專利名稱：一種農(nóng)田環(huán)境小氣候的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)田氣候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及農(nóng)田環(huán)境小氣候的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、裝置及方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍以開(kāi)放式露天生產(chǎn)為主。獲取準(zhǔn)確的農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境信息，是評(píng)估農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境狀況的重要依據(jù)，也是估算農(nóng)作物因氣象災(zāi)害造成損失的數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)依據(jù)。它既可為生產(chǎn)部門組織、指導(dǎo)、開(kāi)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供重要參考， 同時(shí)，對(duì)于各級(jí)政府制定農(nóng)業(yè)政策也至關(guān)重要。目前的農(nóng)田小氣侯的監(jiān)測(cè)方法，主要有通過(guò)人工觀測(cè)、通過(guò)自動(dòng)氣象臺(tái)站的自動(dòng)觀測(cè)和基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等方法。其中,傳統(tǒng)的人工觀測(cè)方法耗費(fèi)人力物力，時(shí)效性也差。二十世紀(jì)80年代從國(guó)外引進(jìn)的自動(dòng)氣象站改善了田間人工觀測(cè)的時(shí)效性，并降低了人力物力成本。隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)田小氣候監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這種新系統(tǒng)與自動(dòng)氣象站比較起來(lái)，其時(shí)效性更強(qiáng)，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，且空間管理能力大大提高，同時(shí)可集成個(gè)性化的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，尤其是集成視頻圖像監(jiān)測(cè)，使得小氣候監(jiān)測(cè)更加直觀。然而，無(wú)論是哪一種農(nóng)田小氣候觀測(cè)或監(jiān)測(cè)的設(shè)備和方法， 對(duì)農(nóng)田小氣候信息監(jiān)測(cè)的規(guī)范，特別是傳感器的空間垂直布置沒(méi)有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)。一般的人工氣象臺(tái)站和業(yè)務(wù)化的自動(dòng)氣象站，其主要觀測(cè)項(xiàng)目溫濕度觀測(cè)傳感器的安裝高度為I. 5m，風(fēng)速風(fēng)向?yàn)?0米。普通的氣象觀測(cè)是基于標(biāo)準(zhǔn)的地面氣象觀測(cè)場(chǎng)，觀測(cè)場(chǎng)地面種植草的高度一般為20cm。如果自動(dòng)氣象站用于種植作物的農(nóng)田的小氣候觀測(cè)，通常傳感器的安裝高度方案有2類。其一是在農(nóng)田附近，不考慮作物植株高度，設(shè)立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地面氣象觀測(cè)場(chǎng)，溫濕度傳感器高度一般為I. 5m，風(fēng)速風(fēng)向傳感器為2m。其二是在作物生長(zhǎng)的農(nóng)田內(nèi)安裝氣象站，溫濕度觀測(cè)采用梯度觀測(cè)，并無(wú)統(tǒng)一的觀測(cè)高度，一般會(huì)在作物冠層以上和地面與冠層高度之間安裝多層溫濕度和輻射傳感器，安裝的梯度和層數(shù)因觀測(cè)目的、研究目的的不同而不同。如果是針對(duì)農(nóng)作物小氣候環(huán)境的觀測(cè)，比較合理的安裝高度是分為3層。第一層為距地面20cm處，第二層為株高2/3處，第三層為株高4/3處。由于農(nóng)作物的株高會(huì)因作物的種類、品種和生長(zhǎng)發(fā)育期而不同，因此如果采用上述方法設(shè)置傳感器高度，那么至少20cm 以上的傳感器高度應(yīng)隨著株高的變化而動(dòng)態(tài)變化。但是，目前的用于農(nóng)田的小氣候觀測(cè)的自動(dòng)氣象站卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳感器高度隨著作物株高的變化而變化，因此很難達(dá)到農(nóng)田小氣候觀測(cè)的要求。然而，現(xiàn)有的農(nóng)田小氣候觀測(cè)出于簡(jiǎn)單省力等因素的考慮，通常把傳感器高度及桅桿總體高度設(shè)為2m、3m、6m、10m等。這樣的農(nóng)田小氣候觀測(cè)所獲取的數(shù)據(jù)，很難準(zhǔn)確地反映農(nóng)田小氣候環(huán)境的實(shí)際狀況以及農(nóng)作物群體受大氣環(huán)境影響的程度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)、裝置及方法，能夠準(zhǔn)確地反映農(nóng)田小氣候環(huán)境的實(shí)際狀況以及農(nóng)作物群體受對(duì)大氣環(huán)境影響的程度。