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EMS-ET野外光譜在線觀測系統(tǒng)

   自從20世紀(jì)80年代起光譜分析技術(shù)以數(shù)據(jù)量大、分辨率高、連續(xù)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、大氣監(jiān)測、災(zāi)害環(huán)境監(jiān)測、土壤調(diào)查、城市環(huán)境調(diào)查、水文觀測等領(lǐng)域,取得了較好的應(yīng)用結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益。鑒于光譜技術(shù)的*性能,特別是在地表物質(zhì)的識別與分類、有用信息的提取等方面與其它技術(shù)相比有較大優(yōu)勢,使得這一技術(shù)在植被的精細(xì)分類、農(nóng)作物的長勢監(jiān)測與估產(chǎn)、農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測、作物品質(zhì)監(jiān)測和農(nóng)田水肥狀況的分析方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

  目前在研究水稻、玉米、小麥、棉花、煙草等作物或林業(yè)的光譜特征時多采用便攜式、瞬時測量技術(shù)上，越來越多的研究需要大田實時、在線的光譜數(shù)據(jù)，減少人為操作限制帶來的數(shù)據(jù)偏差。

作物對太陽輻射的吸收和反射與作物的色素、水分、碳、氮相關(guān)。通過監(jiān)測、分析葉片和冠層的光譜特征，度量作物的生物量和生長狀況、冠層結(jié)構(gòu)、光合作用對入射光的利用效率；光譜在線觀測系統(tǒng)不僅能自動、在線觀測葉片、冠層尺度的實時光譜數(shù)據(jù)，還需要能自動遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，及時匯集樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，得到景觀或區(qū)域尺度的光譜特征，提高反演衛(wèi)片的時空分辨率。

觀測點(diǎn)布設(shè)
在不同類型煙草、不同烤煙品種、不同氮、磷、鉀施用量處理的冠層上布設(shè)傳感器測量葉片和冠層的反射。傳感器的測量面積與傳感器安裝位置與冠層的距離有關(guān)，特殊的設(shè)計使得傳感器的散射角滿足研究的要求，通常1.8米高度=0.5平米 面積。測量透射光時，傳感器可放置在上部、中部、下部葉片附近.

采樣頻率

光譜在線觀測系統(tǒng)可每秒采集一次光譜數(shù)據(jù)，也可按用戶的要求設(shè)定采樣間隔，如每10分鐘、30分鐘，每小時等。光譜數(shù)據(jù)自動存儲在數(shù)據(jù)采集器中。

觀測內(nèi)容

光譜在線觀測系統(tǒng)測量植被紫外、紫藍(lán)、綠、紅橙、可見光、近紅外、紅外、遠(yuǎn)紅外光譜數(shù)據(jù)及透射、總輻射（各類傳感器可根據(jù)需要選擇），還可用戶的波段光譜。通過軟件計算常用植被物候發(fā)育的相關(guān)指數(shù)，進(jìn)而對土地利用和氣候影響評估，植被生產(chǎn)力建模等。

系統(tǒng)組成及技術(shù)指標(biāo)
光譜在線觀測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、光傳感器、數(shù)據(jù)在線監(jiān)測與處理軟件分析軟件組成。全天候野外自動測量和記錄葉片、冠層的光譜數(shù)據(jù)。

技術(shù)指標(biāo)：

1、數(shù)據(jù)采集器：

標(biāo)配16，32或64通道（可選）模擬輸入；符合DIN導(dǎo)軌安裝標(biāo)準(zhǔn)；支持SDI-12數(shù)字傳感器，多可支持107個數(shù)字通道；具備8個計數(shù)通道；16-32個RTD通道，精度：0.03%讀數(shù)，可存儲220,000（可擴(kuò)展至450,000）組帶時間戳的數(shù)據(jù)，采間隔3秒至4小時可調(diào)，支持GSM/GPRS/Internet遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，電壓6.5－15VDC，待機(jī)耗電低于1mA，測量耗電30mA，3V鋰電備用電池可使用5年以上，具備過電保護(hù)功能

2、光譜范圍：紫外、紫藍(lán)、綠、紅橙、可見光、近紅外、紅外、遠(yuǎn)紅外，總輻射、紫外指數(shù)等多種，可根據(jù)研究需求選配。也可根據(jù)研究需求定制不同波段及帶寬的傳感器。

