农作物主要生长参数自动观测技术综述

农作物生长参数是描述作物生长和评价环境条件（包括农业气象灾害）对作物生长影响的重要数据,也是预测产量、指导农田管理的重要依据。介绍作物覆盖度、发育期、株高等主要生长参数国内外自动观测技术的研究进展及应用,探讨相关技术的原理、方法、可行性及局限性。分析表明：利用CCD图像传感器实时获取作物图像,采用计算机视觉及图像处理技术能更精准、快速、直观、动态获得作物覆盖度、发育期、形态、叶面颜色等实况特征,还可作为卫星遥感大面积作物长势地面验证及更进一步开展作物病虫害、作物营养供给情况自动监测的基础,具有广阔的推广前景。     

基于虚拟仪器技术的农业气象自动观测系统研究

基于虚拟仪器技术,以可编程数据采集器cFP和LabVIEW语言平台为核心构建的自动数据采集系统,具有较高的模块化和可扩展性,在各类型传感器和无线通信技术的配合下,可实现多类型多频次数据采集、传输、信号分析、处理、显示和存储的全程自动化。系统集成了多角度图像/声音自动采集装置,可实时捕捉环境及观测对象的特征变化。在此基础上,以农田生态系统为主要对象设计的农业气象自动观测系统针对性强、集成性好,既突出农田生态系统的观测特点,又能灵活扩展,不仅为野外生态环境及农业气象的长期观测提供了可行之道,也可作为其它各类生态子系统或不同环境条件下自动观测研究的参考。     

苏联农业气象观测资料处理自动化的发展

目前,苏联开展农业气象服务的水文气象站有3000个,其中进行农业气象观测的有2500个站,进行土壤湿度观测的有2000个站,进行冬作物分蘖节深处土壤温度观测的有1500个站。此外,还有16000个农业气象哨。农业气象观测项目包括:作物发育期、植株密度、株高、杂草度、受害植株(如霜冻、干旱、干热风、冰雹等气象灾害)、倒伏、产量组成要素、放牧条件、     

我国农业气象自动化观测现状与展望

农业气象观测是地面观测的重要业务之一,是我国农业气象业务服务的基础.开展农业气象自动化观测有利于提升气象为农服务科技水平、提高农业气象业务服务的科学性、针对性、及时性,是适应现代气象发展和防灾减灾需求的重要举措.针对我国在土壤水分、农田小气候和农作物生长状况等方面自动化观测的现状、存在问题,展望了未来发展趋势,提出了增加观测内容、完善观测技术和加强移动观测等发展建议,为推进我国农业气象观测自动化、完善综合气象观测体系提供参考.     

基于AM335X的农作物气象自动观测系统设计

为顺应农业气象现代化的发展需求,以及观测方式由人工观测向自动观测的转变,设计了一种基于AM335X的农业气象自动观测系统。系统依托Ubuntu嵌入式开发平台,从硬件和软件两方面设计考虑。硬件部分选取Cortex-A8核心工业控制MCU,应用于对农业观测要素的图像信息处理,利用模块化结构,提升硬件设计的层次化标准。软件部分采用Thread多线程通信机制,搭建C++函数动态链接库,将基于SSH安全协议的ftp上传软件WinSCP,作为测试系统与PC机的交互工具。基于SecureCRT软件仿真环境,对照系统各状态输出格式要求,对观测系统的要素状态文件信息与图像文件信息进行了模拟状态调试输出与上传ftp服务器功能测试。结果表明:系统能自动实现对农作物观测要素状态数据与实时生长图像的观测采集与信息上传,对以后农业气象观测自动化的推广应用提供了一定的技术参考。     

基于ZigBee协议地面气象观测原型站无线传输系统设计

为满足地面气象自动化实时监测需求,适应气象观测向集约化、标准化和智能化的方向发展,中国气象局气象探测中心在北京观象台建设了代表未来地面气象观测自动化发展的业务原型站,设计了基于ZigBee无线传输系统。该系统采用当今成熟稳定的电子测量、数据传输和控制技术,具有高可靠性、高准确性、易维护、易扩展等特点,支持地面气象数据对象字典协议格式,地面自动观测数据实时数据通过ZigBee无线传输模块发送到ZigBee协调器,地面综合观测业务软件(ISOS)通过综合集成硬件控制器完成观测数据采集,从而实现地面自动观测数据的质控和应用。     

