專利名稱：一種便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是地學(xué)領(lǐng)域里生態(tài)水文學(xué)研究中的一種便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱為Eco-monitors)，它被用于在野外開(kāi)展人工模擬降雨、坡面產(chǎn)流和土壤水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及樣品采集、植被覆蓋信息提取和植被生理過(guò)程監(jiān)測(cè)，服務(wù)于降雨-徑流、土壤水運(yùn)動(dòng)、土壤侵蝕、營(yíng)養(yǎng)遷移、植被生理變化等生態(tài)水文過(guò)程的系列研究，屬于自然地理系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生態(tài)水文學(xué)是研究生態(tài)格局和生態(tài)過(guò)程變化水文學(xué)機(jī)制的科學(xué)。生態(tài)水文過(guò)程是指水文過(guò)程與生物動(dòng)力過(guò)程之間的功能關(guān)系，不同時(shí)空尺度的生態(tài)水文過(guò)程是揭示生態(tài)格局和生態(tài)過(guò)程變化水文機(jī)理的關(guān)鍵；生態(tài)水文過(guò)程分析需要在水循環(huán)過(guò)程背景條件下揭示不同尺度土壤-植被-大氣系統(tǒng)物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程。對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)水文學(xué)主 要關(guān)注徑流、侵蝕等地表過(guò)程的水平通量和蒸發(fā)、入滲等水文過(guò)程的垂直通量及其與生物過(guò)程的相互作用。降水及產(chǎn)匯流過(guò)程是生態(tài)水文過(guò)程的主要驅(qū)動(dòng)力，而植物等地表覆被通過(guò)降雨再分配、蒸散發(fā)及營(yíng)養(yǎng)循環(huán)等參與并對(duì)生態(tài)水文過(guò)程產(chǎn)生重要影響。在不同尺度上的實(shí)驗(yàn)示范和監(jiān)測(cè)是生態(tài)水文過(guò)程研究的重要手段，是研究土壤-植被-大氣系統(tǒng)物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的重要途徑。生態(tài)水文過(guò)程模擬與觀測(cè)主要完成植被信息獲取、植物生理監(jiān)測(cè)、人工模擬降雨、土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)及徑流/ 土壤水樣品采集等方面的工作，相關(guān)系統(tǒng)及裝置的研發(fā)現(xiàn)狀與不足介紹如下。照相法估算植被覆蓋度，以其設(shè)備簡(jiǎn)單、估算精度較高等優(yōu)勢(shì)在科學(xué)研究和生產(chǎn)中得到了廣泛認(rèn)可。植被覆蓋度的估算通常采用簡(jiǎn)單目測(cè)估算法、儀器測(cè)量計(jì)算法和遙感解譯分析法等，其中應(yīng)用于小尺度植被覆蓋測(cè)量的方法主要有目估法和照相法。北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院章文波等對(duì)小區(qū)植被覆蓋度的測(cè)量方法進(jìn)行了總結(jié)，并介紹了如何利用數(shù)碼相機(jī)和數(shù)字圖像處理技術(shù)估算植被覆蓋度，結(jié)果表明與目估法相比該方法更客觀便捷，實(shí)用性強(qiáng)，可靠性高。但該方法對(duì)照片質(zhì)量有較高要求，曝光過(guò)度會(huì)影響計(jì)算精度，并因相機(jī)和植被高度關(guān)系存在幾何校正問(wèn)題，采用數(shù)碼相機(jī)獲取樣方照片必須根據(jù)作業(yè)環(huán)境和照相高度事先調(diào)節(jié)焦距和曝光，且作業(yè)時(shí)工作人員無(wú)法實(shí)時(shí)控制照片質(zhì)量；采用Photoshop軟件等數(shù)字圖像處理技術(shù)需要高度人機(jī)交互，工作量大，批量計(jì)算可行性不強(qiáng)；樣方照片采集和植被覆蓋度計(jì)算程序脫離，給數(shù)據(jù)整理工作帶來(lái)不便。便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)，可用于測(cè)量植物生理過(guò)程及其與水分運(yùn)移的相互作用機(jī)制。包括光合作用、呼吸作用等在內(nèi)的植物生理過(guò)程及土壤呼吸等是生態(tài)水文過(guò)程研究的重要內(nèi)容，利用高精度科學(xué)儀器實(shí)現(xiàn)野外觀測(cè)顯得尤為必要。