3、雙通道、單通道光譜傳感器：

定制范圍：400-1050nm

線性誤差：＜0.2%

響應(yīng)時間：100ns

余弦誤差：<5%

校準(zhǔn)：優(yōu)于5%

5、葉片光譜指數(shù)NDVI/PRI校準(zhǔn)

測量參數(shù)：PlantPen PRI 210：光化學(xué)反射系數(shù)PRI = (R531 - R570)/(R531 + R570)；PlantPen NDVI 310：歸一化植被指數(shù)NDVI = (RNIR – RRED) / (RNIR + RRED)

測量光：內(nèi)置雙波長光源，PlantPen PRI 210：531nm和570nm；PlantPen NDVI 310：635nm和760nm

檢測波長：PlantPen PRI 210：500 – 600 nm；PlantPen NDVI 310：620-750 nm

通訊：藍(lán)牙1.1，USB

存儲：16M

數(shù)據(jù)存儲：100,000個

顯示：圖形顯示

鍵盤：密封防水設(shè)計2鍵

電源：可充電鋰電池，USB充電，連續(xù)工作70小時，低電報警

自動關(guān)機(jī)：5分鐘無操作

數(shù)據(jù)處理

通過對系統(tǒng)采集的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得到如下信息：
1） 植被的光譜特性及其影響因素
2） 通過分析光譜與作物葉片生化組分的相關(guān)關(guān)系，篩選出一些與作物品質(zhì)顯著相關(guān)的光譜參量，建立了相應(yīng)的光譜診斷模型
3） 在葉面積指數(shù)、葉片產(chǎn)量、生化品質(zhì)指標(biāo)變化的基礎(chǔ)上，通過大量光譜參量的相關(guān)分析，建立作物生長指標(biāo)和主要化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)的冠層光譜預(yù)測模型
4）軟件可計算歸一化植被指數(shù)、比值植被指數(shù)等，可擴(kuò)展計算增強(qiáng)植被指數(shù)、大氣阻抗植被指數(shù)、綠波段總和指數(shù)等。，為反演衛(wèi)片提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
 

應(yīng)用案例

1 光對植物生長的影響
位于英國Wales州的草地和環(huán)境研究所（IGER）在遺傳、育種、生理、農(nóng)學(xué)和植物、微生物生態(tài)學(xué)方面處于較高水平，為了維護(hù)其地位，在研究人工環(huán)境下的植物長勢項目中，采用了自動控制的人工氣候室及AZ-R0810系統(tǒng)中的光傳感器。
光傳感器用于控制和監(jiān)測中等、低溫兩個氣候室內(nèi)的光強(qiáng)。兩個PAR傳感器并列放置，一個用于控制光強(qiáng)，另一個與數(shù)采連接，自動連續(xù)測量、記錄實際的光強(qiáng)。
 

2 野外植被生長
HERB 項目（Hydrology Ecology and Regional Biodiversity of Colombian Montane Forests）是英國倫敦royal學(xué)院、哥倫比亞環(huán)境部、熱帶農(nóng)業(yè)研究中心和數(shù)個哥倫比亞研究機(jī)構(gòu)的合作項目，該項目采用野外監(jiān)測系統(tǒng)、GIS 和計算機(jī)模型研究熱帶山地霧林（TMCF）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。
該項目采用AZ-R0810中的光傳感器器，按小時采集如下參數(shù)：總輻射（入射和反射）、紅外/遠(yuǎn)紅外（入射和反射）、入射藍(lán)光、入射PAR及溫濕度

3 日光波長監(jiān)測
韓國國家作物研究所采用兩日光波長監(jiān)測系統(tǒng)研究不用顏色的遮棚對高麗參生長的影響。
每套系統(tǒng)包括系類傳感器，覆蓋UV、可見光、近紅外波段。所有的光傳感器安裝在高麗參的高度，一套系統(tǒng)安裝在紅色遮棚下，另一套安裝在藍(lán)色遮棚下，數(shù)采自動全天記錄光強(qiáng)、同時記錄空氣溫濕度和土壤溫度。
光傳感器的波段：一個4通道光傳感器的波段：400-480nm, 480-560nm,560-650nm,645-760nm，另一個4通道光傳感器的波段：760-850nm,850-950nm,950-1050nm, 400-1050nm, UVA,UVB, PAR, 總輻射。

產(chǎn)地：捷克EMS