棉花覆盖度特征及与其他生长参数关系分析

利用安装在新疆乌兰乌苏农业气象试验站的作物生长自动监测系统2011—2012年拍摄的棉花生育期图像,采用现代图像处理技术进行阈值分割,自动获取棉花作物覆盖度(Ccp)数据,经对自动监测系统获取的Ccp值与棉花人工观测的叶面积指数(LAI)、植株高度之间关系进行分析,建立棉花Ccp与LAI、植株高度之间的关系模型。使用建立的关系模型,由自动监测系统获取的Ccp数据,反演2012年棉花的LAI和植株高度,并与人工观测结果进行对比。结果表明:应用棉花Ccp数据反演的LAI与人工实测结果具有较高的相关性和反演精度,说明通过自动观测棉花Ccp的方式进行LAI反演的方法是可行的;Ccp与株高的关系模型虽相关性高,但反演的株高精度较低,仍需进一步探索。     

全天空蓝天自动观测系统简介及优化

针对气象图像自动识别的业务需求,介绍了BSI201型蓝天自动观测系统的基本原理和实现方法,并以HSV色彩模型为基础,从图像识别角度出发,提出了蓝天观测照片的自动化识别方法,并以形态分析中的开运算去除相片噪点,结果表明:基于图像识别原理的蓝天判断方法准确率较原有方法有所提高,研究涉及的图像判别方法简单直观,具有一定的气象可视化业务应用价值。     

基于涡度相关的春玉米逐日作物系数及蒸散模拟

作物系数是计算作物蒸散量的关键参数。利用2006—2008年和2011年辽宁锦州玉米农田生态系统的涡度相关、气象、作物发育期及叶面积指数观测数据,分析不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数特征及其与叶面积指数的关系。研究表明:作物系数与玉米农田实际蒸散均呈单峰型变化,约在7月末至8月初达到最大值 (玉米开花吐丝期)。在此基础上,建立了不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数与叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平), 同时,采用积温表示的标准化生育期方法模拟相对叶面积指数,并建立了逐日作物系数与相对叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平),解决了无叶面积观测地区玉米逐日实际蒸散量的计算。研究结果可为玉米农田用水管理以及灌溉措施的制定提供参考。     

作物观测经验一得

作物观测是农业气象的重要业务工作。各级业务部门要求观测员努力认真学习《农业气象观测规范》各种业务技术规定,掌握熟记各项业务技术规定,做好作物观测工作,按时完成编发工作,坚决不出或少出错情。但是,《农业气象观测规范》各种业务技术规定,对作物观测的标准、项目、内容、方法的规定千头万绪,繁杂多变。     

中国气象科学研究院农业气象研究50年进展

该文在简要回顾20世纪我国农业气象学科发展历程基础上, 重点阐述了50年来中国气象科学研究院在农业气象各主要研究领域, 包括农业气候资源与区划、农业产量气象预测与卫星遥感估产、农业气象灾害、气候变化影响评估、作物生长模拟与模式以及农业气象情报信息服务等所取得的若干重大进展, 并从当前面临的挑战与机遇出发, 探讨了中国气象科学研究院未来发展中在农业气象研究领域的可能热点趋势。     

公路交通气象自动观测系统设计

公路交通气象自动观测系统(RWIS)的设计以满足高速公路沿线天气预报和实况预警需求为出发点,在技术选取方面既保持与常规气象观测技术指标的一致性,又考虑了公路交通气象野外监测对数据时效性和可靠性的要求。与常规地面气象观测方法相比,该系统设计主要具有适应野外无人探测环境、观测要素按需选取、模块化设计灵活可配、传感器布局有特殊要求以及数据流、状态流和控制流兼容并行等特点。公路交通气象观测系统的硬件结构采用模块化设计集成各类传感器,通信传输采用数据对象字典方式组织气象观测数据和设备状态信息以数据流方式实时上传,观测信息和设备信息通过采集软件和中心站软件进行分析处理。目前该系统已在全国推广应用,数据上传至中国气象局,并形成业务化系统平台,观测产品已通过CMACast系统分发至全国各地共享应用。     

