一种小气候监测系统及基于此系统监测天然牧草的方法技术方案

本发明专利技术是一种小气候监测系统及基于此系统监测天然牧草的方法，涉及草原生态与牧业气象自动监测领域。该系统包括：数据监控服务器，牧草长势监测子系统、气象要素监测子系统、土壤温湿度监测子系统、无线通信设备和数据采集设备；通过所述无线通信设备，所述数据监控服务器与所述数据采集设备无线连接，所述数据采集设备分别与所述牧草长势监测子系统、所述气象要素监测子系统和所述土壤温湿度监测子系统有线连接本发明专利技术解决了现有以人工观测草原生态气象观测的方法存在的观测点与台站距离较远，观测不方便，费工、费时、费力，同时，因为人工观测的主观性较大，生态观测数据误差较大，观测数据频率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于小气候监测系统监测天然牧草的方法
本专利技术涉及草原生态与牧业气象自动监测领域，尤其涉及一种基于小气候监测系统监测天然牧草的方法。
技术介绍
锡林郭勒盟总土地面积为20.3万km2，全盟有13个草原生态观测站，草原生态观测业务已运行多年，取得大量观测资料。现有以人工观测草原生态气象观测的方法存在以下不足：现有的观测点与台站距离较远，观测不方便，费工、费时、费力，同时，因为人工观测的主观性较大，生态观测数据误差较大，观测数据频率低。因为草原生态观测是对草原生态研究的重要基础，所以人工观测草原生态气象的手段，已经不能满足相关科学研究和重大决策服务等方面对草原生态气象基础数据的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于小气候监测系统监测天然牧草的方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术的一种小气候监测系统，采用的技术方案如下：该系统包括：数据监控服务器，牧草长势监测子系统、气象要素监测子系统、土壤温湿度监测子系统、无线通信设备和数据采集设备；通过所述无线通信设备，所述数据监控服务器与所述数据采集设备无线连接，所述数据采集设备分别与所述牧草长势监测子系统、所述气象要素监测子系统和所述土壤温湿度监测子系统有线连接；所述数据监控服务器，用于调控所述牧草长势监测子系统、所述气象要素监测子系统和所述土壤温湿度监测子系统的监测，并负责显示上述三个子系统传送的数据；所述数据采集设备，采集所述气象要素监测子系统和所述土壤温湿度监测子系统中的传感器测得的电信号数值，且将其转换成气象数据存储并传递给所述数据监控服务器；同时，还负责将所述牧草长势监测子系统发送的天然牧草观测区的数字图像，传递给所述数据监控服务器；所述牧草长势监测子系统，用于获取所述天然牧草观测区中天然牧草的数字图像；所述气象要素监测子系统，用于监测所述天然牧草观测区的气象要素；所述土壤温湿度监测子系统，用于监测所述天然牧草观测区的土壤因子。优选地，所述气象要素监测子系统包括：从支架顶端向下依次固定在所述支架上的风速风向传感器、辐射传感器、供电设备和气压计，在所述支架上还固定设置与所述风速风向传感器相对于所述支架对称设置的第一温湿度传感器，所述支架固定在地面上；在所述供电设备和所述气压计之间的所述支架上还固定有对称设置的风速传感器和第二温湿度传感器；其中，通过所述数据采集设备，所述供电设备分别向所述风速风向传感器、所述第一温湿度传感器、所述辐射传感器、所述风速传感器和所述第二温湿度传感器供电；所述气象要素监测子系统还包括：雨量计，所述雨量计固定设置在距离所述支架2～4m的地面上。优选地，所述数据采集设备固定在所述气象要素监测子系统的支架上，并且固定在所述风速传感器和所述第二温湿度传感器的下端。优选地，所述牧草长势监测子系统包括：高清网络摄像机和第一数据采集器；所述高清网络摄像机与所述第一数据采集器有线连接；所述第一数据采集器与所述数据采集设备有线连接；所述高清网络摄像机用于实时获取所述天然牧草观测区的牧草图片，并将获得的牧草图片发送给所述第一数据采集器，由所述第一数据采集器将所述牧草图片传送给所述数据采集设备。