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農業氣象觀測方法的研究與應用

文章出處:未知 作者:admin 人氣: 時間:2018-07-17 15:18 【
         中國是一個農業大國,氣候生態類型復雜多樣。生態農業氣象研究不僅是實施農業生產的必要環節,也是探索生態變化的有效途徑。它具有重要的理論意義和應用價值,生態農業氣象研究及其應用的前提是觀測資料的積累和分析。它不僅包括光照、輻射、溫度、降水、土壤溫度和土壤濕度等氣象資料,還包括作物高度、密度、葉面積指數、發育時間等指標,以及指示植物的萌發,如F等自然物候信息。降雨量、候鳥遷徙、雷鳴蛙類等,目前大部分信息可通過儀器進行測量,其中大部分依靠人工采樣、目視估計等傳統方法。不僅勞動強度、觀測精度低,而且人為因素造成的主觀誤差大,為了滿足現代農業生產和農田生態環境監測準確、多樣、高時空密度的要求,迫切需要新的觀測技術和觀測方法,觀測系統的研究和開發是整個研究的基礎。在國內外自動觀測設備和技術的基礎上,本研究設計了一個流行的生態系統。邏輯農業氣象自動觀測系統,完成了原理樣機和試驗場地的研制,重點介紹了基于系統的電纜自動采樣和數據處理方法、數據分析方法和應用領域。提出適合野外無人值守條件的綜合觀測方法,突出農業氣象特征,主要研究內容和成果如下:1。設計和開發了一個較為流行的生態農業氣象自動觀測系統,該系統考慮了農田生態系統觀測中的多元素和零散采樣點的特點。該系統采用分布式結構、功能模塊化設計和虛擬儀器技術。該系統不僅性能穩定,兼容性好,而且具有很強的靈活性和可擴展性,觀測站的主要控制部分是基于可編程數據采集器CFP和數字I/O模塊的自動數據采集器。隨著各種傳感器和無線網絡通信技術的結合,可以實現多種類型和多頻數據的自動數據采集、處理、存儲和傳輸。對數據進行分析、顯示和存儲,該系統與全方位數字圖像/音頻自動采集裝置首次集成。它可以捕捉對象和周圍環境的變化,在一個時間或實時。通過目視圖像數據,將農作物和農田的后退信息納入定性和定量觀測的范疇,此外,無人值守自動站的太陽能/風電場和視頻防盜監控設備解決了能源供應和SA問題。系統的安全性問題,使農業氣象、作物及周圍環境的遠程自動觀測成為可能。2。在廣西、山東、青海、河南、江西等地,建立了通用的生態農業氣象觀測點,并對新系統的實用性和可靠性進行了測試,廣西站是歷時四年的第一階段試驗點,主要用于t檢驗。系統在不同天氣條件下的連續工作能力,在剩余的四個站每次進行兩個月的第二階段試驗,旨在分析觀測數據的穩定性和準確性,試驗證明自動觀測系統。干線在野外無人值守條件下不間斷工作,受地理和氣象條件影響較小,對觀測要素的設置有較強的針對性。數據穩定可靠,平均完成率為99.07%,該系統的建設和運行成本大大低于常規人工觀測站的成本。3。研究了基于新系統的作物生長自動觀測方法和生育期信息的識別方法,根據實際觀測技術原理,在整個生育期內觀測到了水稻和玉米,并對作物冠層圖像進行了觀測。從不同角度出發,以人工觀測結果為參照,針對水稻、玉米兩個品種生育期的典型顏色、形態變化和特征器官,提出適合于自動觀測的生長期指標。利用彩色圖像處理和形態識別技術,對作物各生育期特征的數字圖像進行了研究,判別方法不僅能有效地監測作物的生長,而且能使生態農業氣象。長期以來,依靠人工抽樣的老方法進行觀測,使觀測更方便、更客觀,為作物生長的自動觀測提供了適宜的指標。4。通過分析不同目標的光譜特征,利用MATLAB軟件自動對農田圖像進行分類,設計了一種作物可視性覆蓋算法。覆蓋率的估計結果和人工視覺統計的結果為0.992(P0.00 01),基于數字照片的光譜特征的目標覆蓋率為98.3%,可見覆蓋率與實測葉面積指數顯著相關。描述了水稻生長過程中綠葉的變化,在此基礎上,結合航空遙感圖像,對廣西試驗點及其周邊地區混合地表覆蓋變化監測進行了探討,并提出了利用該方法進行自動監測的方法。觀測系統獲取下墊面信息,對衛星遙感混合像元進行解譯和校正。5。以生態農業氣象觀測方法為例,利用自動觀測系統獲得的青海試驗站7~10個月的氣象、土壤和兩種主要牧草的覆蓋數據,分析了環境變化對其影響。利用覆蓋植被指數公式計算了該時期試驗區牧草植被指數,并與衛星實測NDV I值進行比較,結果表明:(1)不同牧草種類對生長和環境的響應;自動觀測可以反映農田生態環境的變化,不僅能很好地反映植被與環境因子之間的關系,而且能更準確地劃分研究區。根據自然條件、下墊面條件或植被種類,充分考慮植被轉化的驅動力因子(2)熱和水分條件是影響該區牧草生長的最重要因素。植被根密層的平均溫度、最低溫度和土壤溫度是影響牧草生長周期的關鍵因素,牧草生長與水汽壓和土壤含水量的變化關系更為密切。平均溫度大于10,根土溫度大于15。(3)由于傳感器、觀測條件和后處理方法的影響,不同系列衛星NDV I值將偏離。自動觀測系統得到的植被覆蓋信息可作為衛星數據校正的參考。
 

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