一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统，该采集系统包括：非成像超光谱光谱仪

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统


[0001]本专利技术涉及近地面植被日光诱导叶绿素荧光获取
，尤其涉及一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统
。

技术介绍

[0002]日光诱导叶绿素荧光
(SIF)
是近年来在植被遥感领域出现的一种新型观测指标，它是植物光合作用的产物之一，通过
SIF
的精确观测和反演，能有助于把握植被生长状态
、
了解区域及全球碳汇分布以及进一步理解陆表植被对气候变化的响应
。
[0003]目前对
SIF
的观测基本包括叶片尺度
、
冠层尺度
、
以及区域和全球尺度
。
对于传统的地基观测设备来说，测量目标与仪器之间的距离通常在在冠层上方
0.1m
到
10m
之间
。
受限于观测视角，使用这些装置，只能监测少数植物个体的
SIF
信号
。
而对于卫星观测来说，其观测到的数据通常具有低空间分辨率
(
通常在几公里到几十公里之间
)
和空间不连续等问题，使得
SIF
遥感数据的应用受到了限制
。
[0004]在实施日光诱导叶绿素荧光采集的过程中，本专利技术人发现：无人机
(UAV)
系统由于其独特的优势，能进行在地基和卫星之间中间尺度上的植被光学特性的观测，它可以灵活地提供特定区域的高空间
、
时间分辨率的高光谱数据，从而通过验证和解释支持机载和卫星测量
。
同时，无人机
(UAV)
平台在中冠层尺度上的观测高度可调，为评估空间异质性对
SIF
变异的影响提供了独特的机会
。
[0005]因此，设计一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统，能弥补地基和卫星尺度观测的不足，为数据间的相互验证提供了更多
。
而针对近地面无人机系统的
SIF
观测，设计一套可行的系统，该课题在本领域还没有报道，亟待解决
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统，通过无人机观测植被的日光诱导叶绿素荧光值，从而弥补地基尺度观测信号空间限制方面的不足，同时，为卫星遥感数据提供支持验证的作用
。
[0007]为此，本专利技术提供了一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统，包括：非成像超光谱光谱仪
、
光谱仪光学元件
、
全球定位系统接收器
、
激光测距传感器
、
无人机
、
处理器和电池，所述光谱仪用于采集光谱数据，包括太阳下行辐射和目标上行辐射；所述光谱仪光学元件包括探头
、
光纤
、
以及光路切换快门，用于连接光谱仪组成光线采集装置；所述无人机用于搭载设备载荷，承担飞行任务；所述全球定位系统接收器通过
USB
与所述处理器连接，用于获取无人机的地理位置；所述激光测距仪用于获取无人机离地面的精准高度；所述处理器为微型计算机，用于处理光谱数据得到日光诱导荧光叶绿素的值
。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0009]本专利技术提供的日光诱导叶绿素荧光采集设备，通过采用无线发送模块可以实现数据的自动传输，以提高数据采集效率，摒弃人工进行数据采集的弊端
。
并且，本专利技术提供的
日光诱导叶绿素荧光采集设备仅通过采用采集器
、
光谱仪
、
主控制器
、
无线发送模块和上位机就可以确定日光诱导叶绿素荧光值，在具有较高工作效率的同时，还具有结构简单的特点
。
[0010]除了上面所描述的目的
、
特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的
、
特征和优点
。
下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明
。
附图说明
[0011]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定
。
在附图中：
[0012]图1为本专利技术提供的基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统的结构示意图；
[0013]图2为本专利技术提供的基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统中光谱仪及相关光学器件示意图
。
[0014]附图标记说明
[0015]1‑
无人机，2‑
处理器，3‑
激光测距仪，4‑
GPS
，5‑
锂聚合物电池，6‑
QEpro
光谱仪，7‑
短光纤，8‑
光路切换快门，9‑
余弦校正器，
10
‑
长光纤，
11
‑
光纤支架
。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例
。
[0017]请参阅图1，为本专利技术提供一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统的结构示意图，如图1所示，无人机系统搭载光谱仪及相关光学器件，处理器2与光谱仪连接，控制光谱仪的自动观测并接收观测得到的光谱数据
。
[0018]其中，处理器选取微型计算机如树莓派，在测量模式下，系统重复一个环路，其中测量暗电流光谱
、
辐照光谱和辐射光谱
。
同时激光测距仪3和
GPS 4
也与处理器2相连接，记录系统的地理位置，提供了绝对时间以及精确的地面高度，锂聚合物电池5为处理器及无人机供电，保证其正常工作
。
[0019]无人机搭载的光谱仪及相关光学器件如图2所示，光谱仪6采用海洋光学光纤光谱仪的
QEpro
，该光谱仪的特征在于，其重量为
1.15
千克，大小为
18.2*11*4.7cm
，属于微型光谱仪，大小重量均适用于无人机载荷，且该光谱仪具有超精细的光谱分辨率，满足日光诱导叶绿素荧光的反演需求
。
[0020]光路切换快门8通过一根短光纤7与光谱仪连接，另一头接入两根长光纤
10
分别连接上下光路
。
光路切换快门切换光谱采集通道，使得一台光谱仪能够收集上下两个通道的光线
。
[0021]余弦校正器9朝上设置，经由光纤支架
11
固定，采集太阳的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统，其特征在于，包括：非成像超光谱光谱仪
、
光谱仪光学元件
、
全球定位系统接收器
、
激光测距传感器
、
无人机
、
处理器和电池，所述光谱仪用于采集光谱数据，包括太阳下行辐射和目标上行辐射；所述光谱仪光学元件包括探头
、
光纤
、
以及光路切换快门，用于连接光谱仪组成光线采集装置；所述无人机用于搭载设备载荷，承担飞行任务；所述全球定位系统接收器通过
USB
与所述处理器连接，用于获取无人机的地理位置；所述激光测距仪用于获取无人机离地面的精准高度；所述处理器为微型计算机，用于处理光谱数据得到日光诱导荧光叶绿素的值
。2.
根据权利要求1所述的基于无人机的日光诱导叶绿素荧光采集系统，其特征在于，所述探头为朝上的余弦矫正器，与长光纤连接，采集太阳的下行辐射；所述光纤包括两根长光纤和一根短光纤；所述长光纤包括一根朝上的，用于连接余弦矫正器，一根朝下的，直接用于采集观测目标的上行辐射；所述短光纤用于连接光谱仪和光路切换快门；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢品华，胡晨雨，李昂，胡肇坤，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：