本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

隨著農(nóng)業(yè)信息化快速發(fā)展，操作便捷的植被生理生態(tài)指數(shù)信息調(diào)查手段成為迫切需要。

傳統(tǒng)采用田間樣本獲取、實(shí)驗(yàn)室儀器測(cè)量、使用紙和筆記錄測(cè)量結(jié)果的方式不僅效率低、成本高，而且由于采集樣本的生理信息被不同程度的破壞，導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果不準(zhǔn)確，同時(shí)，由于調(diào)查對(duì)象為植被，其生長(zhǎng)狀態(tài)信息變化速度較快，傳統(tǒng)調(diào)查手段的效率低勢(shì)必會(huì)造成調(diào)查結(jié)果的時(shí)間跨度大，從而導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果的誤差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型提供一種便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，由于集成了紅外光譜傳感器、近紅外光譜傳感器、熱紅外光譜傳感器、超聲波傳感器和GPS位置傳感器，因此可以實(shí)時(shí)獲取較為全面和準(zhǔn)確的植被生理生態(tài)指數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案：

一種便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括：監(jiān)測(cè)箱體；所述監(jiān)測(cè)箱體的頂面設(shè)置有紅外光譜傳感器、近紅外光譜傳感器、熱紅外光譜傳感器和超聲波傳感器；所述監(jiān)測(cè)箱體中設(shè)置有GPS位置傳感器；

所述監(jiān)測(cè)箱體的側(cè)面設(shè)置有箱體總開(kāi)關(guān)以及用于分別控制紅外光譜傳感器、近紅外光譜傳感器、熱紅外光譜傳感器、超聲波傳感器和GPS位置傳感器啟動(dòng)或關(guān)閉的子開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選地，所述紅外光譜傳感器的中心波長(zhǎng)為630nm。

優(yōu)選地，所述近紅外光譜傳感器的中心波長(zhǎng)為800nm。

優(yōu)選地，所述熱紅外光譜傳感器的中心波長(zhǎng)為2500nm。

優(yōu)選地，所述裝置還包括：鋰電池和太陽(yáng)能電池板，所述太陽(yáng)能電池板設(shè)置在所述監(jiān)測(cè)箱體的底面。

優(yōu)選地，所述裝置還包括：定時(shí)器；

所述紅外光譜傳感器、近紅外光譜傳感器、熱紅外光譜傳感器、超聲波傳感器和/或GPS位置傳感器根據(jù)定時(shí)器中設(shè)定的定時(shí)時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

優(yōu)選地，所述裝置還包括：存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述紅外光譜傳感器、所述近紅外光譜傳感器、所述熱紅外光譜傳感器、所述超聲波傳感器和所述GPS位置傳感器采集的數(shù)據(jù)以及采集時(shí)間。

優(yōu)選地，所述裝置還包括：處理器；所述處理器，用于利用預(yù)先存儲(chǔ)的公式對(duì)所述紅外光譜傳感器和所述近紅外光譜傳感器采集的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到歸一化植被指數(shù)NDVI、葉面積指數(shù)LAI、葉綠素a和b含量Cab、植被覆蓋度FVC、預(yù)測(cè)產(chǎn)量Yield和推薦氮肥施用量Nc。

優(yōu)選地，所述裝置還包括：數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)傳輸線；

所述紅外光譜傳感器、近紅外光譜傳感器、熱紅外光譜傳感器、超聲波傳感器和GPS位置傳感器共用一條所述數(shù)據(jù)傳輸線；

所述數(shù)據(jù)接口為4插針的接口形式，4插針?lè)謩e連接數(shù)據(jù)傳輸線、工作狀態(tài)線、電源正極和地線。

優(yōu)選地，所述裝置還包括：與所述監(jiān)測(cè)箱體底部連接的操作桿。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型提供的便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，由于集成了紅外光譜傳感器、近紅外光譜傳感器、熱紅外光譜傳感器、超聲波傳感器和GPS位置傳感器，因此可以實(shí)時(shí)獲取較為全面和準(zhǔn)確的植被生理生態(tài)指數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中人工獲取植被生理生態(tài)數(shù)據(jù)的方式，本實(shí)施例提供的便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，具有操作便捷，獲取數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高、準(zhǔn)確率高、獲取數(shù)據(jù)較為全面等優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型一實(shí)施例提供了一種便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，參見(jiàn)圖1，包括：監(jiān)測(cè)箱體1；所述監(jiān)測(cè)箱體1的頂面設(shè)置有紅外光譜傳感器11、近紅外光譜傳感器12、熱紅外光譜傳感器13和超聲波傳感器14；所述監(jiān)測(cè)箱體中設(shè)置有GPS位置傳感器15；所述GPS位置傳感器15可以設(shè)置在所述監(jiān)測(cè)箱體1的頂面，也可以設(shè)置在所述監(jiān)測(cè)箱體1的內(nèi)部。

