本實用新型屬于野外監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多光譜/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
目前，主要采用人工測量的方式獲得植物生長節(jié)律、物候觀測以及植被蓋度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。具體的，人工采用多光譜/高光譜照相機(jī)，手工拍攝被監(jiān)測植物的圖片，然后再將拍攝到的植物圖片上傳到服務(wù)器，通過服務(wù)器對植物圖片進(jìn)行分析。上述方式存在的主要不足為：(1)由于多光譜/高光譜照相機(jī)的廠家設(shè)計工作溫度范圍窄，為0-40℃，因此，多光譜/高光譜照相機(jī)在野外使用時，有時會出現(xiàn)超出工作溫度的情況，一方面影響照相機(jī)拍攝質(zhì)量，另一方面也縮短了照相機(jī)使用壽命。(2)手工操作多光譜/高光譜照相機(jī)拍攝圖片，并人工將其傳輸?shù)椒?wù)器中，具有費(fèi)工、費(fèi)時、費(fèi)力等不足，影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取效率，不利于全面大范圍對不同位置的植物進(jìn)行有效監(jiān)測；(3)手工操作多光譜/高光譜照相機(jī)拍攝圖片時，為了確認(rèn)在不同光照下的色溫，還需要人工定期拍攝標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)一步加大了操作人員的工作量。(4)人工觀測主觀性較大，不同業(yè)務(wù)人員觀測數(shù)據(jù)誤差較大，降低了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提供一種基于多光譜/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)，可有效解決上述問題。本實用新型采用的技術(shù)方案如下：本實用新型提供一種基于多光譜/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)，包括多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)、自動溫度控制子系統(tǒng)、自動標(biāo)定子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器以及無線傳輸子系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)采集器分別與所述多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)、所述自動溫度控制子系統(tǒng)、所述自動標(biāo)定子系統(tǒng)和所述無線傳輸子系統(tǒng)連接。優(yōu)選的，所述多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)包括多光譜/高光譜照相機(jī)以及防水盒；所述多光譜/高光譜照相機(jī)安裝于所述防水盒中。優(yōu)選的，所述防水盒采用IP67等級的密封控制機(jī)箱；所述防水盒安裝于固定在監(jiān)測點(diǎn)的支撐架上。優(yōu)選的，所述自動溫度控制子系統(tǒng)包括溫度傳感器、加熱裝置、散熱裝置和溫度控制器；所述溫度傳感器、所述加熱裝置和所述散熱裝置均安裝于所述防水盒的內(nèi)腔；所述溫度控制器的輸入端與所述溫度傳感器連接；所述溫度控制器的輸出端分別與所述加熱裝置和所述散熱裝置連接；所述溫度控制器與所述數(shù)據(jù)采集器連接。優(yōu)選的，所述自動標(biāo)定子系統(tǒng)包括標(biāo)定控制器、驅(qū)動電機(jī)、標(biāo)定板和毛刷；所述標(biāo)定控制器與所述驅(qū)動電機(jī)連接，用于以脈沖方式控制所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動；所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過連接桿固定安裝所述標(biāo)定板，當(dāng)所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動所述標(biāo)定板以所述連接桿為半徑進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；所述標(biāo)定板旋轉(zhuǎn)軌跡經(jīng)過標(biāo)定位和停止位；其中，所述標(biāo)定位即指所述標(biāo)定板位于所述多光譜/高光譜照相機(jī)的鏡頭正下方；所述停止位固定安裝所述毛刷，當(dāng)所述標(biāo)定板旋轉(zhuǎn)到停止位時，經(jīng)過所述毛刷，使所述毛刷自動清潔所述標(biāo)定板。優(yōu)選的，還包括供電子系統(tǒng)；所述供電子系統(tǒng)與所述數(shù)據(jù)采集器連接。優(yōu)選的，所述供電子系統(tǒng)為太陽能供電裝置。