农业农田气象观测方法的研究与应用

2020-03-11 10:50:20 admin
  中国是一个农业大国，气候生态类型复杂多样。生态农业气象研究不仅是实施农业生产的必要环节，也是探索生态变化的有效途径。它具有重要的理论意义和应用价值，生态农业气象研究及其应用的前提是观测资料的积累和分析。它不仅包括光照、辐射、温度、降水、土壤温度和土壤湿度等气象资料，还包括作物高度、密度、叶面积指数、发育时间等指标，以及指示植物的萌发，如F等自然物候信息。降雨量、候鸟迁徙、雷鸣蛙类等，目前大部分信息可通过仪器进行测量，其中大部分依靠人工采样、目视估计等传统方法。不仅劳动强度、观测精度低，而且人为因素造成的主观误差大，为了满足现代农业生产和农田生态环境监测准确、多样、高时空密度的要求，迫切需要新的观测技术和观测方法，观测系统的研究和开发是整个研究的基础。在国内外自动观测设备和技术的基础上，本研究设计了一个流行的生态系统。逻辑农业气象自动观测系统，完成了原理样机和试验场地的研制，重点介绍了基于系统的电缆自动采样和数据处理方法、数据分析方法和应用领域。提出适合野外无人值守条件的综合观测方法，突出农业气象特征，主要研究内容和成果如下：1。设计和开发了一个较为流行的生态农业气象自动观测系统，该系统考虑了农田生态系统观测中的多元素和零散采样点的特点。该系统采用分布式结构、功能模块化设计和虚拟仪器技术。该系统不仅性能稳定，兼容性好，而且具有很强的灵活性和可扩展性，观测站的主要控制部分是基于可编程数据采集器CFP和数字I/O模块的自动数据采集器。随着各种传感器和无线网络通信技术的结合，可以实现多种类型和多频数据的自动数据采集、处理、存储和传输。对数据进行分析、显示和存储，该系统与全方位数字图像/音频自动采集装置首次集成。它可以捕捉对象和周围环境的变化，在一个时间或实时。通过目视图像数据，将农作物和农田的后退信息纳入定性和定量观测的范畴，此外，无人值守自动站的太阳能/风电场和视频防盗监控设备解决了能源供应和SA问题。系统的安全性问题，使农业气象、作物及周围环境的远程自动观测成为可能。2。在广西、山东、青海、河南、江西等地，建立了通用的生态农业气象观测点，并对新系统的实用性和可靠性进行了测试，广西站是历时四年的第一阶段试验点，主要用于t检验。系统在不同天气条件下的连续工作能力，在剩余的四个站每次进行两个月的第二阶段试验，旨在分析观测数据的稳定性和准确性，试验证明自动观测系统。干线在野外无人值守条件下不间断工作，受地理和气象条件影响较小，对观测要素的设置有较强的针对性。数据稳定可靠，平均完成率为99.07%，该系统的建设和运行成本大大低于常规人工观测站的成本。3。研究了基于新系统的作物生长自动观测方法和生育期信息的识别方法，根据实际观测技术原理，在整个生育期内观测到了水稻和玉米，并对作物冠层图像进行了观测。从不同角度出发，以人工观测结果为参照，针对水稻、玉米两个品种生育期的典型颜色、形态变化和特征器官，提出适合于自动观测的生长期指标。利用彩色图像处理和形态识别技术，对作物各生育期特征的数字图像进行了研究，判别方法不仅能有效地监测作物的生长，而且能使生态农业气象。长期以来，依靠人工抽样的老方法进行观测，使观测更方便、更客观，为作物生长的自动观测提供了适宜的指标。4。通过分析不同目标的光谱特征，利用MATLAB软件自动对农田图像进行分类，设计了一种作物可视性覆盖算法。覆盖率的估计结果和人工视觉统计的结果为0.992（P0.00 01），基于数字照片的光谱特征的目标覆盖率为98.3%，可见覆盖率与实测叶面积指数显著相关。描述了水稻生长过程中绿叶的变化，在此基础上，结合航空遥感图像，对广西试验点及其周边地区混合地表覆盖变化监测进行了探讨，并提出了利用该方法进行自动监测的方法。观测系统获取下垫面信息，对卫星遥感混合像元进行解译和校正。5。以生态农业气象观测方法为例，利用自动观测系统获得的青海试验站7～10个月的气象、土壤和两种主要牧草的覆盖数据，分析了环境变化对其影响。利用覆盖植被指数公式计算了该时期试验区牧草植被指数，并与卫星实测NDV I值进行比较，结果表明：（1）不同牧草种类对生长和环境的响应；自动观测可以反映农田生态环境的变化，不仅能很好地反映植被与环境因子之间的关系，而且能更准确地划分研究区。根据自然条件、下垫面条件或植被种类，充分考虑植被转化的驱动力因子（2）热和水分条件是影响该区牧草生长的最重要因素。植被根密层的平均温度、最低温度和土壤温度是影响牧草生长周期的关键因素，牧草生长与水汽压和土壤含水量的变化关系更为密切。平均温度大于10，根土温度大于15。（3）由于传感器、观测条件和后处理方法的影响，不同系列卫星NDV I值将偏离。自动观测系统得到的植被覆盖信息可作为卫星数据校正的参考。
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