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，包括立桿裝置、多個(gè)要素傳感器群、圖像采集裝置以及數(shù)據(jù)采集裝置，其中立桿裝置，用于通過(guò)固定桿裝配與固定桿同圓心的移動(dòng)桿和垂直于該移動(dòng)桿的多個(gè)移動(dòng)壁柄，根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置輸出的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制移動(dòng)桿移動(dòng)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄上下移動(dòng)；多個(gè)要素傳感器群，用于安裝在立桿上相應(yīng)高度位置的移動(dòng)壁柄上監(jiān)測(cè)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候，并將監(jiān)測(cè)到的小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；圖像采集裝置，用于通過(guò)云臺(tái)控制攝像頭的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)在不同的位置上的攝像頭將拍攝的農(nóng)田中農(nóng)作物植株高度的圖像信息輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置，用于根據(jù)攝像頭輸出的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；分析要素傳感器群輸出的各小氣候要素參數(shù)。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定植株群體的冠層高度；向立桿裝置輸出分別將移動(dòng)桿向上移動(dòng)第一比例冠層高度和第二比例冠層高度的移動(dòng)桿移動(dòng)指令；立桿裝置根據(jù)輸入的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令將移動(dòng)桿向上移動(dòng)，分別帶動(dòng)第一移動(dòng)壁柄定位到第一比例冠層高度上，并帶動(dòng)第二移動(dòng)壁柄定位到第二比例冠層高度上；第一要素傳感器群通過(guò)第一移動(dòng)壁柄在第一比例冠層高度上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給所述數(shù)據(jù)采集裝置；第二要素傳感器群通過(guò)第二移動(dòng)壁柄在第二比例冠層高度上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；第三要素傳感器群在一固定高度位置上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集裝置輸出的移動(dòng)桿移動(dòng)指令，其中第一比例冠層高度為2/3冠層高度， 第二比例冠層高度為4/3冠層高度；第三要素傳感器群在固定高度位置為20厘米將監(jiān)測(cè)的小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定第一移動(dòng)壁柄、第一移動(dòng)壁柄的移動(dòng)定位頻率；當(dāng)監(jiān)測(cè)對(duì)象為小麥時(shí)，移動(dòng)定位頻率在小麥出苗后到越冬期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；在返青期到拔節(jié)期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；從拔節(jié)期到抽穗楊花期設(shè)定每天移動(dòng)定位一次；進(jìn)入開(kāi)花期到乳熟期設(shè)定每五天移動(dòng)定位一次。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的裝置，包括依次連接的圖像信息接收模塊、作物植株高度計(jì)算模塊、桿移動(dòng)指令輸出模塊，還包括相互連接的小氣候要素參數(shù)接收模塊以及小氣候要素參數(shù)分析模塊，其中圖像信息接收模塊，用于接收?qǐng)D像采集模塊輸出的農(nóng)作物植株高度的圖像信息， 并輸出給作物植株高度計(jì)算模塊；作物植株高度計(jì)算模塊，用于根據(jù)輸入的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度，并將計(jì)算出的植株群體的冠層高度向桿移動(dòng)指令輸出模塊輸出；桿移動(dòng)指令輸出模塊，用于根據(jù)輸入的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；小氣候要素參數(shù)接收模塊，用于接收要素傳感器群輸出的各小氣候要素參數(shù)，并輸出給小氣候要素參數(shù)分析模塊；小氣候要素參數(shù)分析模塊，用于對(duì)輸入的各小氣候要素參數(shù)進(jìn)行分析，并存儲(chǔ)記錄及顯示分析結(jié)果。優(yōu)選地，作物植株高度計(jì)算模塊根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定植株群體的冠層高度，并輸出給桿移動(dòng)指令輸出模塊；桿移動(dòng)指令輸出模塊根據(jù)輸入的植株群體的冠層聞度，向立桿裝置輸出分別將移動(dòng)桿向上移動(dòng)第一比例冠層高度和第二比例冠層高度的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令。優(yōu)選地，桿移動(dòng)指令輸出模塊根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定第一移動(dòng)壁柄、第二移動(dòng)壁柄的移動(dòng)定位頻率；輸出的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令，其中第一比例冠層高度為2/3冠層高度，第二比例冠層高度為4/3冠層高度。