一种基于多光谱相机的森林物候自动监测一体化装置的制作方法

1.本实用新型属于植物物候观测领域，特别涉及一种基于多光谱相机的森林物候自动监测一体化装置。


背景技术：

2.物候观测是动植物的生长、发育现象出现节律的长期观测。传统的物候观测以人工野外定点定株观测为主，单株尺度的观测，容易受到外界环境和人为因素的影响。通常对于不同的生长季节，森林的物候观测需要调整观测频次。且一些树种在关键物候期中变化较快，需要增加小时尺度、日尺度的观测。如果进行长期野外观测，消耗的成本非常大。于是近景摄影测量、遥感科学与技术被广泛用于大尺度范围内植物物候变化情况的观测中。目前，数码相机等近地面遥感平台能够很好的填补航空遥感、卫星遥感和人工实地观测的观测空白。使用高光谱照相机，需要人工定期拍摄标定板来确认不同光照下的色温，主观性较大，不同业务人员易造成观测数据误差，且数据量庞杂，加大了影像后处理的工作量及误差。
3.森林植物物候依赖于环境温度、土壤湿度、降雨等气候条件，同时也取决于植物种类等多种因素。对森林进行实时、高频的物候观测，可以为森林经营管理提供有效的参考信息。使用多光谱相机可以同时获得可见光图像和红外波段或紫外波段的图像，解决物体表面特征在可见光下不能显示的限制。多光谱相机一般用于单点拍摄，可在野外进行长时间独立工作，大大提高了科研工作的效率。但物候现象受各种复杂条件影响，需要其他环境测量设备同步观测，深入研究其变化机制。因此，发明一种能够实现对森林物候观测系统的集成的设备是非常必要的。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提供一种基于多光谱相机的森林物候自动监测一体化装置，便于对植物生长的环境因素进行长期监控。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于多光谱相机的森林物候自动监测一体化装置，包括：
6.支架；
7.数据采集模块，装设于所述支架上，用于固定时间间隔频次自动采集数据，采集的数据包括图像数据和环境温湿度数据；
8.电源模块，装设于所述支架上，用于向所述数据采集模块进行供电；
9.数据处理模块，用于对所述数据采集模块采集的数据进行处理分析；
10.数据传输模块，用于将所述数据采集模块采集的数据发送至所述数据处理模块。
11.可选地，所述数据采集模块包括多光谱相机和温湿度传感器。
12.可选地，所述支架的外表面设有环形卡槽，所述多光谱相机上固定连接有卡设于所述环形卡槽内的固定钢环。
13.可选地，所述支架上固定连接有遮阳板，所述温湿度传感器固定安装于所述遮阳板下表面。
14.可选地，所述支架为立柱，所述立柱上固设有向上方倾斜设置的温湿度仪支撑架，所述遮阳板固定安装于所述温湿度仪支撑架和所述立柱之间，所述温湿度仪支撑架上设有支撑架卡槽，所述遮阳板与所述温湿度仪支撑架连接的一端卡设于所述支撑架卡槽内。
15.可选地，所述电源模块为太阳能电池板，所述太阳能电池板和所述数据采集模块之间通过电源线连接。
16.可选地，所述太阳能电池板上固定连接有活动设置的转向件，所述转向件远离所述太阳能电池板的一端固定连接有固定盘，所述支架上固定连接有电源支撑架，所述电源支撑架与所述支架构成r型结构的支架，所述电源支撑架远离所述支架的一端设有定位孔，所述固定盘安装于所述定位孔内。
17.可选地，所述数据采集模块和所述电源模块均匀稳定分布于所述支架上。
18.可选地，所述支架上铰接有多个支撑腿。
19.可选地，所述数据采集模块每隔一段预定时间采集连拍的多张图像数据。
20.本实用新型由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：
21.(1)通过支架支撑起整个森林物候观测系统，使数据采集模块能够有效抵抗林间山风，对多个植物树种的生长状况及环境进行长期、定位、自动、连续、高频观测，节省了大量人力、物力在野外的观测成本。
22.(2)通过数据采集模块、电源模块、数据处理模块、数据传输模块、支架等结构的一体化集成，保证了物候信息传输的现势性、可靠性、稳定性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1示出了根据本实用新型实施例的整体结构示意图；
25.图2示出了根据本实用新型实施例中电源模块的连接结构示意图；
26.图3示出了根据本实用新型实施例的系统框图；
27.图中：1
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支架；2
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支撑腿；3
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电源支撑架；4
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定位孔；5
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固定盘；6
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转向件；7
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太阳能电池板；8
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电源线；9
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环型卡槽；10
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固定钢环；11