美國(guó)拉哥公司生產(chǎn)的LI-6400相關(guān)型號(hào)的便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)代表了國(guó)際植物生理過(guò)程監(jiān)測(cè)的先進(jìn)水平，可以實(shí)現(xiàn)包括光合、呼吸(分為植物呼吸和土壤呼吸)、蒸騰、熒光等多項(xiàng)測(cè)量功能，多項(xiàng)功能的完全集成使得LI-6400成為生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域重要的、必不可少的基礎(chǔ)研究設(shè)備。人工模擬降雨方法是利用機(jī)械裝置模擬天然降雨，開(kāi)展相關(guān)科學(xué)研究并迅速獲取科研數(shù)據(jù)的科學(xué)方法，已成為室內(nèi)和野外試驗(yàn)的重要技術(shù)手段。北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院劉寶元等論述了人工模擬降雨機(jī)的基本要求和類型，指出對(duì)于降雨-徑流模擬實(shí)驗(yàn)，人工模擬降雨裝置產(chǎn)生的模擬降雨只要具備與天然降雨相似的降雨均勻性和降雨強(qiáng)度，即能滿足實(shí)驗(yàn)要求，而對(duì)于降雨-土壤侵蝕模擬實(shí)驗(yàn)，人工模擬降雨只要具備與天然降雨相似的降雨均勻性、雨滴中數(shù)直徑、終點(diǎn)速度和雨滴譜特性，即可滿足實(shí)驗(yàn)要求。國(guó)內(nèi)外具有代表性的人工模擬降雨裝置主要有振動(dòng)式模擬降雨裝置，轉(zhuǎn)盤式模擬降雨裝置，槽式人工模擬降雨機(jī)，SR型人工模擬降雨裝置等。但由于受材質(zhì)、動(dòng)力及水源的限制，現(xiàn)有人工模擬降雨裝置搬運(yùn)及運(yùn)作相對(duì)費(fèi)力，資金投入大。無(wú)損傷土壤含水量及其變化監(jiān)測(cè)、坡面徑流/ 土壤水樣品采集裝置的研制推動(dòng)了水分運(yùn)移和營(yíng)養(yǎng)遷移理論研究。土壤水分研究通常采用的實(shí)驗(yàn)方法主要包括稱重法、中子儀法、熱分散傳感法及時(shí)閾反射儀(TDR)法等，其中通過(guò)測(cè)定土壤的介電特性來(lái)測(cè)定土壤體積含水量的TDR、FD、SffR等無(wú)損傷土壤水測(cè)量方法是比較有效的先進(jìn)測(cè)量方法。其對(duì)土壤含水量的無(wú)損測(cè)量及高頻數(shù)據(jù)自動(dòng)采集使得這種方法比較適合于野外模擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展和 土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。土壤水分樣品采集對(duì)技術(shù)要求較高，可通過(guò)土壤采樣再利用提取技術(shù)提取，也可直接通過(guò)安裝瓷質(zhì)多孔的抽氣滲水計(jì)利用氣壓抽取，前者將破壞土體并不利于野外大量樣品的采集，后者比較適用于野外模擬實(shí)驗(yàn)并大量采集土壤水樣品。中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所于靜潔研究員等研制了一套土壤水分抽樣裝置，方便土壤水樣品野外米集。充分考慮上述每種類型裝置的優(yōu)點(diǎn)及局限性，在合理創(chuàng)新的基礎(chǔ)上將其對(duì)接，充分突出便攜性和合理性，方便生態(tài)水文過(guò)程野外模擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展和大批量實(shí)驗(yàn)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取，是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本發(fā)明根據(jù)生態(tài)水文過(guò)程研究野外實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)需求，開(kāi)展了便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Ecomonitors)的研制與集成,在實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)裝置充分體現(xiàn)了便攜性特征，為降雨-徑流、土壤侵蝕、營(yíng)養(yǎng)運(yùn)移、土壤水運(yùn)動(dòng)及植物生理等生態(tài)水文關(guān)鍵過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是充分參考相關(guān)領(lǐng)域已有實(shí)驗(yàn)裝置與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)和局限性，合理創(chuàng)新，科學(xué)架構(gòu)，提供一種便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它是一套集成植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取、便攜式光合作用測(cè)量、便攜式人工模擬降雨、土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)及徑流/ 