所述監(jiān)測(cè)箱體1的側(cè)面設(shè)置有箱體總開(kāi)關(guān)20以及用于分別控制紅外光譜傳感器11、近紅外光譜傳感器12、熱紅外光譜傳感器13、超聲波傳感器14和GPS位置傳感器15啟動(dòng)或關(guān)閉的子開(kāi)關(guān)21～25。

其中，子開(kāi)關(guān)21用于控制紅外光譜傳感器11的啟動(dòng)或關(guān)閉；子開(kāi)關(guān)22用于控制近紅外光譜傳感器12的啟動(dòng)或關(guān)閉；子開(kāi)關(guān)23用于控制熱紅外光譜傳感器13的啟動(dòng)或關(guān)閉；子開(kāi)關(guān)24用于控制超聲波傳感器14的啟動(dòng)或關(guān)閉；子開(kāi)關(guān)25用于控制GPS位置傳感器15的啟動(dòng)或關(guān)閉；

參見(jiàn)圖1，優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)箱體1的長(zhǎng)寬高分別為13cm、10cm、8cm，帶有紅外光譜傳感器11、近紅外光譜傳感器12、熱紅外光譜傳感器13、超聲波傳感器14和GPS位置傳感器15的監(jiān)測(cè)箱體1的總質(zhì)量為750g。可見(jiàn)本實(shí)施例提供的便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置操作起來(lái)較為輕便。在具體使用時(shí)，可以通過(guò)圖2所示的操作桿以及操作手柄將監(jiān)測(cè)箱體1的頂面對(duì)準(zhǔn)待監(jiān)測(cè)的目標(biāo)植被，以獲取目標(biāo)植被的生理生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例提供的便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，由于集成了紅外光譜傳感器、近紅外光譜傳感器、熱紅外光譜傳感器、超聲波傳感器和GPS位置傳感器，因此可以實(shí)時(shí)獲取較為全面和準(zhǔn)確的植被生理生態(tài)指數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中人工獲取植被生理生態(tài)數(shù)據(jù)的方式，本實(shí)施例提供的便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，具有操作便捷，獲取數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高、準(zhǔn)確率高、獲取數(shù)據(jù)較為全面等優(yōu)勢(shì)。

在一種可選實(shí)施方式中，所述紅外光譜傳感器的中心波長(zhǎng)為630nm；所述近紅外光譜傳感器的中心波長(zhǎng)為800nm；所述熱紅外光譜傳感器的中心波長(zhǎng)為2500nm。其中，630nm的紅外光譜傳感器和800nm的近紅外光譜傳感器分別為入射光傳感器和反射光傳感器。

這里，采用三種不同波長(zhǎng)的光譜傳感器來(lái)探測(cè)植被光譜信息，其中，630nm和800nm的光譜傳感器的使用能很好的測(cè)定植被的生理信息，2500nm的熱紅外光譜傳感器對(duì)于測(cè)定植被生態(tài)信息。

在一種可選實(shí)施方式中，所述裝置還包括：鋰電池30和太陽(yáng)能電池板40，所述太陽(yáng)能電池板40設(shè)置在所述監(jiān)測(cè)箱體1的底面。

這里，采用內(nèi)部鋰電池供電和外部太陽(yáng)能電池板供電兩種供電方式，供電電壓為9～12v，在無(wú)外部太陽(yáng)能電池板供電的情況下自動(dòng)使用內(nèi)部鋰電池，而在接外部太陽(yáng)能電池板時(shí)會(huì)自動(dòng)給內(nèi)部鋰電池充電。

在一種可選實(shí)施方式中，所述裝置還包括：定時(shí)器(圖中未示出)；所述紅外光譜傳感器11、近紅外光譜傳感器12、熱紅外光譜傳感器13、超聲波傳感器14和/或GPS位置傳感器15根據(jù)定時(shí)器中設(shè)定的定時(shí)時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

