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EMS-ET野外光譜在線觀測系統

   自從20世紀80年代起光譜分析技術以數據量大、分辨率高、連續性強的優點廣泛應用于資源調查、地質調查、大氣監測、災害環境監測、土壤調查、城市環境調查、水文觀測等領域,取得了較好的應用結果和經濟效益。鑒于光譜技術的*性能,特別是在地表物質的識別與分類、有用信息的提取等方面與其它技術相比有較大優勢,使得這一技術在植被的精細分類、農作物的長勢監測與估產、農作物病蟲害監測、作物品質監測和農田水肥狀況的分析方面展現出巨大的應用前景。

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

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。通過監測、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、冠層結構、光合作用對入射光的利用效率；光譜在線觀測系統不僅能自動、在線觀測葉片、冠層尺度的實時光譜數據，還需要能自動遠程傳輸數據，及時匯集樣點數據，得到景觀或區域尺度的光譜特征，提高反演衛片的時空分辨率。

觀測點布設
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，特殊的設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

光譜在線觀測系統可每秒采集一次光譜數據，也可按用戶的要求設定采樣間隔，如每10分鐘、30分鐘，每小時等。光譜數據自動存儲在數據采集器中。

觀測內容

光譜在線觀測系統測量植被紫外、紫藍、綠、紅橙、可見光、近紅外、紅外、遠紅外光譜數據及透射、總輻射（各類傳感器可根據需要選擇），還可用戶的波段光譜。通過軟件計算常用植被物候發育的相關指數，進而對土地利用和氣候影響評估，植被生產力建模等。

系統組成及技術指標
光譜在線觀測系統由數據采集、光傳感器、數據在線監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、冠層的光譜數據。

技術指標：

1、數據采集器：

標配16，32或64通道（可選）模擬輸入；符合DIN導軌安裝標準；支持SDI-12數字傳感器，多可支持107個數字通道；具備8個計數通道；16-32個RTD通道，精度：0.03%讀數，可存儲220,000（可擴展至450,000）組帶時間戳的數據，采間隔3秒至4小時可調，支持GSM/GPRS/Internet遠程數據傳輸，電壓6.5－15VDC，待機耗電低于1mA，測量耗電30mA，3V鋰電備用電池可使用5年以上，具備過電保護功能

2、光譜范圍：紫外、紫藍、綠、紅橙、可見光、近紅外、紅外、遠紅外，總輻射、紫外指數等多種，可根據研究需求選配。也可根據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%

響應時間：100ns

余弦誤差：<5%

校準：優于5%

5、葉片光譜指數NDVI/PRI校準

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

測量光：內置雙波長光源，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：藍牙1.1，USB

存儲：16M

數據存儲：100,000個

顯示：圖形顯示

鍵盤：密封防水設計2鍵

電源：可充電鋰電池，USB充電，連續工作70小時，低電報警

自動關機：5分鐘無操作

數據處理

通過對系統采集的光譜數據進行分析，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關系，篩選出一些與作物品質顯著相關的光譜參量，建立了相應的光譜診斷模型
3） 在葉面積指數、葉片產量、生化品質指標變化的基礎上，通過大量光譜參量的相關分析，建立作物生長指標和主要化學品質指標的冠層光譜預測模型
4）軟件可計算歸一化植被指數、比值植被指數等，可擴展計算增強植被指數、大氣阻抗植被指數、綠波段總和指數等。，為反演衛片提供基礎數據。
 

應用案例

1 光對植物生長的影響
位于英國Wales州的草地和環境研究所（IGER）在遺傳、育種、生理、農學和植物、微生物生態學方面處于較高水平，為了維護其地位，在研究人工環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系統中的光傳感器。
光傳感器用于控制和監測中等、低溫兩個氣候室內的光強。兩個PAR傳感器并列放置，一個用于控制光強，另一個與數采連接，自動連續測量、記錄實際的光強。
 

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學院、哥倫比亞環境部、熱帶農業研究中心和數個哥倫比亞研究機構的合作項目，該項目采用野外監測系統、GIS 和計算機模型研究熱帶山地霧林（TMCF）生態系統的結構和功能。
該項目采用AZ-R0810中的光傳感器器，按小時采集如下參數：總輻射（入射和反射）、紅外/遠紅外（入射和反射）、入射藍光、入射PAR及溫濕度

3 日光波長監測
韓國國家作物研究所采用兩日光波長監測系統研究不用顏色的遮棚對高麗參生長的影響。
每套系統包括系類傳感器，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，一套系統安裝在紅色遮棚下，另一套安裝在藍色遮棚下，數采自動全天記錄光強、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。

產地：捷克EMS