土壤水采樣等關(guān)鍵功能模塊裝置與軟件處理系統(tǒng)的系列生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)裝置與系統(tǒng)，充分體現(xiàn)裝置的便攜性，裝置與系統(tǒng)的充分耦合，適用于野外大量模擬實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展，方便批量獲取像元尺度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)降雨-徑流、土壤水運(yùn)動(dòng)、土壤侵蝕、營(yíng)養(yǎng)遷移、植物生理作用等關(guān)鍵生態(tài)水文過(guò)程研究起到技術(shù)支撐作用。本發(fā)明Eco-monitors集成了五部分主體功能模塊(圖1):(1)植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取裝置與系統(tǒng)(VC-DAD和VC-DAS)，實(shí)現(xiàn)樣方照片采集和植被覆蓋度信息實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、批量獲取；(2)便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)(LI-6400)，實(shí)現(xiàn)植物光合、呼吸(分為植物呼吸和土壤呼吸)、蒸騰、熒光等多項(xiàng)植物生理測(cè)量功能；(3)便攜式人工模擬降雨裝置(CSRS)，實(shí)現(xiàn)一平方米樣方上的可變雨強(qiáng)模擬降雨；(4) 土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(HOBO)，實(shí)現(xiàn)土壤體積含水量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；(5)徑流/ 土壤水采樣裝置，實(shí)現(xiàn)坡面徑流和土壤水樣品采集。這五部分主體功能模塊之間的關(guān)系是各組成部分既是相互獨(dú)立的功能模塊，又是相互聯(lián)系的有機(jī)整體既能獨(dú)立完成樣方植被覆蓋度信息提取、植物生理過(guò)程監(jiān)測(cè)、人工模擬降雨、土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)及徑流和土壤水采樣等功能，分別開(kāi)展相關(guān)科學(xué)問(wèn)題的野外模擬與監(jiān)測(cè)研究；又能相互耦合為生態(tài)水文諸過(guò)程研究提供集成技術(shù)條件，如人工模擬降雨、土壤水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和水樣采集的耦合實(shí)現(xiàn)，為降雨發(fā)生及入滲、產(chǎn)流等水文過(guò)程及水土流失、營(yíng)養(yǎng)遷移等相關(guān)過(guò)程的連續(xù)觀測(cè)和研究成為可能，同時(shí)，地表蓋度信息快速獲取和植被生理過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)，為研究植被和水分再分配過(guò)程如截留、入滲、蒸發(fā)等和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程的相互關(guān)系提供了必要條件。本發(fā)明Eco-monitors集成的五部分主體功能模塊基于生態(tài)水文科學(xué)發(fā)展對(duì)生態(tài)水文過(guò)程實(shí)驗(yàn)研究和野外監(jiān)測(cè)的科學(xué)需求，能夠滿足生態(tài)水文過(guò)程研究對(duì)便攜式實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)裝置、系統(tǒng)的基本要求。