在一種可選實(shí)施方式中，所述裝置還包括：存儲(chǔ)器(圖中未示出)；所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述紅外光譜傳感器、所述近紅外光譜傳感器、所述熱紅外光譜傳感器、所述超聲波傳感器和所述GPS位置傳感器采集的數(shù)據(jù)以及采集時(shí)間。

在一種可選實(shí)施方式中，所述裝置還包括：處理器(圖中未示出)；所述處理器，用于利用預(yù)先存儲(chǔ)的公式對(duì)所述紅外光譜傳感器11和所述近紅外光譜傳感器12采集的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到歸一化植被指數(shù)NDVI、葉面積指數(shù)LAI、葉綠素a和b含量Cab、植被覆蓋度FVC、預(yù)測(cè)產(chǎn)量Yield和推薦氮肥施用量Nc。

這里，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的公式可以理解為歸一化植被指數(shù)處理模型、葉面積指數(shù)處理模型、葉綠素a和b含量處理模型、植被覆蓋度處理模型、預(yù)測(cè)產(chǎn)量處理模型和推薦氮肥施用量處理模型，利用紅外光譜傳感器11和近紅外光譜傳感器12采集的光譜數(shù)據(jù)，通過(guò)這些預(yù)存的模型，采用處理器計(jì)算得到歸一化植被指數(shù)NDVI、葉面積指數(shù)LAI、葉綠素a和b含量Cab、植被覆蓋度FVC、預(yù)測(cè)產(chǎn)量Yield和推薦氮肥施用量Nc。這里，處理器可以為CPU或硬件電路板。

在一種可選實(shí)施方式中，所述裝置還包括：數(shù)據(jù)接口50和數(shù)據(jù)傳輸線(圖中未示出)；所述紅外光譜傳感器11、近紅外光譜傳感器12、熱紅外光譜傳感器13、超聲波傳感器14和GPS位置傳感器15共用一條所述數(shù)據(jù)傳輸線；

這里，所述紅外光譜傳感器11、近紅外光譜傳感器12、熱紅外光譜傳感器13、超聲波傳感器14和GPS位置傳感器15使用異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞焦餐捎靡桓鶖?shù)據(jù)傳輸線輸出采集的原始數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)便了裝置結(jié)構(gòu)。

這里，數(shù)據(jù)接口50采用4根插針的形式，其中一根連接數(shù)據(jù)傳輸線，一根連接工作狀態(tài)線，一根連接電源正極，一根連接地線。

此外，所述裝置還包括：電源充電接口(圖中未示出)，為避免和數(shù)據(jù)接口50混淆，設(shè)計(jì)電源接充電接口為2插針形式。

在一種可選實(shí)施方式中，所述裝置還包括：設(shè)置在所述監(jiān)測(cè)箱體底部的顯示器(圖中未示出)，所述顯示器用于顯示所述紅外光譜傳感器11、近紅外光譜傳感器12、熱紅外光譜傳感器13、超聲波傳感器14和GPS位置傳感器15采集的數(shù)據(jù)信息。

此外，顯示器上還設(shè)置有控制器按鈕，分別為“模式”、“采集”、“顯示”、“GPRS”、“WIFI”，通過(guò)“模式”按鈕自由切換裝置工作模式(模式說(shuō)明如下表1所示)，裝置內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)分析處理硬件電路板，同時(shí)在電路板上集成GPRS模塊、電源管理模塊、SIM卡模塊等，負(fù)責(zé)接收各個(gè)傳感器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并分析處理，存儲(chǔ)在內(nèi)部TF卡中。其中在TF卡中的存儲(chǔ)格式為excel表格的形式，每一條數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表格中一條記錄，每個(gè)excel表格都是以開(kāi)機(jī)時(shí)間點(diǎn)來(lái)命名，

表1

此外，顯示器除了用于顯示所述紅外光譜傳感器11、近紅外光譜傳感器12、熱紅外光譜傳感器13、超聲波傳感器14和GPS位置傳感器15采集的數(shù)據(jù)信息之外，還用于顯示處理器處理完后獲取的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括歸一化植被指數(shù)NDVI、葉面積指數(shù)LAI、葉綠素Cab、植被覆蓋度FVC、預(yù)測(cè)產(chǎn)量Yield、推薦氮肥施用量Nc、GPS位置信息(包含緯度N，精度E和海拔高度High，其中經(jīng)緯度為NMEA0183標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù))、冠層溫度信息Temp、株高Dis等。

