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EMS-ET野外光譜在線觀測(cè)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(cè)、災(zāi)害環(huán)境監(jiān)測(cè)、土壤調(diào)查,、城市環(huán)境調(diào)查,、水文觀測(cè)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(shí)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(shì),使得這一技術(shù)在植被的精細(xì)分類,、農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)、農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè),、作物品質(zhì)監(jiān)測(cè)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(shí)多采用便攜式,、瞬時(shí)測(cè)量技術(shù)上,，越來(lái)越多的研究需要大田實(shí)時(shí)、在線的光譜數(shù)據(jù),，減少人為操作限制帶來(lái)的數(shù)據(jù)偏差,。

作物對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和反射與作物的色素、水分,、碳,、氮相關(guān)。通過(guò)監(jiān)測(cè),、分析葉片和冠層的光譜特征,，度量作物的生物量和生長(zhǎng)狀況、冠層結(jié)構(gòu),、光合作用對(duì)入射光的利用效率,；光譜在線觀測(cè)系統(tǒng)不僅能自動(dòng)、在線觀測(cè)葉片,、冠層尺度的實(shí)時(shí)光譜數(shù)據(jù),，還需要能自動(dòng)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，及時(shí)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(shí)空分辨率。

觀測(cè)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(cè)量葉片和冠層的反射,。傳感器的測(cè)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(jì)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(cè)量透射光時(shí),，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(cè)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(shí)等。光譜數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)采集器中,。

觀測(cè)內(nèi)容

光譜在線觀測(cè)系統(tǒng)測(cè)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(guò)軟件計(jì)算常用植被物候發(fā)育的相關(guān)指數(shù)，進(jìn)而對(duì)土地利用和氣候影響評(píng)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(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、光傳感器,、數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)與處理軟件分析軟件組成,。全天候野外自動(dòng)測(cè)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(gè)數(shù)字通道,；具備8個(gè)計(jì)數(shù)通道,；16-32個(gè)RTD通道，精度：0.03%讀數(shù),，可存儲(chǔ)220,000（可擴(kuò)展至450,000）組帶時(shí)間戳的數(shù)據(jù)，采間隔3秒至4小時(shí)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(cè)量耗電30mA,，3V鋰電備用電池可使用5年以上,，具備過(guò)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(shí)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(cè)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(cè)量光：內(nèi)置雙波長(zhǎng)光源,，PlantPen PRI 210：531nm和570nm；PlantPen NDVI 310：635nm和760nm

檢測(cè)波長(zhǎng)：PlantPen PRI 210：500 – 600 nm,；PlantPen NDVI 310：620-750 nm

通訊：藍(lán)牙1.1,，USB

存儲(chǔ)：16M

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：100,000個(gè)

顯示：圖形顯示

鍵盤：密封防水設(shè)計(jì)2鍵

電源：可充電鋰電池，USB充電,，連續(xù)工作70小時(shí),，低電報(bào)警

自動(dòng)關(guān)機(jī)：5分鐘無(wú)操作

數(shù)據(jù)處理

通過(guò)對(duì)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(guò)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(guò)大量光譜參量的相關(guān)分析，建立作物生長(zhǎng)指標(biāo)和主要化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)的冠層光譜預(yù)測(cè)模型
4）軟件可計(jì)算歸一化植被指數(shù),、比值植被指數(shù)等,，可擴(kuò)展計(jì)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(duì)植物生長(zhǎng)的影響
位于英國(guó)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(zhǎng)勢(shì)項(xiàng)目中,，采用了自動(dòng)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(cè)中等、低溫兩個(gè)氣候室內(nèi)的光強(qiáng),。兩個(gè)PAR傳感器并列放置,，一個(gè)用于控制光強(qiáng)，另一個(gè)與數(shù)采連接,，自動(dòng)連續(xù)測(cè)量,、記錄實(shí)際的光強(qiáng)。
 

2 野外植被生長(zhǎng)
HERB 項(xiàng)目（Hydrology Ecology and Regional Biodiversity of Colombian Montane Forests）是英國(guó)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(gè)哥倫比亞研究機(jī)構(gòu)的合作項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用野外監(jiān)測(cè)系統(tǒng),、GIS 和計(jì)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(xiàng)目采用AZ-R0810中的光傳感器器，按小時(shí)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(zhǎng)監(jiān)測(cè)
韓國(guó)國(guó)家作物研究所采用兩日光波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究不用顏色的遮棚對(duì)高麗參生長(zhǎng)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(dòng)全天記錄光強(qiáng)、同時(shí)記錄空氣溫濕度和土壤溫度,。
光傳感器的波段：一個(gè)4通道光傳感器的波段：400-480nm, 480-560nm,560-650nm,645-760nm,，另一個(gè)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