度下光斑越小，对安装高度的容错率越高，但覆盖群体代表性下降。
七、现场速查表
| 作物类型 | 生育期 | 株高范围 | 垂直 0°：镜头至冠层高度 | 45° 俯角：离地总高度 | 不宜采用的情况 |
|---|---|---|---|---|---|
| 低矮果蔬（叶菜/草莓） | 全生育期 | 0.2–0.6 m | 0.8–1.2 m | ≥ 1.8 m | < 0.6 m（单叶代表） |
| 小麦 | 苗期/分蘖期 | 0.3–0.5 m | 1.0–1.5 m | — | — |
| 小麦 | 拔节/灌浆期 | 0.7–1.0 m | 1.2–1.8 m | ≥ 2.8 m | < 1.2 m（裸土混入） |
| 玉米 | 苗期 | 0.5–1.2 m | 1.2–1.8 m | — | — |
| 玉米 | 大喇叭口/灌浆期 | 1.8–2.8 m | 1.8–2.5 m | ≥ 4.0 m | > 3.0 m（异质性干扰） |