在本實(shí)施例中，植被覆蓋度FVC的單位為百分比，并記植被全覆蓋時(shí)為1；葉綠素含量Cab單位為ug/cm2；預(yù)測(cè)產(chǎn)量Yield單位為kg/畝；推薦氮肥施用量Nc單位為kg/畝；經(jīng)緯度采用標(biāo)準(zhǔn)NMEA0183協(xié)議數(shù)據(jù)格式，株高單位為cm，溫度單位是攝氏度。

優(yōu)選地，顯示屏顯示信息主要包括兩部分，一部分是裝置的工作狀態(tài)參數(shù)信息，例如包括電池電量、GPRS無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度、工作模式、開(kāi)(關(guān))GPRS、開(kāi)(關(guān))WIFI信號(hào)等、采集數(shù)據(jù)序列號(hào)；另一部分是裝置獲取的指標(biāo)參數(shù)信息。

在一種可選實(shí)施方式中，參見(jiàn)圖2，所述裝置還包括：與所述監(jiān)測(cè)箱體1底部連接的操作桿2以及與操作桿2連接的操作手柄3。手握操作手柄3使得監(jiān)測(cè)箱體1的頂部對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)植被，進(jìn)而可以獲取目標(biāo)植被的生理生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這種方式屬于手持式移動(dòng)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示且同步記錄在內(nèi)置TF卡中。在另一種可選實(shí)施方式中，還可以通過(guò)支架實(shí)現(xiàn)固定位置監(jiān)測(cè)。

在一種可選實(shí)施方式中，所述裝置還包括與所述監(jiān)測(cè)箱體1底部連接的連接桿以及與用于固定所述連接桿的支架，這樣利用支架將監(jiān)測(cè)箱體1固定在同一個(gè)地方長(zhǎng)期觀測(cè)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程發(fā)送到服務(wù)器端。

本實(shí)用新型充分利用了植被生長(zhǎng)過(guò)程中最能反應(yīng)植被健康長(zhǎng)勢(shì)好壞的生理生態(tài)指標(biāo)來(lái)作為研究對(duì)象，并使用三種不同波長(zhǎng)的光譜傳感器來(lái)探測(cè)植被光譜信息，其中，630nm和800nm的光譜傳感器的使用能很好的測(cè)定植被的生理信息，2500nm的熱紅外光譜傳感器對(duì)于測(cè)定植被生態(tài)信息，GPS位置傳感器和超聲波測(cè)距傳感器的進(jìn)一步結(jié)合使得對(duì)植被測(cè)量和計(jì)算的指標(biāo)更加豐富，更能準(zhǔn)確反映出植被生理生態(tài)信息，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供可靠的信息服務(wù)。采用便攜式設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式，使得操作更加簡(jiǎn)便，同時(shí)通過(guò)觀察實(shí)時(shí)的測(cè)量結(jié)果，可以進(jìn)行快速數(shù)據(jù)篩選，同時(shí)集成GPRS模塊，使得固定式觀測(cè)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸成為一種新的使用模式。

本實(shí)用新型提供的集成紅、近紅、熱紅外波段光譜傳感器、GPS位置傳感器、超聲波傳感器的便攜式植被生理生態(tài)監(jiān)測(cè)裝置能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)歸一化植被指數(shù)NDVI、葉面積指數(shù)LAI、葉綠素Cab、植被覆蓋度FVC、預(yù)測(cè)產(chǎn)量Yield、推薦氮肥施用量Nc、GPS位置信息、冠層溫度信息Temp、株高Dis等多種信息，采用小型化和輕型化的設(shè)計(jì)使得測(cè)量過(guò)程更加方便，同時(shí)，對(duì)于獲取的數(shù)據(jù)采用實(shí)時(shí)在線處理并得到分析結(jié)果的方式，為更好的滿(mǎn)足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化過(guò)程中對(duì)多種植被生理生態(tài)指數(shù)信息快速獲取的需求提供有效的監(jiān)測(cè)手段，為更好的科學(xué)生產(chǎn)提供便利。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。

還需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。