本實用新型提供的基于多光譜/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠性高、功能多樣、自動化程度高，數(shù)據(jù)采集科學(xué)準(zhǔn)確，實現(xiàn)全面精準(zhǔn)的對植物進(jìn)行全方面監(jiān)測，從而減輕觀測人員勞動強(qiáng)度，提高觀測效率，提高生態(tài)觀測資料的客觀性和數(shù)據(jù)質(zhì)量，有效解決了傳統(tǒng)人工進(jìn)行生態(tài)觀測的諸多弊端，有利于生態(tài)物候觀測業(yè)務(wù)的展開，填補(bǔ)了物候監(jiān)測領(lǐng)域自動化的空白。附圖說明圖1為本實用新型提供的基于多光譜/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1沿A-A剖視放大圖；其中，1-標(biāo)定板；2-毛刷；A代表標(biāo)定位；B代表停止位；3-標(biāo)定控制器；4-支撐架。具體實施方式為了使本實用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型提供一種基于多光譜/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)，為一種可在野外自動工作并能夠自動標(biāo)定的多光譜及高光譜攝像系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用多光譜攝像技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線通訊技術(shù)、太陽能供電等技術(shù)綜合集成研發(fā)，用以實現(xiàn)對植物生長的自動化觀測。結(jié)合圖1，基于多光譜/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)，包括多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)、自動溫度控制子系統(tǒng)、自動標(biāo)定子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器以及無線傳輸子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集器分別與多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)、自動溫度控制子系統(tǒng)、自動標(biāo)定子系統(tǒng)和無線傳輸子系統(tǒng)連接。數(shù)據(jù)采集器用于分別對多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)、自動溫度控制子系統(tǒng)和自動標(biāo)定子系統(tǒng)控制，多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)采集到的圖片可自動通過無線傳輸子系統(tǒng)傳輸給遠(yuǎn)程控制器，實現(xiàn)拍攝圖片自動上傳功能。實際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集器型號為CR1000或者CR6，數(shù)據(jù)傳輸采用公網(wǎng)的3G/4G無線傳輸，在程序控制下自動啟動和關(guān)閉，節(jié)省能耗。以下對各子系統(tǒng)分別詳細(xì)介紹：(1)多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)多光譜/高光譜成像子系統(tǒng)包括多光譜/高光譜照相機(jī)以及防水盒；多光譜/高光譜照相機(jī)安裝于防水盒中。其中，防水盒采用IP67等級的密封控制機(jī)箱；防水盒安裝于固定在監(jiān)測點(diǎn)的支撐架上，通過安裝防水盒，提高多光譜/高光譜照相機(jī)的使用壽命，更適應(yīng)野外工作環(huán)境。實際應(yīng)用中，多光譜/高光譜照相機(jī)采用320萬像素的傳感器實現(xiàn)，可捕捉波長520nm～920nm之間的光譜，該相機(jī)的視場角：30.6×23.2°，理論上，在太陽天頂角為0度時候照相最好。但是天頂角不得低于視場角的1/2，一個理想的角度是大于15度。因此，根據(jù)本地的經(jīng)緯度和太陽黃經(jīng)進(jìn)行自動的高度角天頂角計算，進(jìn)而自動設(shè)置拍照時間。該系統(tǒng)接口有USB和RS232等接口，通過USB接口可本地讀取數(shù)據(jù)；通過RS232接口與無線傳輸子系統(tǒng)連接，進(jìn)而實現(xiàn)與遠(yuǎn)程服務(wù)器的通信。進(jìn)一步的，多光譜相機(jī)可以使用UHD118和ADCmicro，也可以使用高光譜相機(jī)得到更多波段的圖片數(shù)據(jù)。多光譜照相機(jī)可以得到TM2，TM3這3個波段的分光譜數(shù)據(jù)，這3個波段分別為：紅色、綠色和近紅外光譜波段，可以根據(jù)此信息提取NDVI、綠色指數(shù)等。