[發明專利]一種基于車載系統的作物生長監測裝置與方法

有效

• 申請號: 201310215439.1
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103278197A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 朱艷;董繼飛;曹衛星;倪軍;田永超;姚霞;丁永前
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;蔣真

技術領域

本發明一種基于車載系統的作物生長監測裝置及方法涉及精準農業領域，具體涉及作物生長監測、診斷，尤其是基于車載系統的作物生長信息大區域、連續、快速、實時監測與診斷。

背景技術

作物生產精確管理對于發展優質、高產、高效、生態、安全的農業生產尤為重要。作物生產精確管理的實施過程包括作物生長信息的獲取、信息的管理與決策和田間變量作業。其中，作物生長信息實時獲取是作物生產精確管理的首要條件。

在傳統作物生產管理過程中，對作物生長狀況往往缺乏準確量化認識；或雖對作物生長指標進行定量分析，但需破壞性取樣與化學分析，時效性差，常導致生產中普遍過量施肥（特別是氮肥）或肥料施用不足（如部分微量元素），易造成生產成本上升、環境污染和土地可持續生產能力下降。

近年來，基于地物光譜特性的多光譜及高光譜遙感技術獲得了迅猛發展，使得實時、快速、精確、無損獲取植物生長狀況及植株生化組分成為可能，從而為作物生長的無損監測與診斷提供了新的途徑和方法。基于光譜的作物生長監測儀設備得到了蓬勃的發展，主要有基于航天的衛星遙感監測系統、基于航空的飛機高光譜監測系統、基于便攜式的監測系統。

衛星遙感監測系統，用于大面積監測，但是由于光譜數據傳輸路徑的復雜，所得數據的可靠性不高，數據對農學指標的反演具有很大的偏差，不能直接指導生產

基于飛機的高光譜監測系統，可以實現地物光譜的實時監測，但是成本高，精度差，不適應于大面積推廣。

便攜式監測系統，具有精度高等優點，但是模塊集成化低，數據離散大，獲得的數據為一個個孤立的點，數據的分析處理周期長。不便于對農業生產提出及時有效的指導。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提出了一種基于車載系統的作物生長監測裝置及方法。該裝置能夠實現農田作物信息及采樣點地理信息的連續、快速、實時、高密度地獲取，耦合光譜數據-作物生長模型，對作物氮含量、氮積累量、葉面積指數和生物量等生長指標實時診斷，對采樣分析獲得的作物生長指標進行空間分析，獲取作物生長指標空間分布趨勢圖，耦合作物生長診斷與調控模型，實現作物氮肥精確管理決策。

本發明的技術方案是：

一種基于車載系統的作物生長監測裝置，其特征在于：包括多光譜作物生長傳感器及光譜數據采集器、GPS基準站、GPS接收機、車載系統速度傳感器、加速度傳感器、重力傳感器、電子羅盤、車載系統狀態采集器、屏蔽電纜線、車載終端和傳感器支架、電源電路，其中：

所述多光譜作物生長傳感器固定在傳感器支架上，多光譜作物生長傳感器通過屏蔽電纜線與光譜數據采集器連接；光譜數據采集器通過CAN總線與車載終端連接；

所述GPS基準站固定在目標田塊附近；GPS接收機固定在駕駛室內部，GPS接收機的天線安裝在駕駛室頂部，GPS接收機通過串口與車載終端連接；

所述車載系統速度傳感器、加速度傳感器、重力傳感器和電子羅盤鑲嵌在車載系統狀態采集器內部，車載系統狀態采集器固定在駕駛室內，通過CAN總線與車載終端連接，實時發送車載系統狀態數據；

所述電源電路與車載電瓶相連并為整個系統供電。

所述多光譜作物傳感器包括上行光傳感器、下行光傳感器、三芯屏蔽線、固定支架，上行光傳感器連接于固定支架上表面；下行光傳感器連接于固定支架下表面。

所述多光譜傳感器檢測波段為715nm至735nm、820nm至840nm。

本發明還提供一種基于車載系統的作物生長監測裝置的田間作物生長信息快速無損檢測方法，采用如下步驟：

步驟1），將上行光傳感器連接于固定支架上表面；下行光傳感器連接于固定支架下表面；固定支架通過緊固螺絲固定在傳感器支架上；安裝另一組傳感器于中軸線的另一邊，設置下行光作物生長傳感器與水平位置成90°，距離作物冠層高度0.7m～1.2m。

步驟2），系統初始化，首先系統上電，打開作物生長信息采集系統，打開串口等到GPS接收機初始化完成，當機車運行至目標田塊邊緣時，啟動機車，存儲矢量數據設置該機車啟動點為基準點，隨后使得機車按單一時向（順/逆時針）繞目標田塊運行一周，當行駛至基準點附近時停止存儲矢量數據，生成監測小區，系統將自動生成監測小區；

步驟3），數據采集，機車進入監測小區，在打開步驟2）生成的監測小區區域內，系統將進入采集點狀態，并實時更新顯示采集點的位置，在監測小區區域內，機車在小區內沿間隔4m～6m的S型路線進行采集，監測小區區域運行結束時；