留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

自动农业气象观测系统功能与设计

张雪芬 薛红喜 孙涵 曹治国 李翠娜 金红伟 余正泓

张雪芬, 薛红喜, 孙涵, 等. 自动农业气象观测系统功能与设计. 应用气象学报, 2012, 23(1): 105-112..
引用本文: 张雪芬, 薛红喜, 孙涵, 等. 自动农业气象观测系统功能与设计. 应用气象学报, 2012, 23(1): 105-112.
Zhang Xuefen, Xue Hongxi, Sun Han, et al. Function and designing of automatic observing system for agro-meteorology. J Appl Meteor Sci, 2012, 23(1): 105-112.
Citation: Zhang Xuefen, Xue Hongxi, Sun Han, et al. Function and designing of automatic observing system for agro-meteorology. J Appl Meteor Sci, 2012, 23(1): 105-112.

自动农业气象观测系统功能与设计

资助项目: 

公益性行业 (气象) 科研专项“农业气象观测自动化系统研发” GYHY200906046

详细信息
    通信作者:

    张雪芬, E-mail: sophyzxf@163.com

Function and Designing of Automatic Observing System for Agro-meteorology

  • 摘要: 根据现代农业气象业务需求,提出了可视化、实时性、远程控制的自动农业气象观测系统技术思路、设计原则,并设计了系统的硬件和软件架构及自动化观测的实现方法。该系统具有作物生长、农田气象要素观测及环境监控功能,可实现作物发育期、株高、盖度等的自动观测,还可实现农田主要农业气象灾害实时监测。该文利用三维空间模拟技术初步确定了CCD (charge-coupled device) 传感器的技术指标;提出利用图像判别技术,结合作物生长特征及农业气象指标,实现作物发育期自动判别;利用摄影测量学技术,采用动态跟踪法实现作物株高自动化观测;提出了作物盖度的计算方法和通过研究作物盖度与密度、叶面积指数的关系,解决作物种植密度和叶面积指数自动观测的技术思路。该系统模仿人工观测原理,将图像处理和摄影测量学等技术引入农业气象自动观测中,基本上可以满足农业气象观测的主要任务的实时性、可视化和自动化需求。
  • 图  1  自动农业气象观测系统总体设计

    Fig. 1  Technology of automatic observing system for agrometeorology

    图  2  作物发育期自动化观测处理技术

    Fig. 2  Measurements of automatic observations for the crop developmental phases

    图  3  作物发育期图像自动识别

    Fig. 3  Technology of automatic distinguishing for the crop developmental phase

    图  4  自动农业气象观测系统结构

    Fig. 4  The structural drawing of automatic agrometeorological observing system

    表  1  CCD传感器不同架设高度及分辨率的可视范围模拟结果 (单位:cm2)

    Table  1  Simulating result of visual area of CCD sensor with different heights and resolutions (unit:cm2)

    CCD高度/m 焦距/mm 作物高度/m
    2.5 1 0.5 0.25 0.1 0.05
    3 16 3392 54272 84535 102141 113590 117312
    19 2332 37488 58786 70956 78848 81380
    21 1880 30369 47561 57597 63987 65988
    24 1470 22908 36157 43510 48441 50184
    4 16 30369 121794 165837 190163 205261 210672
    19 21120 84535 114639 131738 142416 145812
    21 17017 68593 92852 106982 115630 118314
    24 13000 51750 70664 80808 87156 90146
    5 16 84535 216240 273798 304818 325520 331168
    19 58786 150025 189766 212100 224640 229862
    21 47561 121794 153510 171158 182052 186362
    24 36157 92241 116625 129560 137973 140904
    下载: 导出CSV

    表  2  不同拍摄条件下植株成像尺寸

    Table  2  The crop pictures size under different taking photo conditions

    CCD传感器分辨率 成像像素
    3684×2638 80
    1824×1368 25
    912×684 6
    456×342 2
    注:以玉米出苗期为例,CCD传感器安装高度为3 m、焦距为16 mm。
    下载: 导出CSV
  • [1] 中国气象局.农业气象观测规范.北京:气象出版社, 1993.
    [2] 张霭琛.现代气象观测.北京:北京大学出版社, 2000:193-226.
    [3] 胡萌琦, 黎家宜, 唐新, 等.基于虚拟仪器技术的农业气象自动观测系统研究.气象研究与应用, 2010, 32(2):57-59. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXQX201002018.htm
    [4] 刘志平, 孙涵, 胡萌琦.农业气象自动化观测原理样机的研制.安徽农业科学, 2010, 38(17): 9287-9289. doi:  10.3969/j.issn.0517-6611.2010.17.170
    [5] 黎家宜, 胡萌琦, 林宗桂.农业气象自动观测站的建设及管理.气象研究与应用, 2008, 29(4):35-37. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GGYT201419151.htm
    [6] 林墨, 林宗桂, 胡萌琦.一种可变采样率数据采集方法与应用.气象研究与应用, 2008, 29(4):77-79. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXQX200804025.htm
    [7] 赵爱国, 聂彦将, 侯旭宏, 等.适用于寒旱区十要素无人自动气象站的研制.高原气象, 2003, 22(6): 646-649. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX200306020.htm
    [8] 李雁, 梁海河, 孟昭林, 等.自动气象站运行效能统计.应用气象学报, 2009, 20(4):505-509. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=200904017&flag=1
    [9] 张枝军.图像处理技术.北京:北京大学出版社, 2006.
    [10] Gray W J, Richard J. LabVIEW图形编程. 武嘉澍, 陆劲昆, 译. 北京: 北京大学出版社, 2002: 3-6.
    [11] 中国气象局.生态气象观测规范.北京:气象出版社, 2005.
    [12] 钟阳和, 石生锦, 黄彬香.农业小气候.北京:气象出版社, 2009.
    [13] 袁光明, 吴宁强, 郭新, 等.农业气象观测数据自动化处理系统.陕西气象, 2002(4):20-22. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXQI200204007.htm
    [14] 中国气象局.地面气象观测规范.北京:气象出版社, 2008.
    [15] 王小雷, 任学军, 胡敬芳, 等.附加电阻高频电容法土壤水分传感器的研究.河南农业大学学报, 2008, 42(6):689-692. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10466-2009255534.htm
    [16] 冶林茂, 吴志刚, 牛素军, 等.GStar-Ⅰ型电容式土壤水分监测仪设计与应用.气象与环境科学, 2008, 31(3):82-85. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HNQX200803018.htm
    [17] 王晓云, 郭文利, 奚文.利用"3S"技术进行北京地区土壤水分监测应用技术研究.应用气象学报, 2002, 13(4):422-429. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20020457&flag=1
    [18] 陈金华, 杨再强, 杨太明, 等.安徽省土壤水分监测预测系统.应用气象学报, 2011, 22(2):249-256. doi:  10.11898/1001-7313.20110214
    [19] 刘旭林, 赵文芳, 刘国宏.基于WebGIS的气象信息显示和查询系统.应用气象学报, 2008, 19(1):116-122. doi:  10.11898/1001-7313.20080119
  • 加载中
图(4) / 表(2)
计量
  • 摘要浏览量:  4467
  • HTML全文浏览量:  985
  • PDF下载量:  2774
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-06-22
  • 修回日期:  2011-10-12
  • 刊出日期:  2012-02-29

目录

    /

    返回文章
    返回