优选地，所述土壤温湿度监测子系统包括：土壤温度传感器和土壤湿度传感器；所述土壤温度传感器和所述土壤湿度传感器分别与所述数据采集设备有线连接。本专利技术的一种基于小气候监测系统监测天然牧草的方法，包括以下步骤：S1、采用高清网络摄像机，实时获取天然牧草观测区的牧草高度和盖度的图像；S2、将获取的图像传送到数据监控服务器，计算牧草高度和牧草盖度；S3、根据下述公式(1)计算所述天然牧草观测区的牧草地上生物量；Y＝6.887X0.88(1)其中，所述Y为所述天然牧草观测区中牧草地上生物量，单位千克/公顷，所述X为所述天然牧草观测区中牧草高度和牧草盖度的乘积。优选地，步骤S1具体方法为：所述高清网络摄像机采用近景摄影测量法，利用CCD成像，获取所述天然牧草观测区的牧草高度和盖度的图像。优选地，步骤S2中，所述牧草高度是按照公式(2)进行计算：其中，H表示所述天然牧草观测区中牧草的平均高度，单位cm；所述h表示从所述天然牧草观测区的牧草高度图片中标尺测量牧草的高度，单位cm；所述L表示所述牧草与所述标尺的距离，单位cm；所述a表示所述天然牧草观测区与所述高清网络摄像机的最短水平距离，单位cm；所述b表示所述高清网络摄像机到所述地面的垂直距离，单位cm；所述m表示正方形所述天然牧草观测区的边长，单位cm。优选地，步骤S2中，所述牧草盖度是按照下述方法获取：首先对步骤S1中获取所述天然牧草观测区盖度的图像进行几何校正和图像裁剪处理，然后基于像元二分模型，获取处理过的图像中的地物像元的信息，接着设定红、绿、蓝三原色的阈值，通过所述处理过的图像中牧草和背景特征来分析并获取所述处理过的图像上的牧草的像素点和所述处理过的图像总像素点数，将所述牧草像素点数与所述总像素点数做比值，得到的百分比即为牧草的盖度。优选地，在步骤S3之后还存在以下步骤：数据监控服务器将步骤S3得到的所述天然牧草观测区中的牧草的地上生物量和与其相对应时刻的气象要素制作成表格显示在所述数据监控服务器的显示界面上。本专利技术的有益效果是：本专利技术的系统利用高清网络摄像技术、气象传感器技术、数据采集技术、无线通讯技术和太阳能供电，实现对草原生态气象的自动化观测。本专利技术用于监测天然牧草生长发育的小气候监测系统，解决人工观测的各种弊端，如监测站点距离远，观测起来费事费力费工，人工观测主观性较大，生态观测数据误差较大，观测数据频率低等问题。该系统的研发，充分解决了以上的弊端，实现观测数据实施监测，观测要素全面，省时省力，对提高生态观测资料的客观性、数据质量和减轻观测人员劳动气强度、提高观测效率等具有重要意义。本专利技术用于监测天然牧草生长发育的小气候监测系统结构简单，功能强大，监测的要素指标全面，数据采集量大，解决了传统人工进行生态观测的诸多弊端，数据采集科学准确，数据分析自动明了，监控系统简单易学。本专利技术监测获取的数据提高生态观测资料的客观性、数据质量和减轻观测人员劳动气强度、提高观测效率，对于草原生态观测业务来说有了飞跃的进步，填补了草原生态监测领域自动化的空白。附图说明图1是实施例1中所述小气候监测系统的结构示意图；图2是实施例1中所述牧草长势监测子系统的示意图；1-1表示第一数据采集器，1-2表示高清网络摄像机，1-3表示高清网络摄像机，1-4表示摄像机支架；图3是实施例1中所述气象要素监测子系统和所述土壤温湿度监测子系统的示意图，2-1表示支架，2-2表示风速风向传感器，2-3表示第一温湿度传感器，2-4表示辐射传感器，2-5表示供电设备，2-6表示风速传感器，2-8表示第二温湿度传感器，2-9表示雨量计，2-10表示气压计，3-1表示土壤温度传感器，3-2表示土壤水分传感器，4表示数据采集设备；图4是实施例2中采用获取所述天然牧草观测区的计算牧草高度图示；其中，A点表示横向安置的高清网络摄像机。