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的方法，涉及在農(nóng)田安裝的圖像采集裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、立桿裝置以及多個(gè)要素傳感器群，該方法包括圖像采集裝置中的攝像頭將拍攝的農(nóng)作物植株高度的圖像信息輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)輸入的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；立桿裝置根據(jù)輸入的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制安裝在固定桿內(nèi)的移動(dòng)桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄向上移動(dòng)；多個(gè)要素傳感器群在立桿裝置上相應(yīng)高度位置的移動(dòng)壁柄上監(jiān)測(cè)農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)。優(yōu)選地，該方法還包括多個(gè)要素傳感器群將監(jiān)測(cè)到的農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)所述農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)進(jìn)行分析，并記錄和顯示分析結(jié)果。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)輸入的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令，具體包括
根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定植株群體的冠層高度；根據(jù)植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出分別將移動(dòng)桿向上移動(dòng)的第一比例冠層高度和第二比例冠層高度的移動(dòng)桿移動(dòng)指令。優(yōu)選地，立桿裝置根據(jù)輸入的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制安裝在固定桿內(nèi)的移動(dòng)桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄向上移動(dòng)，具體包括立桿裝置根據(jù)輸入的移動(dòng)桿移動(dòng)指令將移動(dòng)桿向上移動(dòng)，分別帶動(dòng)第一移動(dòng)壁柄定位到第一比例冠層高度上，即2/3冠層高度；并帶動(dòng)第二移動(dòng)壁柄定位到第二比例冠層高度上，即4/3冠層高度。優(yōu)選地，該方法還包括數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定第一移動(dòng)壁柄、第二移動(dòng)壁柄的移動(dòng)定位頻率；當(dāng)監(jiān)測(cè)對(duì)象為小麥時(shí)，移動(dòng)定位頻率在小麥出苗后到越冬期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；在返青期到拔節(jié)期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；從拔節(jié)期到抽穗楊花期設(shè)定每天移動(dòng)定位一次；進(jìn)入開(kāi)花期到乳熟期設(shè)定每五天移動(dòng)定位一次。本發(fā)明通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)圖像采集裝置采集輸出的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出植株群體的冠層高度來(lái)控制立桿裝置的移動(dòng)桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)移動(dòng)臂柄向上移動(dòng)，使得第二層、第三層要素傳感器群動(dòng)態(tài)垂直移動(dòng)到指定位置高度動(dòng)態(tài)進(jìn)行小氣候觀測(cè)。 由此，不僅能夠達(dá)到農(nóng)田小氣候觀測(cè)的要求，而且還準(zhǔn)確地反映了農(nóng)田小氣候環(huán)境的實(shí)際狀況以及農(nóng)作物群體受大氣環(huán)境影響的程度。


圖I是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)實(shí)施例的現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖；圖2是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地闡述。應(yīng)該理解，以下列舉的實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制。