CN216132492U - 植被根系状态监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种植被根系状态监测装置及系统，用于对渗漏防护桶内的植被根系状态进行连续观测，该装置包括：数据采集器，以及分别与所述数据采集器连接的土壤蒸渗量监测单元、植被根系生长监测单元、土壤参数监测单元；所述渗漏防护桶为透明材质；所述土壤蒸渗量监测单元包括设置在渗漏防护桶底部的土壤蒸渗仪；所述植被根系生长监测单元包括横向安装在所述渗漏防护桶周围的一个或多个第一网络摄像机；所述土壤参数监测单元用于实时监测土壤自身状态，获取土壤参数。利用本实用新型，可以对植被根系状态实现自动全面监测，提高监测效率、提高监测数据的质量及客观性。

Description

植被根系状态监测装置及系统

技术领域

本实用新型涉及植被研究自动监测领域，具体涉及一种植被根系状态监测装置及系统。

背景技术

在生态监测业务中，大部分监测业务仍以人工观测方法为主，观测效率低且观测数据主观因素大。近些年来也出现了一些关于生态监测自动化方面的研究，有的进行单一气象要素的观测，多种类型要素观测需要建立多个单一独立的小系统。例如，土壤的水分存储量监测使用蒸渗仪系统，土壤水分监测使用土壤水分站(土壤三参数传感器)系统，气象观测使用六要素传感器系统，植被长势需要利用摄像机对植被长势、高度和盖度进行观测研究，植被根系状态使用根系生长监测系统，各个系统研究面和方法单一，观测要素单一，不能满足需要多方位一体化同时连续监测的需要。同时，对于不同观测要素需要分别建立多个功能单一、独立的观测系统，不同要素难以集成在一个台站系统，数据也不方便统一管理分析。以目前观测方式为主的现状已经不能满足相关科学研究和重大决策服务等方面对生态气象数据的需求，进行生态气象自动化监测研究是我国经济社会可持续发展和气象事业在新世纪、新形势下对生态气象观测提出的新要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种植被根系状态监测装置及系统，以解决现有技术中土壤蒸渗、土壤根系生长等监测需要使用多个不同设备并单独进行监测的弊端，实现对各项参数统一监测，提高观测效率，并且提高生态观测数据质量及客观性，减轻观测人员劳动强度。

为此，本实用新型提供如下技术方案：

一种植被根系状态监测装置，用于对渗漏防护桶内的植被根系状态进行连续观测，所述装置包括：数据采集器，以及分别与所述数据采集器连接的土壤蒸渗量监测单元、植被根系生长监测单元、土壤参数监测单元；所述渗漏防护桶为透明材质；

所述土壤蒸渗量监测单元包括：设置在渗漏防护桶底部的土壤蒸渗仪，用于实时获取渗漏防护桶内土壤的重量，并将重量信息传送给所述数据采集器；

所述植被根系生长监测单元包括：横向安装在所述渗漏防护桶周围的一个或多个第一网络摄像机，所述第一网络摄像机用于按照设定时间间隔获取所述渗漏防护桶内植被根系状态的图像，并将所述图像传送给所述数据采集器；

所述土壤参数监测单元用于实时监测土壤自身状态，获取土壤参数，并将所述土壤参数传送给所述数据采集器。

可选地，所述装置还包括：至少两个第二网络摄像机，分别横向和纵向安装于所述渗漏防护桶内植被的四周和上方，用于持续获取植被生长长势高度的图像、以及植被覆盖度的图像，并将所述图像传送给所述数据采集器。

可选地，所述渗漏防护桶为正方体结构，所述第一网络摄像机有四个，分别横向安装于所述渗漏防护桶四周并对应植被根部的位置。

可选地，所述第一网络摄像机和所述第二网络摄像机安装在固定在所述渗漏防护桶旁边的门子架上。

可选地，所述土壤参数监测单元包括以下任意一种或多种安放在土壤中的传感器：温度传感器、湿度传感器、盐度传感器、介电常数传感器、有机质含量传感器、PH传感器、养分含量传感器。

可选地，所述装置还包括：

气象监测单元，用于实时监测所述植被周围的环境，并将监测结果传送给所述数据采集器。

可选地，所述气象监测单元包括以下任意一种或多种设置在所述植被周围的监测器：温度监测器、湿度监测器、降水量监测器、风速风向监测器、光合有效辐射监测器、地表植被生态指数监测器。

