一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统技术方案

本实用新型专利技术一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统，包括：野外多尺度生长节律观测模块、数据采集和远程无线传输模块、野外太阳能供电及支撑附件、数据接收终端；野外多尺度生长节律观测模块分为5个不同子模块，为森林、草地、荒漠、湿地、农田子模块；数据采集和远程无线传输模块，包括多个含图像存储SD卡的CR6数据采集器、多个3G/4G无线传输模块、和多个网络适配器；野外太阳能供电及支撑附件模块包括：太阳能板和蓄电池、野外支撑附件；数据接收终端为可上网的计算机组。本实用新型专利技术可实现对多站点植物生长节律多源信息的快速、准确、实时地系统采集、传输与储存，提高了效率和自动化水平，更好的满足生态学以及农业科学研究需要。

【技术实现步骤摘要】
一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统
本技术涉及一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统，尤其涉及一种用于典型生态系统(森林、草地、荒漠、湿地、农田)多尺度植物生长节律野外自动观测系统,属于生态学或农学等植物野外监测研究
,特别涉及到生态系统监测、植物生长发育与全球变化等研究领域。
技术介绍
植物生长节律观测不仅有利于了解植物自身生长规律和生理变化，还可用于研究植物对外界环境的响应和适应，对揭示生物学基本规律和全球变化背景下植物的响应对策均具有重要的理论和实践意义。目前，对各个生态系统中植物生长节律观测还停留在人工观测，人员依赖性大，一年或多年观测一次，观测频率低，误差大，且无法追溯，远远不能满足服务生态学以及农业科学研究的需要。借助数字成像和物联网技术的发展，对植物生长节律进行自动、实时、高频观测已经成为当前生态学研究的重要趋势，也是生态系统长期监测探索的自动化新技术手段之一。目前国内外虽然已有个别案例利用数码相机对个体植物物候进行自动观测，但对植物群落不同层级，不同尺度的多个生长节律参数进行同步组网自动观测还没有。我们建立的植物生长节律多尺度野外自动观测系统主要从群落尺度、样方尺度和个体尺度3个尺度，对不同生态系统类型的多个关键植物生长节律指标进行长期定位自动观测：森林生态系统观测群落季相、植被指数、优势种乔木样株的径向生长节律和主要物候期；草地生态系统观测群落季相、盖度、优势种草本关键物候期和高度；荒漠生态系统观测群落季相、盖度、优势种灌木样株高度、冠幅和关键物候期；湿地生态系统观测群落季相、盖度、优势种关键物候期和高度；农田生态系统观测作物群落生育动态、植株密度、样株的关键生育期和高度。基于可见光和多光谱成像，通过野外自动高频图像采集和无线传输，将不同区域不同尺度植物生长节律数据实时远程传输到计算机终端，实现对多站点植物生长节律多源信息的快速、准确、实时地系统采集、传输与储存，提升生态系统长期监测数据现势性、系统性和适用性，提高生态系统监测服务科学研究和国家需求的能力。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统，以主要针对分布于全国不同区域典型生态系统(森林、草地、荒漠、湿地、农田)的植物群落、样方层次，以及优势种/作物的个体3个尺度水平的生长发育情况进行长期定位、自动、高频采集，通过物联网技术，无线远程传输到数据终端，从而实现对植物生长节律野外多尺度自动观测。本技术不仅可以实现野外无人值守的多站点植物生长节律信息自动远程无线高频获取、并可对野外工作状态异常报警，还可以通过对各站点数据的对比、整合、分析表征植物生长相关关键参数，且原始图片保存使得数据可追溯，对研究植物生长节律的全球变化响应，及其生物学基本规律具有重要的理论和实践意义。一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统，主要包括：野外多尺度生长节律观测模块、数据采集和远程无线传输模块、野外太阳能供电及支撑附件、数据接收终端4个部分。野外多尺度生长节律观测模块根据生态系统类型分为5个不同的子模块，分别是森林、草地、荒漠、湿地、农田子模块；其中，草地、荒漠、湿地子模块结构相同。森林生态系统植物生长节律观测子模块包括：群落季相和多光谱成像系统、样株径向生长观测系统、样株物候期观测系统。草地、荒漠、湿地生态系统植物生长节律观测子模块包括：群落季相和多光谱成像系统、样方盖度/密度观测系统、样株物候期观测系统、高度观测系统。农田生态系统植物生长节律观测子模块包括：作物群体生育期动态和多光谱成像系统、样方密度观测系统、样株生育期观测系统和高度观测系统。群落季相和多光谱成像系统由1个4通道(红、绿、蓝及红外)多光谱相机和1个参照板组成，其中多光谱相机光谱范围500～900nm。样株径向生长观测系统由多个径向生长自动记录仪和无线发射模块组成。高度观测系统由高精度数码网络相机和高度标尺组成。数据采集和远程无线传输模块主要包括多个含图像存储SD卡的CR6数据采集器、多个3G/4G无线传输模块、和多个网络适配器，实现野外图像数据定时采集、存储和无线远程转发，同时包括1个电源管理模块来监控电池电量和设备运行状态，出现异常通过数据采集器和无线传输模块发送短信和邮件形式报警。野外太阳能供电及支撑附件模块主要包括：太阳能板和蓄电池、野外支撑附件；本技术还进一步包括：避雷针和接地导线以及所有仪器设备防水箱，与野外太阳能供电及支撑附件模块共同实现野外太阳能供电、仪器定点稳定拍摄以及野外避雷防雨等防护。