气象无线传感网观测节点的设计与实现

针对传统自动气象站对电力和通讯基础设施依赖性强,应用环境受到限制的问题,设计并实现了一种基于无线传感器网络的气象观测节点。气象观测节点的硬件系统以CC2530芯片为核心,使用锂电池供电,通过模拟和数字接口连接气象传感器,射频部分工作在2.4 GHz。软件系统以TinyOS操作系统为基础,开发了基于LEPS协议的多跳路由协议和气象传感器驱动程序。在野外环境中对气象观测节点的功耗、通信距离、传感器及组网性能进行了测试。测试结果表明,气象观测节点在没有电力和通信基础设施的环境中能够形成一个稳定的多跳自组织数据采集与传输网络,适合在高山、海岛、沙漠等艰苦地区进行部署和应用。     

微气象观测数据采集系统

微气象观测数据采集系统是微气象自动观测网的子系统。该子系统包括塔站、辐射站的数据采集以及塔站向中心站的数据传输。本文介绍了这两部分的硬件组成及软件编制,并从原理上描述了研制温度传感器时采用的“准噪声测量消噪法”这一特殊技术。     

自动气象站传感器综合检测系统

为了解决自动气象站传感器的批量检测、标定问题,进行了传感器综合检测系统的研究和开发。改变了目前国内传感器检测设备比较落后、一般采用手动方式、受人为因素影响较大、不能满足传感器的批量检测的状况。文章介绍了CAWS-JC01传感器综合检测系统的组成、结构和主要技术指标。该系统适于各类气象传感器的批量检测,可作为省、地区气象装备中心仪器检定部门或相关行业仪器检定部门用于自动气象站各类传感器定期检测的专用设备。     

露、霜自动化观测的研究

在地面气象观测业务中通常采用人工观测的方式来判断结露、结霜现象的发生,人工观测主观性强,观测频次少,工作效率低,不能全面、连续反映结露、结霜过程的特征。本文介绍了一种结露、结霜自动化观测装置,装置工作原理是电容传感器在高湿和低湿情况下电容变化较大,通过测量电容变化引起的频率变化,然后由识别软件来判断结露现象的发生,再结合温度信息以及结冰信息就可以判断结霜现象的发生,从而实现了结露、结霜的自动化观测。通过大量的结露、结霜的对比试验表明露、霜自动化观测装置能够比较准确地识别结露、结霜过程的发生,能够推广到台站业务使用。     

结露自动化观测装置及试验研究

文章介绍了一套结露自动化观测装置,由CCD图像传感器、露采集器和处理器构成。露采集器由三层带有磨砂区域的玻璃片组成,CCD图像传感器获取玻璃片的图像传送给处理器,结露时磨砂区域与未磨砂区域亮度差值发生变化,处理器自动提取亮度差值及变化信息,识别结露是否发生,从而实现对结露的自动化观测。为了定量分析自动化结露观测装置的性能,设计了观测试验,利用温湿度计观测露采集器附近的温湿度,分析研究湿度与亮度差值及结露的关系,试验结果表明,相对湿度大于97．9％时开始结露,玻片亮度归一化差值迅速降低。结露的信息获取率百分之百,结露自动识别率大于85％。     

电容式霜露传感器自动化观测对比分析

霜露天气现象是气象观测中的重要观测内容,目前对霜露的观测多采用人工观测的方法,存在诸多弊端。本文在对电容式霜露传感器自动化观测原理进行简单介绍的基础上,重点对2014年9月至2014年12月4个月的设备试验数据进行了分析,把设备识别结果、人工观测结果以及标准器识别结果进行比对,结合设备安装地点周围的实际情况和温湿度信息,深入探讨了设备识别率、漏报率、错报率的变化情况以及导致设备识别率波动的原因。试验结果表明,电容式霜露传感器在一般自然环境中对霜露天气现象具有较好的识别率,在未来研究改进的基础上,具有应用于气象业务自动化观测的可能。     

铂电阻地温传感器检定不确定度评定

为确保铂电阻地温传感器观测数据的准确、可靠并具有可比性,定期开展对地温传感器的检定是非常重要的。通过检定将地温传感器系统误差控制在允许范围内,并对检定结果进行不确定度评定,是考察检定结果可信程度的重要步骤。本文依据《JJG(气象)002-2015自动气象站温度传感器》和《JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示》的要求,设计10次重复性试验,分析检定过程中的不确定度来源,并对不同的不确定度来源进行A类和B类不确定度评定,此评定方法对自动气象站地温检定结果可信度评估具有指导意义。