如圖I所示，是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)實(shí)施例，包括立桿裝置、多個(gè)要素傳感器群、圖像采集裝置以及數(shù)據(jù)采集裝置，其中立桿裝置，用于通過(guò)固定桿裝配與固定桿同圓心的移動(dòng)桿和垂直于該移動(dòng)桿的多個(gè)移動(dòng)壁柄，根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置輸出的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制移動(dòng)桿移動(dòng)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄上下移動(dòng)；多個(gè)要素傳感器群，用于安裝在立桿上相應(yīng)高度位置的移動(dòng)壁柄上監(jiān)測(cè)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候，并將監(jiān)測(cè)到的小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；圖像采集裝置，用于通過(guò)云臺(tái)控制攝像頭的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)在不同的位置上的攝像頭將拍攝的農(nóng)田中農(nóng)作物植株高度的圖像信息輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置，用于根據(jù)攝像頭輸出的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；分析要素傳感器群輸出的各小氣候要素參數(shù)。在上述系統(tǒng)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定植株群體的冠層高度；向立桿裝置輸出分別將移動(dòng)桿向上移動(dòng)比例I冠層高度和比例2冠層高度的移動(dòng)桿移動(dòng)指令；立桿裝置根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置輸出的移動(dòng)桿移動(dòng)指令將移動(dòng)桿向上移動(dòng)，分別帶動(dòng)移動(dòng)壁柄I定位到比例I冠層高度上，并帶動(dòng)移動(dòng)壁柄2定位到比例2冠層高度上；要素傳感器群I通過(guò)移動(dòng)壁柄I在比例I冠層高度上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；要素傳感器群2通過(guò)移動(dòng)壁柄2在比例2冠層高度上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；要素傳感器群3在一固定高度位置上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置。在上述系統(tǒng)實(shí)施例中，比例I冠層高度為2/3冠層高度，比例2冠層高度為4/3冠層高度，固定高度位置為20厘米。在上述系統(tǒng)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定移動(dòng)壁柄I、移動(dòng)壁柄2的移動(dòng)定位頻率。一般情況下對(duì)于同一品種的作物，可根據(jù)作物的關(guān)鍵發(fā)育期設(shè)定其移動(dòng)定位頻率。如以小麥為例，小麥出苗后到越冬期可設(shè)定2天移動(dòng)定位I次；越冬期不移動(dòng)；返青到拔節(jié)期設(shè)定為2天移動(dòng)定位I次；拔節(jié)到抽穗楊花期可I天移動(dòng)定位I次；進(jìn)入開(kāi)花到乳熟期可5天移動(dòng)定位I次；乳熟期到成熟期不再移動(dòng)。上述系統(tǒng)實(shí)施例還包括向本系統(tǒng)其它裝置提供工作電源的供電裝置，用于通過(guò)太陽(yáng)能板和太陽(yáng)能控制器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能作為工作電源，或通過(guò)風(fēng)能發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能作為工作電源，或通過(guò)電源線引入標(biāo)準(zhǔn)市電作為工作電源；通過(guò)電池儲(chǔ)存太陽(yáng)能和 /或風(fēng)能轉(zhuǎn)換成的電能。本發(fā)明根據(jù)上述系統(tǒng)實(shí)施例，相應(yīng)地還提供了實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括依次連接的圖像信息接收模塊、作物植株高度計(jì)算模塊、桿移動(dòng)指令輸出模塊，還包括相互連接的小氣候要素參數(shù)接收模塊以及小氣候要素參數(shù)分析模塊，其中圖像信息接收模塊，用于接收?qǐng)D像采集模塊輸出的農(nóng)作物植株高度的圖像信息， 并輸出給作物植株高度計(jì)算模塊；作物植株高度計(jì)算模塊，用于根據(jù)輸入的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度，并將計(jì)算出的植株群體的冠層高度向桿移動(dòng)指令輸出模塊輸出；桿移動(dòng)指令輸出模塊，用于根據(jù)輸入的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；
小氣候要素參數(shù)接收模塊，用于接收要素傳感器群輸出的各小氣候要素參數(shù)，并輸出給小氣候要素參數(shù)分析模塊；小氣候要素參數(shù)分析模塊，用于對(duì)輸入的各小氣候要素參數(shù)進(jìn)行分析，并存儲(chǔ)記錄及顯示分析結(jié)果。在上述裝置實(shí)施例中，作物植株高度計(jì)算模塊根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定植株群體的冠層高度，并輸出給桿移動(dòng)指令輸出模塊；桿移動(dòng)指令輸出模塊根據(jù)輸入的植株群體的冠層聞度，向立桿裝置輸出分別將移動(dòng)桿向上移動(dòng)比例I冠層高度和比例2冠層高度的移動(dòng)桿移動(dòng)指令。在上述裝置實(shí)施例中，桿移動(dòng)指令輸出模塊根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定移動(dòng)壁柄I、移動(dòng)壁柄2的移動(dòng)定位頻率；輸出的比例I冠層高度為2/3冠層高度，輸出的比例2冠層高度為 4/3冠層高度。