可选地，所述装置还包括：

电源模块，用于对所述装置中各用电单元提供电源。

可选地，所述电源模块为可交流充电的蓄电池、或者为可太阳能充电的蓄电池。

一种植被根系状态监测系统，所述系统包括上面所述的植被根系状态监测装置、以及与所述植被根系状态监测装置通过无线通信网络连接的远程数据处理设备；

所述数据采集器将接收到的各数据上传至所述远程数据处理设备；

所述远程数据处理设备对所述数据进行存储及分析计算，并显示分析计算结果。

本实用新型提供的植被根系状态监测装置及系统，将对植被生长产生影响的各项参数的监测集中于一体，利用设置在渗漏防护桶底部的土壤蒸渗仪实时获取土箱内土壤的重量参数，进而可以使数据采集器或远程数据处理设备确定土柱中的土壤水分存储变化量；同时，利用横向安装在所述渗漏防护桶周围的一个或多个第一网络摄像机，按照设定时间间隔获取渗漏防护桶内植被根系状态的图像，进而可以根据所述图像对植被长势、高度和盖度进行观测研究；同时还实时监测土壤自身状态，得到土壤参数。利用本实用新型，可连续自动监测植被根系的生长状态及相关参数，从而可以根据监测数据综合分析土壤水碳循环特点，不仅提高了监测效率、监测数据的质量及客观性，而且大大减轻了观测人员的劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型植被根系状态监测装置的一种结构框图；

图2是本实用新型植被根系状态监测装置的另一种结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例作进一步的详细说明。

针对现有技术中针对植被根系状态监测需要使用不同设备并各自单独进行监测所带来的问题，本实用新型提供一种植被根系状态监测装置及系统，实现对植被根系状态及相关参数的连续自动监测，提高监测效率、以及监测数据的质量和客观性。

如图1所示，是本实用新型植被根系状态监测装置的一种结构框图。

本实用新型植被根系状态监测装置用于对渗漏防护桶10内的植被根系状态进行连续观测。该装置包括：数据采集器60，以及分别与所述数据采集器60连接的土壤蒸渗量监测单元20、植被根系生长监测单元、土壤参数监测单元40。其中：

所述土壤蒸渗量监测单元20包括设置在渗漏防护桶10底部的土壤蒸渗仪，用于实时获取渗漏防护桶内土壤的重量，并将重量信息传送给所述数据采集器60。

蒸渗仪的原理是通过高精度称重传感器和专用测量设备来称量土柱的微量变化，得到土柱中的土壤水分存储变化量，从而得到整体的水分平衡因子，以便计算土柱水分存储变化蒸渗量。

需要说明的是，本实用新型中的蒸渗仪可以采用现有的一些常规蒸渗仪，为了进一步提高测量精度，还可以采用高精度土壤蒸渗仪，比如高精度杠杆式称重蒸渗仪等，对此不做具体限定。

图1示出了一种三连杆的高精度土壤蒸渗仪，下面结合图1对所述高精度杠杆式称重蒸渗仪进行简要说明。

图1所示，所述高精度杠杆式称重蒸渗仪包括：支承座203、设置在支承座203上的第一杠杆204、与所述第一杠杆204第一端垂直相接的第二杠杆202、通过连杆208与所述第一杠杆204第二端相接的第三杠杆207；所述渗漏防护桶10底部设置有刀头201，所述刀头201与所述第二杠杆202相抵接；所述第一杠杆204第二端设置有第一配重块205；所述第三杠杆207一端配有第二配重块206。所示蒸渗仪将重量信号转换为电信号输出至所述数据采集器。

所述植被根系生长监测单元包括横向安装在所述渗漏防护桶周围的一个或多个第一网络摄像机31，所述第一网络摄像机31用于按照设定时间间隔获取所述渗漏防护桶19内植被根系状态的图像，并将所述图像传送给所述数据采集器；

所述土壤参数监测单元40用于实时监测土壤自身状态，获取土壤参数，并将所述土壤参数传送给所述数据采集器。

需要说明的是，在实际应用中，所述渗漏防护桶10可以采用透明材质，比如透明玻璃材质等，以保证所述第一网络摄像机拍摄的图像的清晰度。另外，所述渗漏防护桶10可以设计为长方体或正方体结构，便于后续对监测数据的统计计算，降低数据计算的复杂度。

相应地，所述第一网络摄像机可以设置四个，分别横向安装于所述渗漏防护桶10四周并对应植被根部的位置。比如，可以在所述渗漏防护桶10旁边固定门子架，将所述第一网络摄像机31安装在门子架上。