图5是实施例2中采用获取所述天然牧草观测区的计算牧草盖度图示；图6是实施例2中所述公式(1)的曲线图；其中，横坐标表示牧草本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小气候监测系统，其特征在于，该系统包括：数据监控服务器，牧草长势监测子系统、气象要素监测子系统、土壤温湿度监测子系统、无线通信设备和数据采集设备；通过所述无线通信设备，所述数据监控服务器与所述数据采集设备无线连接，所述数据采集设备分别与所述牧草长势监测子系统、所述气象要素监测子系统和所述土壤温湿度监测子系统有线连接；所述数据监控服务器，用于调控所述牧草长势监测子系统、所述气象要素监测子系统和所述土壤温湿度监测子系统的监测，并负责显示上述三个子系统传送的数据；所述数据采集设备，采集所述气象要素监测子系统和所述土壤温湿度监测子系统中的传感器测得的电信号数值，且将其转换成气象数据存储并传递给所述数据监控服务器；同时，还负责将所述牧草长势监测子系统发送的天然牧草观测区的数字图像，传递给所述数据监控服务器；所述牧草长势监测子系统，用于获取所述天然牧草观测区中天然牧草的数字图像；所述气象要素监测子系统，用于监测所述天然牧草观测区的气象要素；所述土壤温湿度监测子系统，用于监测所述天然牧草观测区的土壤因子。

【技术特征摘要】
1.一种基于小气候监测系统监测天然牧草的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用高清网络摄像机，实时获取天然牧草观测区的牧草高度和盖度的图像；S2、将获取的图像传送到数据监控服务器，计算牧草高度和牧草盖度；S3、根据下述公式(1)计算所述天然牧草观测区的牧草地上生物量；Y＝6.887X0.88(1)其中，所述Y为所述天然牧草观测区中牧草地上生物量，单位千克/公顷，所述X为所述天然牧草观测区中牧草高度和牧草盖度的乘积。2.根据权利要求1所述基于小气候监测系统监测天然牧草的方法，其特征在于，步骤S1具体方法为：所述高清网络摄像机采用近景摄影测量法，利用CCD成像，获取所述天然牧草观测区的牧草高度和盖度的图像。3.根据权利要求1所述基于小气候监测系统监测天然牧草的方法，其特征在于，步骤S2中，所述牧草高度是按照公式(2)进行计算：其中，H表示所述天然牧草观测区中牧草的平均高度，单位cm；所述h表示从所述天然牧草观测区的牧草高度图片中标尺测量牧草的高度，单位cm；所述L表示所述牧草与所述标尺的距离，单位cm；所述a表示所述天然牧草观测区与所述高清网络摄像机的最短水平距离，单位cm；所述b表示所述高清网络摄像机到地面的垂直距离，单位cm；所述m表示正方形所述天然牧草观测区的边长，单位cm。4.根据权利要求1所述基于小气候监测系统监测天然牧草的方法，其特征在于，步骤S2中，所述牧草盖度是按照下述方法获取：首先对步骤S1中获取所述天然牧草观测区盖度的图像进行几何校正和图像裁剪处理，然后基于像元二分模型，获取处理过的图像中的地物像元的信息，接着设定红、绿、蓝三原色的阈值，通过所述处理过的图像中牧草和背景特征来分析并获取所述处理过的图像上的牧草的像素点和所述处理过的图像总像素点数，将所述牧草像素点数与所述总像素点数做比值，得到的百分比即为牧草的盖度。5.根据权利要求1所述基于小气候监测系统监测天然牧草的方法，其特征在于，在步骤S3之后还存在以下步骤：数据监控服务器将步骤S3得到的所述天然牧草观测区中的牧草的地上生物量和与其相对应时刻的气象要素制作成表格显示在所述数据监控服务器的显示界面上。6.根据权利要求1所述基于小气候监测系统监测天然牧草的方法，其特征在于，所述方法中使用的小气候监测系统包括：数据监控服务器，牧草长势监测子系统、气象要素监测子系统、土壤温湿度监测子系统、无线通信设备和数据采集设备；通过所述无线通信设备，所述数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英舜，张立伟，赵宏毅，
申请(专利权)人：锡林浩特国家气候观象台，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15