本發(fā)明根據(jù)上述系統(tǒng)實(shí)施例，相應(yīng)地還提供了實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的方法， 涉及在農(nóng)田安裝的圖像采集裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、立桿裝置以及多個(gè)要素傳感器群，該方法包括圖像采集裝置中的攝像頭將拍攝的農(nóng)作物植株高度的圖像信息輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)輸入的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；立桿裝置根據(jù)輸入的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制安裝在固定桿內(nèi)的移動(dòng)桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄向上移動(dòng)；多個(gè)要素傳感器群在立桿裝置上相應(yīng)高度位置的移動(dòng)壁柄上監(jiān)測(cè)農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)。上述方法實(shí)施例還包括多個(gè)要素傳感器群將監(jiān)測(cè)到的農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)輸入的農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)進(jìn)行分析，并記錄和顯示分析結(jié)果O在上述方法實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)輸入的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令，具體包括根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定植株群體的冠層高度；根據(jù)植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出分別將移動(dòng)桿向上移動(dòng)的比例I冠層高度和比例2冠層高度的移動(dòng)桿移動(dòng)指令。在上述方法實(shí)施例中，
10
立桿裝置根據(jù)輸入的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制安裝在固定桿內(nèi)的移動(dòng)桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄向上移動(dòng)，具體包括立桿裝置根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置輸出的移動(dòng)桿移動(dòng)指令將移動(dòng)桿向上移動(dòng)，分別帶動(dòng)移動(dòng)壁柄I定位到比例I冠層高度上，即為2/3冠層高度；并帶動(dòng)移動(dòng)壁柄2定位到比例2 誕層聞度上，即為4/3誕層聞度。在上述方法實(shí)施例中，還包括數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定第一移動(dòng)壁柄、第二移動(dòng)壁柄的移動(dòng)定位頻率；當(dāng)監(jiān)測(cè)對(duì)象為小麥時(shí)，在小麥出苗后到越冬期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；在返青期到拔節(jié)期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；從拔節(jié)期到抽穗楊花期設(shè)定每天移動(dòng)定位一次；進(jìn)入開(kāi)花期到乳熟期設(shè)定每五天移動(dòng)定位一次。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以前述權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，其特征在于，包括立桿裝置、多個(gè)要素傳感器群、圖像采集裝置以及數(shù)據(jù)采集裝置，其中立桿裝置，用于通過(guò)固定桿裝配與固定桿同圓心的移動(dòng)桿和垂直于該移動(dòng)桿的多個(gè)移動(dòng)壁柄，根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置輸出的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制移動(dòng)桿移動(dòng)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄上下移動(dòng)；多個(gè)要素傳感器群，用于安裝在立桿上相應(yīng)高度位置的移動(dòng)壁柄上監(jiān)測(cè)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候，并將監(jiān)測(cè)到的小氣候要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；圖像采集裝置，用于通過(guò)云臺(tái)控制攝像頭的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)在不同的位置上的攝像頭將拍攝的農(nóng)田中農(nóng)作物植株高度的圖像信息輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置，用于根據(jù)攝像頭輸出的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；分析要素傳感器群輸出的各小氣候要素參數(shù)。