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多光谱相机；12
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温湿度仪支撑架；13
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温湿度传感器；14
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支撑架卡槽；15
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遮阳板；16
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遮阳板卡槽。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.如图1
‑
3所示，本实用新型实施例的基于多光谱相机的森林物候自动监测一体化装置，包括支架1、数据采集模块、电源模块、数据处理模块和数据传输模块。其中，数据采集模块装设于所述支架1上，用于固定时间间隔频次自动采集数据，采集的数据包括图像数据和环境温湿度数据；电源模块装设于所述支架1上，用于向所述数据采集模块进行供电；数据处理模块用于对所述数据采集模块采集的数据进行处理分析；数据传输模块用于将所述数据采集模块采集的数据发送至所述数据处理模块。
30.在本实施例中，所述数据采集模块包括多光谱相机11和温湿度传感器13，多光谱相机11采集植物叶片图像数据，温湿度传感器13采集环境温度数据和湿度数据。其中，所述数据采集模块每隔一段预定时间采集连拍的多张图像数据，较佳的，数据采集模块用于每一小时采集三连拍的植物叶片图像数据，从连拍的三张植物叶片图像数据中选择未受风力干扰的最清晰的林冠影像进行处理分析。数据采集模块每30分钟采集一组环境温湿度数据，准确掌握一天中环境的温湿度变化。
31.如图3所示的系统框图，电源模块中的太阳能电池板7为多光谱相机11供电，其中，数据处理模块可为计算机，远程接收数据采集模块采集的数据。数据传输模块基于物联网将植物叶片图像数据和环境温湿度经由无线通讯网络或usb接口传输至计算机。运用计算机上装设的图像处理软件对影像和温湿度数据进行预处理，其中图像处理软件可为matlab软件，获取叶面积指数数据集和温湿度数据集，计算分析植物生长过程及与环境变化之间的关系。
32.在本实施例中，支架1为立柱式，立柱式的支架1上铰接有多个支撑腿2，具体为3个，且均匀等角度分布，通过支撑腿2将设备稳固安装在地面或树干上。
33.进一步的，立柱式支架1的外表面设有环形卡槽9，所述多光谱相机11上固定连接有卡设于所述环形卡槽9内的固定钢环10，通过设置的环形卡槽9增加安装的牢固性。
34.立柱式支架1上固定连接有遮阳板15，所述温湿度传感器13固定安装于所述遮阳板15下表面，其中，遮阳板15的下表面设有遮阳板卡槽16，温湿度传感器13卡设于所述遮阳板卡槽16内。且遮阳板15为木制材料，表面涂有不透水漆，防止温湿度传感器13被阳光照射或雨水淋湿而造成读数不准确。
35.所述立柱式支架1上还固设有向上方倾斜设置的温湿度仪支撑架12，所述遮阳板15固定安装于所述温湿度仪支撑架12和所述立柱之间，所述温湿度仪支撑架12上设有支撑架卡槽14，所述遮阳板15与所述温湿度仪支撑架12连接的一端卡设于所述支撑架卡槽14内。
36.所述电源模块为太阳能电池板7，在本实施例中为单晶太阳能板，相比较多晶太阳能板，其充电转化效率高且不易损坏。所述太阳能电池板7和所述数据采集模块之间通过电源线8连接，通过太阳能电池板7将太阳能转化为电能直接提供给数据采集模块，实现仪器观测过程的连续性。
37.结合图1和图2所示，所述太阳能电池板7上固定连接有活动设置的转向件6，所述转向件6远离所述太阳能电池板7的一端固定连接有固定盘5，其中转向件6可为铰接球或转动轴等结构。所述立柱式支架1上固定连接有向上倾斜的电源支撑架3，所述电源支撑架与所述支架构成r型结构的支架，所述电源支撑架3远离所述支架1的一端设有定位孔4，所述固定盘5安装于所述定位孔4内，通过转向件6可以自定义调整太阳能电池板7的面板朝向，
以保证接收到充足的太阳光。
38.所述数据采集模块和所述电源模块均匀稳定分布于所述支架1上，在本实施例中，太阳能电池板7、温湿度传感器13、多光谱相机11分别安置于支架1的三个方向，以利于形成三角结构的稳定支撑。
39.基于上述方案，对植物生长的环境因素进行长期监控，基于可见光、红外光谱成像，基于物联网，实现对多站点植物生长节律信息的快速、准确、实时地采集、传输、存储与处理，以解决现有技术中大量人力物力消耗的问题，提供精准的森林物候信息，提升森林生态系统长期观测数据的现势性。
40.在使用时，将固定盘5安装于电源支撑架3的定位孔4上，调整太阳能电池板7于向阳面，将多光谱相机11用固定钢环10卡在支架1主干的环形卡槽9上，将遮阳板15卡在温湿度仪支撑架12的支撑架卡槽14里，将温湿度传感器13顶部卡在遮阳板15下表面的遮阳板卡槽16里，再将支架1用支撑腿2安装于较高的树杈上，减少人为干扰。接通多光谱相机11与太阳能电池板7的电源线8，依次打开太阳能电池板7、多光谱相机11、温湿度传感器13，设备即开始工作。设置多光谱相机11每一小时三连拍，影像基于物联网实时传输至计算机，选择未受风力干扰的最清晰的影像进行室内解译。
41.需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
42.以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。