数据接收终端为可以上网的计算机组。本技术一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统，其优点及功效在于：基于可见光和多光谱成像，通过野外自动高频图像采集和无线传输，从不同生态系统类型的群落尺度的季相、植被指数，样方尺度的盖度、冠幅、密度，到个体尺度的胸径、物候、高度等不同生态系统3个尺度多个关键生长节律指标进行长期定位自动观测，实现对多站点植物生长节律多源信息的快速、准确、实时地系统采集、传输与储存。使得植物生长节律观测避免了人工观测频率低、误差大，数据无法追溯的缺点，也使得植物生长节律观测从个体尺度扩展到群体、群落多个尺度同步观测，提高了效率和自动化水平，更好的满足生态学以及农业科学研究需要。附图说明图1所示为森林生态系统植物生长节律观测子模块单个野外观测点示意图。图2所示为草地、荒漠、湿地生态系统植物生长节律观测子模块单个野外观测点示意图。图3所示为农田生态系统植物生长节律观测子模块单个野外观测点示意图。图4所示为一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统框图。图中标号具体如下：1、4通道多光谱相机2、参照板3、样株物候期观测系统4、样株物候观测代表枝条(聚焦点)5、样株径向生长自动记录仪和无线发射模块6、数据采集和远程无线传输模块7、3G/4G信号天线8、太阳能板9、蓄电池10、避雷针11、接地导线12、铁塔或吊塔13、样方盖度观测系统14、观测样方15、样株高度观测相机16、高度标尺17、固定支架和牵拉绳18、作物群体生育期动态和多光谱观测系统19、样方密度观测系统20、样株生育期观测系统具体实施方式下结合附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的说明。如图1至图4所示，一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统，主要包括：野外多尺度生长节律观测模块、数据采集和远程无线传输模块、野外太阳能供电及支撑附件、数据接收终端4个部分；野外太阳能供电附件包括太阳能板8和蓄电池9；野外支撑附件包括铁塔或吊塔12、固定支架和牵拉绳17；如图1、2、3所示，根据不同的生态系统类型，野外多尺度生长节律观测模块具体包括森林生态系统植物生长节律观测子模块；草地、荒漠、湿地生态系统植物生长节律观测子模块；农田生态系统植物生长节律观测子模块；其中，如图1所示，森林生态系统植物生长节律观测子模块包括：一个四通道(红、绿、蓝及红外)多光谱相机1和一个参照板2；其中多光谱相机光谱范围500～900nm；多光谱相机固定在铁塔或吊塔12的伸出横臂上，位于被观测群落冠层之上，斜向下获取植物群落冠层整体图像，为了减少太阳光照对成像的影响，选择朝北观测，每天定点在上午9点和下午3点开启。参照板2，固定在铁塔或吊塔横向伸出臂上，位于多光谱相机下方，多光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统，其特征在于：该系统主要包括：野外多尺度生长节律观测模块、数据采集和远程无线传输模块、野外太阳能供电及支撑附件、数据接收终端4个部分；野外多尺度生长节律观测模块根据生态系统类型分为5个不同的子模块，分别是森林、草地、荒漠、湿地、农田子模块；其中，草地、荒漠、湿地子模块结构相同；森林生态系统植物生长节律观测子模块包括：群落季相和多光谱成像系统、样株径向生长观测系统、样株物候期观测系统；草地、荒漠、湿地生态系统植物生长节律观测子模块包括：群落季相和多光谱成像系统、样方盖度/密度观测系统、样株物候期观测系统、高度观测系统；农田生态系统植物生长节律观测子模块包括：作物群体生育期动态和多光谱成像系统、样方密度观测系统、样株生育期观测系统和高度观测系统；其中，群落季相和多光谱成像系统由1个4通道多光谱相机和1个参照板组成，其中多光谱相机光谱范围500～900nm；其中，样株径向生长观测系统由多个径向生长自动记录仪和无线发射模块组成；其中，高度观测系统由高精度数码网络相机和高度标尺组成；数据采集和远程无线传输模块，主要包括多个含图像存储SD卡的CR6数据采集器、多个3G/4G无线传输模块、和多个网络适配器，同时包括1个电源管理模块；野外太阳能供电及支撑附件模块主要包括：太阳能板和蓄电池、野外支撑附件；数据接收终端为上网的计算机组。...

【技术特征摘要】
1.一种多尺度植物生长节律野外自动观测系统，其特征在于：该系统主要包括：野外多尺度生长节律观测模块、数据采集和远程无线传输模块、野外太阳能供电及支撑附件、数据接收终端4个部分；野外多尺度生长节律观测模块根据生态系统类型分为5个不同的子模块，分别是森林、草地、荒漠、湿地、农田子模块；其中，草地、荒漠、湿地子模块结构相同；森林生态系统植物生长节律观测子模块包括：群落季相和多光谱成像系统、样株径向生长观测系统、样株物候期观测系统；草地、荒漠、湿地生态系统植物生长节律观测子模块包括：群落季相和多光谱成像系统、样方盖度/密度观测系统、样株物候期观测系统、高度观测系统；农田生态系统植物生长节律观测子模块包括：作物群体生育期动态和多光谱成像系统、样方密度观测系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳，宋创业，吴冬秀，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11