2.按照權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定所述植株群體的冠層高度；向所述立桿裝置輸出分別將移動(dòng)桿向上移動(dòng)第一比例冠層高度和第二比例冠層高度的移動(dòng)桿移動(dòng)指令；所述立桿裝置根據(jù)輸入的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令將移動(dòng)桿向上移動(dòng)，分別帶動(dòng)第一移動(dòng)壁柄定位到第一比例冠層高度上，并帶動(dòng)第二移動(dòng)壁柄定位到第二比例冠層高度上；第一要素傳感器群通過(guò)第一移動(dòng)壁柄在第一比例冠層高度上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給所述數(shù)據(jù)采集裝置；第二要素傳感器群通過(guò)第二移動(dòng)壁柄在第二比例冠層高度上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給所述數(shù)據(jù)采集裝置；第三要素傳感器群在一固定高度位置上將監(jiān)測(cè)的相應(yīng)小氣候要素參數(shù)輸出給所述數(shù)據(jù)采集裝置。
3.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集裝置輸出的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令，其中第一比例冠層高度為2/3冠層高度，第二比例冠層高度為4/3冠層高度；第三要素傳感器群在所述固定高度位置為20厘米將監(jiān)測(cè)的所述小氣候要素參數(shù)輸出給所述數(shù)據(jù)采集裝置。
4.按照權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定第一移動(dòng)壁柄、第一移動(dòng)壁柄的移動(dòng)定位頻率；當(dāng)所述監(jiān)測(cè)對(duì)象為小麥時(shí)，所述移動(dòng)定位頻率在小麥出苗后到越冬期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；在返青期到拔節(jié)期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；從所述拔節(jié)期到抽穗楊花期設(shè)定每天移動(dòng)定位一次；進(jìn)入開(kāi)花期到乳熟期設(shè)定每五天移動(dòng)定位一次。
5.一種實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物在田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的裝置，包括依次連接的圖像信息接收模塊、 作物植株高度計(jì)算模塊、桿移動(dòng)指令輸出模塊，還包括相互連接的小氣候要素參數(shù)接收模塊以及小氣候要素參數(shù)分析模塊，其中圖像信息接收模塊，用于接收?qǐng)D像采集模塊輸出的農(nóng)作物植株高度的圖像信息，并輸出給作物植株高度計(jì)算模塊；作物植株高度計(jì)算模塊，用于根據(jù)輸入的所述農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度，并將計(jì)算出的植株群體的冠層高度向桿移動(dòng)指令輸出模塊輸出；桿移動(dòng)指令輸出模塊，用于根據(jù)輸入的所述植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；小氣候要素參數(shù)接收模塊，用于接收要素傳感器群輸出的各小氣候要素參數(shù)，并輸出給小氣候要素參數(shù)分析模塊；小氣候要素參數(shù)分析模塊，用于對(duì)輸入的各小氣候要素參數(shù)進(jìn)行分析，并存儲(chǔ)記錄及顯示分析結(jié)果。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述作物植株高度計(jì)算模塊根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)所述多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定所述植株群體的冠層高度，并輸出給所述桿移動(dòng)指令輸出1吳塊；所述桿移動(dòng)指令輸出模塊根據(jù)輸入的所述植株群體的冠層高度，向所述立桿裝置輸出分別將移動(dòng)桿向上移動(dòng)第一比例冠層高度和第二比例冠層高度的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令。
7.按照權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述桿移動(dòng)指令輸出模塊根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定第一移動(dòng)壁柄、第二移動(dòng)壁柄的移動(dòng)定位頻率；輸出的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令，其中第一比例冠層高度為2/3冠層高度，第二比例冠層高度為4/3冠層高度。