(2)自動溫度控制子系統(tǒng)由于多光譜/高光譜照相機(jī)設(shè)計工作溫度范圍窄，為0-40℃，因為，本實用新開進(jìn)設(shè)計了自動溫度控制子系統(tǒng)，自動溫度控制子系統(tǒng)包括溫度傳感器、加熱裝置、散熱裝置和溫度控制器；溫度傳感器、加熱裝置和散熱裝置均安裝于防水盒的內(nèi)腔；溫度控制器的輸入端與溫度傳感器連接；溫度控制器的輸出端分別與加熱裝置和散熱裝置連接；溫度控制器與數(shù)據(jù)采集器連接。其工作原理為：溫度傳感器實時或定時采集防水盒腔室的溫度值，并上傳給溫度控制器，溫度控制器判斷實際溫度值是否在正常工作溫度范圍內(nèi)，如果不在，則區(qū)分兩種情況：如果實際溫度值高于正常工作溫度范圍的極大值，則表明溫度偏高，啟動散熱裝置降溫，其中，散熱裝置包括但不限于風(fēng)扇。如果實際溫度值低于正常工作溫度范圍的極小值，則表明溫度偏低，啟動加熱裝置升溫，其中，加熱裝置包括但不限于加熱片。通過上述方案，實現(xiàn)將防水盒腔室的溫度穩(wěn)定在工作溫度范圍，保證了多光譜/高光譜照相機(jī)長期可靠工作。(3)自動標(biāo)定子系統(tǒng)由于多光譜/高光譜照相機(jī)每次拍照時，天空明朗程度及太陽高度角不同，在每次拍攝的時候，均需要預(yù)先拍攝標(biāo)定板一次，用以校正NDVI值。因此，本實用新型設(shè)計了自動標(biāo)定子系統(tǒng)。參考圖1和圖2，自動標(biāo)定子系統(tǒng)包括標(biāo)定控制器、驅(qū)動電機(jī)、標(biāo)定板和毛刷；標(biāo)定控制器與驅(qū)動電機(jī)連接，用于以脈沖方式控制驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動；驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過連接桿固定安裝標(biāo)定板，當(dāng)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動標(biāo)定板以連接桿為半徑進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；標(biāo)定板旋轉(zhuǎn)軌跡經(jīng)過標(biāo)定位和停止位；其中，標(biāo)定位即指標(biāo)定板位于多光譜/高光譜照相機(jī)的鏡頭正下方；停止位固定安裝毛刷，當(dāng)標(biāo)定板旋轉(zhuǎn)到停止位時，經(jīng)過毛刷，使毛刷自動清潔標(biāo)定板。其工作原理為：自動標(biāo)定子系統(tǒng)采用脈沖控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，每發(fā)送一個脈沖電機(jī)旋轉(zhuǎn)一次，當(dāng)電機(jī)帶動標(biāo)定板到達(dá)標(biāo)定位時，啟動照相片拍照；然后，再發(fā)送一個脈沖，帶動標(biāo)定板返回到停止位等待，由于在停止位設(shè)計毛刷，因此，在標(biāo)定板通過停止位的毛刷時候，就實現(xiàn)了自動清潔，從而保障標(biāo)定板的清潔。自動標(biāo)定子系統(tǒng)具有設(shè)計簡單、功耗低、無故障運(yùn)行時間長等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的軌道式自動伸出收縮的標(biāo)定板相比，本實用新型的自動標(biāo)定子系統(tǒng)，具有性能可靠，不需要維護(hù)軸承，結(jié)果簡單，重量輕，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的氣動式自動伸縮標(biāo)定板相比，本實用新型不需設(shè)置電磁閥、儲氣罐、氣泵等多個環(huán)節(jié)，在機(jī)構(gòu)復(fù)雜性，功耗，可靠性等發(fā)面有著很好的優(yōu)勢。(4)供電子系統(tǒng)供電子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集器連接，供電子系統(tǒng)采用太陽能供電裝置，既節(jié)約資源，也保證了多/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)長期運(yùn)行，解決傳統(tǒng)電池供電方式導(dǎo)致的工作人員需頻繁更換電池的弊端。由此可見，本實用新型提供的基于多光譜/高光譜成像技術(shù)的野外監(jiān)控系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠性高、功能多樣、自動化程度高，數(shù)據(jù)采集科學(xué)準(zhǔn)確，實現(xiàn)全面精準(zhǔn)的對植物進(jìn)行全方面監(jiān)測，從而減輕觀測人員勞動強(qiáng)度，提高觀測效率，提高生態(tài)觀測資料的客觀性和數(shù)據(jù)質(zhì)量，有效解決了傳統(tǒng)人工進(jìn)行生態(tài)觀測的諸多弊端，有利于生態(tài)物候觀測業(yè)務(wù)的展開，填補(bǔ)了物候監(jiān)測領(lǐng)域自動化的空白。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本實用新型的保護(hù)范圍。