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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
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    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。
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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

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