8.一種實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境小氣候監(jiān)測(cè)的方法，涉及在農(nóng)田安裝的圖像采集裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、立桿裝置以及多個(gè)要素傳感器群，該方法包括圖像采集裝置中的攝像頭將拍攝的農(nóng)作物植株高度的圖像信息輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)輸入的所述農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；立桿裝置根據(jù)輸入的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制安裝在固定桿內(nèi)的移動(dòng)桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄向上移動(dòng)；多個(gè)要素傳感器群在立桿裝置上相應(yīng)高度位置的所述移動(dòng)壁柄上監(jiān)測(cè)農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括所述多個(gè)要素傳感器群將監(jiān)測(cè)到的所述農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)輸出給所述數(shù)據(jù)采集裝置；所述數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)所述農(nóng)田環(huán)境各小氣候參數(shù)進(jìn)行分析，并記錄和顯示分析結(jié)果。
10.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)輸入的農(nóng)作物植株高度的圖像信息計(jì)算出農(nóng)作物植株的實(shí)際高度；通過(guò)計(jì)算出的植株群體的冠層高度向立桿裝置輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令，具體包括根據(jù)多點(diǎn)農(nóng)作物植株高度的圖像像素，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照物的實(shí)際測(cè)量高度和其拍攝高度的圖像像素的比例關(guān)系，計(jì)算出多點(diǎn)植株的實(shí)際高度；根據(jù)對(duì)所述多點(diǎn)植株的實(shí)際高度進(jìn)行平均計(jì)算確定所述植株群體的冠層高度；根據(jù)所述植株群體的冠層高度向所述立桿裝置輸出分別將所述移動(dòng)桿向上移動(dòng)的第一比例冠層高度和第二比例冠層高度的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述立桿裝置根據(jù)輸入的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制安裝在固定桿內(nèi)的移動(dòng)桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄向上移動(dòng)，具體包括所述立桿裝置根據(jù)輸入的所述移動(dòng)桿移動(dòng)指令將所述移動(dòng)桿向上移動(dòng)，分別帶動(dòng)第一移動(dòng)壁柄定位到第一比例冠層高度上，即2/3冠層高度；并帶動(dòng)第二移動(dòng)壁柄定位到第二比例冠層高度上，即4/3冠層高度。
12.按照權(quán)利要求8至11任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括所述數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)用戶的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的來(lái)設(shè)定第一移動(dòng)壁柄、第二移動(dòng)壁柄的移動(dòng)定位頻率；當(dāng)所述監(jiān)測(cè)對(duì)象為小麥時(shí)，所述移動(dòng)定位頻率在小麥出苗后到越冬期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；在返青期到拔節(jié)期設(shè)定每?jī)商煲苿?dòng)定位一次；從所述拔節(jié)期到抽穗楊花期設(shè)定每天移動(dòng)定位一次；進(jìn)入開(kāi)花期到乳熟期設(shè)定每五天移動(dòng)定位一次。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種農(nóng)田環(huán)境小氣候的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、裝置及方法，其中系統(tǒng)包括立桿裝置根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置輸出的移動(dòng)桿移動(dòng)指令控制移動(dòng)桿移動(dòng)帶動(dòng)承載相應(yīng)要素傳感器群的移動(dòng)臂柄上下移動(dòng)；要素傳感器群安裝在立桿上相應(yīng)移動(dòng)壁柄上監(jiān)測(cè)農(nóng)田環(huán)境小氣候，并將監(jiān)測(cè)到的要素參數(shù)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；圖像采集裝置的攝像頭將拍攝的農(nóng)作物植株高度的圖像信息輸出給數(shù)據(jù)采集裝置；數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)植株高度的圖像信息計(jì)算出植株群體的冠層高度，并輸出移動(dòng)桿移動(dòng)指令；同時(shí)分析要素傳感器群輸出的各小氣候要素參數(shù)。本發(fā)明準(zhǔn)確反映了農(nóng)田小氣候?qū)嶋H狀況及作物受大氣環(huán)境影響程度。
文檔編號(hào)G01W1/02GK102608675SQ20121004038
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者劉布春, 李志海, 武永峰 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所, 北京上智恒達(dá)科技有限公司