所述土壤参数监测单元40可以包括但不限于以下任意一种或多种安放在土壤中的传感器：温度传感器、湿度传感器、盐度传感器、介电常数传感器、有机质含量传感器、PH传感器、养分含量传感器。通过这些传感器，可以对土壤的温度、水分、盐度、介电常数、有机质含量、PH、养分含量等参数变化趋势连续监测，进而可以根据监测数据对植被生长过程所需水肥环境精准控制，保证植被的长势良好。

需要说明的是，本实用新型装置中的各用电单元可以由一个电源模块统一供电，也可以由多个电源模块独立供电，对此不做限定。另外，所述电源模块可以采用可交流充电的蓄电池、或者采用可太阳能充电的蓄电池。

为了对渗漏防护桶10内的植被进行更全面的监测，如图2所示，在本实用新型植被根系状态监测装置的另一实施例中，还可进一步包括：至少两个第二网络摄像机51，分别横向和纵向安装于所述渗漏防护桶10内植被的四周和上方，用于持续获取植被生长长势高度的图像、以及植被覆盖度的图像，并将所述图像传送给所述数据采集器。图2中仅示出了安装于植被上方的第二网络摄像机51。

所述第二网络摄像机同样可以安装在设置于所述渗漏防护桶10旁边的门子架11上。

通常，植被的长势不仅受到土壤环境因素的影响，还会受到其所在地理位置的气象环境因素的影响，因此在本实用新型另一实施例中，所述装置还可进一步包括：气象监测单元，用于实时监测所述植被周围的环境，并将监测结果传送给所述数据采集器。

在实际应用中，所述气象监测单元可以包括但不限于以下任意一种或多种设置在所述植被周围的监测器：温度监测器、湿度监测器、降水量监测器、风速风向监测器、光合有效辐射监测器、地表植被生态指数监测器。利用这些监测器，可以对植被周围的生长环境(大气和地表土壤状态)进行监测，包括气温、湿度、降水、风速风向、光合有效辐射及地表植被生态指数(NDVI、植被长势、生物量)等环境因子，从而可以为植被生长状态的评价提供更多参考数据。

需要说明的是，上述各监测器可以布设在渗漏防护桶10的周围，比如可以将上述各监测器安装在所述门子架11上。当然也可以将其安装在其他支架上，对此不做限定。

需要说明的是，上述各监测单元可同时自动对渗漏防护桶10内的植被及土壤进行不同参数的监测，获取监测数据，并将监测数据传送给所述数据采集器。需要说明的是，所述数据采集器设置在监测现场，比如，将所述数据采集器放置在相应的机箱内，将机箱放置在渗漏防护桶10旁边的地面上，或者在渗漏防护桶10旁边的地面上安放相应的支架，将所述机箱放在所述支架上，对此本实用新型不做限定。另外，上述各监测单元与所述数据采集器通过线缆连接，通过所述线缆将监测到的数据传送给数据采集器。相应地，所述数据采集器具有存储模块，可以将监测数据保存到所述存储模块。需要说明的是，对于各项监测数据，可以实时进行保存，也可以间隔一定时间保存一次，比如每天保存一次采样数据。

本实用新型提供的植被根系状态监测装置，将对植被生长产生影响的各项参数的监测集中于一体，利用设置在渗漏防护桶底部的土壤蒸渗仪实时获取土箱内土壤的重量参数，进而可以使数据采集器或远程数据处理设备确定土柱中的土壤水分存储变化量；同时，利用安装在所述渗漏防护桶周围及上方的网络摄像机，按照设定时间间隔获取渗漏防护桶内植被根系状态的图像，进而可以根据所述图像，利用图像自动识别技术，对根系长度、根尖数量、直径分布格局、死亡根以及存活根数量等，长势及生态信息进行识别，实现自动研究根系生长、寿命、分布或用于实验的观察工具。其最大优点是在不干扰细根生长过程的前提下，能原位连续监测根系及根围，了解其发展、生产和根系结构，进而可以进行生态系统地下碳分配和氮平衡等研究，根据拍摄的植被长势图像，可以对植被长势、高度和盖度进行观测研究；同时还实时监测土壤自身状态，比如对渗漏防护桶中土壤的水分、电导率、温度等参数变化趋势连续监测。根据用户需求监测土壤水分状况，从而研究根系所在区域内溶质运移及水分胁迫所引起的生理变化，进而可以依照相关数据对植被生长过程所需水肥环境精准控制，保证植物的长势良好。

