自动农业气象观测与便携式无线农业气象远程监测系统功能分析.doc

自动农业气象观测与便携式无线农业气象远程监测系统功能分析 根据现代农业气象业务需求，提出了可视化、实时性、远程控制的自动农业气象观测系统技术思路、设计原则，并设计了系统的硬件和软件架构及自动化观测的实现方法，研发了便携式无线农业气象远程监测系统。该系统由浙江托普仪器涉及，具有作物生长、农田气象要素观测及环境监控功能．可实现作物发育期、株高、盖度等的自动观测，还可实现农田主要农业气象灾害实时监测。该文利用三维空间模拟技术初步确定了CCD(charge-coupled device)传感器的技术指标；提出利用图像判别技术，结合作物生长特征及农业气象指标，实现作物发育期自动判别；利用摄影测量学技术，采用动态跟踪法实现作物株高自动化观测；提出了作物盖度的计算方法和通过研究作物盖度与密度、叶面积指数的关系，解决作物种植密度和叶面积指数自动观测的技术思路。该系统模仿人工观测原理，将图像处理和摄影测量学等技术引入农业气象自动观测中，基本上可以满足农业气象观测的主要任务的实时性、可视化和自动化需求。 关键词：农业气象；自动观测；便携式无线农业气象远程监测系统 引 言 我国是农业大国，气象部门历来重视农业气象工作。围绕气象为农服务需求，我国已逐步建立起国家一省一地(市)一县四级农业气象业务体系，并在长期的农业防灾减灾、农事生产管理等服务中发挥着重要作用。随着农业科学技术的飞速发展，我国农业已进入了一个以高产、优质、高效、生态、安全为发展方向的新阶段，农业对气象服务提出了更高的要求，迫切需要农业气象为现代农业的发展提供时效更快、内容更多、水平更高、针对性更强的服务产品。因此，获取高精度、高密度、多要素、连续稳定的农业气象观测信息势在必行。然而，当前的农业气象观测技术、手段、时效、内容以及观测站点密度等远不能满足现代农业气象业务和服务发展的需求，主要表现在以下几个方面：农业气象观测站点代表性不足，由于远距离大田观测存在交通条件等困难，农业气象观测站点基本在城市附近，观测地段的选择受到很大的空间限制，直接影响着农业气象观测样区的代表性；农业气象观测自动化程度低，目前农业气象观测仍以人工和手工方式为主，如人工取土测墒，劳动强度大，费时费力，基层台站工作困难；农业气象观测精度有限，可比性不强，由于观测人员的专业素质、熟练程度、观测习惯和责任心等不同，造成观测精度差别较大，如作物发育期、密度、苗情长势等观测在取样、判断、量化等环节不可避免地受到观测人员主观因素的影响；观测时效性不能满足业务需求，现有土壤水分每旬只有1---2次观测，发育期观测由于需要人工观测，不能实时连续动态进行，有时还错过观测的最佳时间，病虫害及各类气象灾害的田间实况资料不能实时获得等；农田小气候观测未能真正用于业务服务和科研中，农田小气候资料与气象站的观测资料有一定的差异，可反映农田内的真实气象环境及灾害发生情况，由于各种原因，多年来未制定统一的观测标准，也未投入到农业气象业务服务中。因此，当前以目测或简单器测、手工记录和报表寄送、纸质存档等为主的农业气象观测业务与现代气象业务体系建设要求相差甚远，亟需提高其自动化观测能力。 与国外相比，我国的农业气象观测业务具有一定特色，如观测业务较为规范，观测站网布局较为合理，观测内容和观测项目较为丰富，在国家粮食安全保障中发挥着重要作用。但我国农业气象观测手段和观测方法发展缓慢，技术较为落后；荷兰、以色列、美国、德国等国家在农业气象观测领域虽没有十分完整的观测项目和观测布局，但其农田小气候等观测技术和观测设备比我国先进，已基本实现自动化观测。因此开展农业气象自动化观测研究，发展我国的农业气象自动化观测业务十分必要。本文围绕自动化农业气象观测技术方法，重点介绍了自动农业气象观测系统的总体设计原则、技术思路及实现途径。 1总体设计 本系统总体设计遵从以下原则：①突出重点，解决急需。本系统主要围绕农业气象业务需求，重点解决急需和人工观测难度较大的观测项目和观测作物，再逐步解决其他观测…。为此系统主要解决主要粮食作物小麦、玉米、水稻和主要经济作物棉花的发育期、土壤水分、农田小气候、主要农业气象灾害等观测项目。②成熟性原则。即传感器选型尽可能选用成熟、先进的技术。③可靠性原则。优先考虑系统稳定性，确保系统性能可靠。④模块化组态设计原则。在已确定的观测传感器基础上，具有扩充观测传感器的功能。⑤通用性原则。不同型号的传感器或设备需具有可代替性，选择通用接插件，便于系统的快速检查、维护与升级。 根据 以上设计原则，设计的自动农业气象观测系统和便携式无线农业气象远程监测系统主要分为硬件系统和软件系统两部分[2噜。硬件系统主要包括作物生长CCD(charge-coupled de-vice)自动采集传感器、农田小气候观测传感器、土壤水分自动观测