[发明专利]一种农田环境小气候的监测系统、装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及农田气候实时监测技术，尤其涉及农田环境小气候的监测系统、装置及方法。

背景技术

中国农业生产仍以开放式露天生产为主。获取准确的农作物生长环境信息，是评估农作物生长环境状况的重要依据，也是估算农作物因气象灾害造成损失的数据支撑与科学依据。它既可为生产部门组织、指导、开展农业生产活动和农业防灾减灾提供重要参考，同时，对于各级政府制定农业政策也至关重要。

目前的农田小气侯的监测方法，主要有通过人工观测、通过自动气象台站的自动观测和基于物联网的远程监测等方法。其中，传统的人工观测方法耗费人力物力，时效性也差。二十世纪80年代从国外引进的自动气象站改善了田间人工观测的时效性，并降低了人力物力成本。随着近年来计算机技术和通讯技术的发展，基于物联网技术的农田小气候监测设备和系统应运而生。这种新系统与自动气象站比较起来，其时效性更强，并可实现远程控制，且空间管理能力大大提高，同时可集成个性化的监测项目，尤其是集成视频图像监测，使得小气候监测更加直观。然而，无论是哪一种农田小气候观测或监测的设备和方法，对农田小气候信息监测的规范，特别是传感器的空间垂直布置没有统一的方法和标准。

一般的人工气象台站和业务化的自动气象站，其主要观测项目温湿度观测传感器的安装高度为1.5m，风速风向为10米。普通的气象观测是基于标准的地面气象观测场，观测场地面种植草的高度一般为20cm。

如果自动气象站用于种植作物的农田的小气候观测，通常传感器的安装高度方案有2类。其一是在农田附近，不考虑作物植株高度，设立一个标准的地面气象观测场，温湿度传感器高度一般为1.5m，风速风向传感器为2m。其二是在作物生长的农田内安装气象站，温湿度观测采用梯度观测，并无统一的观测高度，一般会在作物冠层以上和地面与冠层高度之间安装多层温湿度和辐射传感器，安装的梯度和层数因观测目的、研究目的的不同而不同。如果是针对农作物小气候环境的观测，比较合理的安装高度是分为3层。第一层为距地面20cm处，第二层为株高2/3处，第三层为株高4/3处。由于农作物的株高会因作物的种类、品种和生长发育期而不同，因此如果采用上述方法设置传感器高度，那么至少20cm以上的传感器高度应随着株高的变化而动态变化。但是，目前的用于农田的小气候观测的自动气象站却无法实现传感器高度随着作物株高的变化而变化，因此很难达到农田小气候观测的要求。

然而，现有的农田小气候观测出于简单省力等因素的考虑，通常把传感器高度及桅杆总体高度设为2m、3m、6m、10m等。这样的农田小气候观测所获取的数据，很难准确地反映农田小气候环境的实际状况以及农作物群体受大气环境影响的程度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现农作物在田环境小气候监测的系统、装置及方法，能够准确地反映农田小气候环境的实际状况以及农作物群体受对大气环境影响的程度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种实现农作物在田环境小气候监测的系统，包括：立杆装置、多个要素传感器群、图像采集装置以及数据采集装置，其中：

立杆装置，用于通过固定杆装配与固定杆同圆心的移动杆和垂直于该移动杆的多个移动壁柄，根据数据采集装置输出的移动杆移动指令控制移动杆移动带动承载相应要素传感器群的移动臂柄上下移动；

多个要素传感器群，用于安装在立杆上相应高度位置的移动壁柄上监测农作物在田环境小气候，并将监测到的小气候要素参数输出给数据采集装置；

图像采集装置，用于通过云台控制摄像头的运动，通过运动在不同的位置上的摄像头将拍摄的农田中农作物植株高度的图像信息输出给数据采集装置；

数据采集装置，用于根据摄像头输出的农作物植株高度的图像信息计算出农作物植株的实际高度；通过计算出的植株群体的冠层高度向立杆装置输出移动杆移动指令；分析要素传感器群输出的各小气候要素参数。

优选地，

数据采集装置根据多点农作物植株高度的图像像素，并根据标准参照物的实际测量高度和其拍摄高度的图像像素的比例关系，计算出多点植株的实际高度；根据对多点植株的实际高度进行平均计算确定植株群体的冠层高度；向立杆装置输出分别将移动杆向上移动第一比例冠层高度和第二比例冠层高度的移动杆移动指令；

立杆装置根据输入的所述移动杆移动指令将移动杆向上移动，分别带动第一移动壁柄定位到第一比例冠层高度上，并带动第二移动壁柄定位到第二比例冠层高度上；