利用本实用新型，可连续自动监测植被根系的生长状态及相关参数，不仅提高了监测效率、监测数据的质量及客观性，而且大大减轻了观测人员的劳动强度。

该装置采用一体化结构设计，体积小，安装方便，另外，在实际使用时，可以根据需要自由选配土壤温湿盐度传感器、气象六要素传感器、植被长势监测设备等。

进一步地，本实用新型还提供一种植被根系状态监测系统，该系统包括上述植被根系状态监测装置、以及与所述植被根系状态监测装置通过无线通信网络连接的远程数据处理设备。其中，所述数据采集器将接收到的各数据上传至所述远程数据处理设备；所述远程数据处理设备对所述数据进行存储及分析计算，并显示分析计算结果。

需要说明的是，在实际应用中，所述植被根系状态监测装置中的数据采集器可以将接收到的各项监测数据实时或定时上传给所述远程数据处理设备，比如每天上传一次。相应地，所述远程数据处理设备可以对接收的数据进行存储，在需要这些数据时，调取数据并进行数据分析。进一步地，所述远程数据处理设备还可以将相应数据及分析结果实时显示在监控界面。

本实用新型提供的植被根系状态监测装置及系统，结构简单，功能强大，监测的要素指标全面，数据采集量大，解决了传统人工进行土壤蒸渗、根系状态以及其他要素生态观测单一分析的诸多弊端，通过自动化的实时监测，对提高植被观测资料的客观性和数据质量、减轻观测人员劳动气强度、提高观测效率等具有重要的意义，对于农业、林业、生态学、环境科学、地球表层系统科学等领域的观测业务均可应用，填补了土壤及植被多要素监测自动化测量的空白。

本实用新型提供的植被根系状态监测装置及系统，可作为野外研究土壤蒸发、水分平衡的重要工具，可用于测定土壤蒸渗量、研究作物耗水规律、测定土壤水向下的渗漏量。

需要说明的是，在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本实用新型进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及装置；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种植被根系状态监测装置，用于对渗漏防护桶内的植被根系状态进行连续观测，其特征在于，所述装置包括：数据采集器，以及分别与所述数据采集器连接的土壤蒸渗量监测单元、植被根系生长监测单元、土壤参数监测单元；所述渗漏防护桶为透明材质；

所述土壤蒸渗量监测单元包括：设置在渗漏防护桶底部的土壤蒸渗仪，用于实时获取渗漏防护桶内土壤的重量，并将重量信息传送给所述数据采集器；

所述植被根系生长监测单元包括：横向安装在所述渗漏防护桶周围的一个或多个第一网络摄像机，所述第一网络摄像机用于按照设定时间间隔获取所述渗漏防护桶内植被根系状态的图像，并将所述图像传送给所述数据采集器；

所述土壤参数监测单元用于实时监测土壤自身状态，获取土壤参数，并将所述土壤参数传送给所述数据采集器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：至少两个第二网络摄像机，分别横向和纵向安装于所述渗漏防护桶内植被的四周和上方，用于持续获取植被生长长势高度的图像、以及植被覆盖度的图像，并将所述图像传送给所述数据采集器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述渗漏防护桶为正方体结构，所述第一网络摄像机有四个，分别横向安装于所述渗漏防护桶四周并对应植被根部的位置。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一网络摄像机和所述第二网络摄像机安装在固定在所述渗漏防护桶旁边的门子架上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述土壤参数监测单元包括以下任意一种或多种安放在土壤中的传感器：温度传感器、湿度传感器、盐度传感器、介电常数传感器、有机质含量传感器、PH传感器、养分含量传感器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

气象监测单元，用于实时监测所述植被周围的环境，并将监测结果传送给所述数据采集器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气象监测单元包括以下任意一种或多种设置在所述植被周围的监测器：温度监测器、湿度监测器、降水量监测器、风速风向监测器、光合有效辐射监测器、地表植被生态指数监测器。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

电源模块，用于对所述装置中各用电单元提供电源。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电源模块为可交流充电的蓄电池、或者为可太阳能充电的蓄电池。

10.一种植被根系状态监测系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1至9任一项所述的植被根系状态监测装置、以及与所述植被根系状态监测装置通过无线通信网络连接的远程数据处理设备；

所述数据采集器将接收到的各数据上传至所述远程数据处理设备；

所述远程数据处理设备对所述数据进行存储及分析计算，并显示分析计算结果。

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