該Eco-monitors涵蓋了生態(tài)監(jiān)測(cè)、水文過(guò)程和營(yíng)養(yǎng)遷移等過(guò)程的實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容，各功能模塊既包括已有相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品，也包括自主研發(fā)成果，其中VC-DAD和VC-DAS軟硬件都屬于自主研發(fā)，便攜式人工模擬降雨裝置采用了人工壓力泵方案(圖I中斜線表示自主研發(fā))。所述植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取系統(tǒng)(VC-DAD和VC-DAS)是自主研發(fā)產(chǎn)品，由便攜式硬件設(shè)備裝置(VC-DAD，見(jiàn)圖2a，該裝置已另申請(qǐng)專利。)和軟件處理系統(tǒng)((VC-DAS，軟件著作權(quán)登記號(hào)2012SR031945，見(jiàn)圖2b)構(gòu)成，分別完成野外大批量樣方照片采集和實(shí)時(shí)或室內(nèi)植被覆蓋度信息計(jì)算及圖片處理。便攜式硬件設(shè)備裝置采用攝像頭方案，配備動(dòng)力艙，結(jié)合便攜式支架等，以保證野外工作的持續(xù)性，它由攝像頭、攝像頭云臺(tái)、動(dòng)力艙、支架、筆記本電腦、連接線、固定配件等功能組件組成，攝像頭置于攝像頭云臺(tái)上并通過(guò)攝像頭固定件固定，支架測(cè)量桿的下端與支架底座相連，其上端與動(dòng)力艙固定件相連，動(dòng)力艙置于動(dòng)力艙固定件上方，它通過(guò)動(dòng)力艙連接線與攝像頭相連，筆記本電腦通過(guò)攝像頭連接線與攝像頭連接。其中攝像頭方案的采用，是考慮到數(shù)碼相機(jī)成本較高，且高空作業(yè)對(duì)聚焦和曝光無(wú)法有效控制，一般數(shù)碼相機(jī)無(wú)法通過(guò)大于3m的連接線和電腦連接以實(shí)時(shí)觀察樣方信息，而定制的安裝于云臺(tái)的攝像頭，成本較低，并且通過(guò)室內(nèi)和室外等工作模式及背景光的遙控調(diào)節(jié)，很大程度上克服了因曝光太強(qiáng)造成的葉片因反光綠色失真的技術(shù)難點(diǎn)，提高了照片質(zhì)量，有利于提高植被覆蓋度信息的提取精度；并且通過(guò)遙控云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，可控制攝像頭在水平方向360°和垂直方向270°旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)攝像頭對(duì)樣方的快速捕捉，這既保證了攝像頭不受支架傾斜角度影響實(shí)現(xiàn)垂直對(duì)地拍攝，又為向上拍攝以獲取郁閉度信息提供了可能；攝像頭通過(guò)延長(zhǎng)線和電腦連接，通過(guò)程序可實(shí)現(xiàn)對(duì)樣方信息的實(shí)時(shí)觀測(cè)，便于及時(shí)調(diào)節(jié)攝像頭相關(guān)參數(shù)，獲取較高質(zhì)量的樣方照片。動(dòng)力艙為攝像頭提供動(dòng)力，保證了設(shè)備野外工作的可能性和持續(xù)性。VC-DAS軟件系統(tǒng)通過(guò)IDL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，與硬件設(shè)備有效耦合銜接，并對(duì)獲取的樣方照片進(jìn)行處理、自動(dòng)快速計(jì)算植被覆蓋度。軟件處理系統(tǒng)主要包括菜單欄、工具欄、成像窗口、計(jì)算窗口、元數(shù)據(jù)信息窗口、人機(jī)交互窗口和幾何校正窗口；具備圖像縮放、移動(dòng)、裁剪等基本功能；通過(guò)軟件中的專門工具能夠?qū)臃綄?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)觀測(cè)，并進(jìn)行拍照；拍攝的照片會(huì)自動(dòng)導(dǎo)入成像窗口進(jìn)行植被覆蓋度信息計(jì)算，也可手動(dòng)在成像窗口導(dǎo)入所拍攝照片進(jìn)行處理和計(jì)算，計(jì)算結(jié)果將以二值圖的形式顯示在計(jì)算窗口，便于評(píng)價(jià)計(jì)算精度；照片路徑、名稱、計(jì)算結(jié)果等信息可實(shí)時(shí)顯示在元數(shù)據(jù)窗口，實(shí)現(xiàn)編輯和保存功能；根據(jù)使用者經(jīng)驗(yàn)和地域環(huán)境特點(diǎn)，可在人機(jī)交互窗口調(diào)整并選擇適宜性關(guān)鍵參數(shù)，提高植被蓋度計(jì)算結(jié)果；并且通過(guò)在幾何校正窗口輸入相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像計(jì)算的幾何校正；程序具有感興趣區(qū)植被蓋度提取模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)照片感興趣區(qū)植被覆蓋度信息的直接、快速獲取，克服了先對(duì)照片進(jìn)行裁剪保存再對(duì)照片進(jìn)行計(jì)算的不便。VC-DAS發(fā)揮IDL語(yǔ)言矩陣計(jì)算和遙感圖像處理優(yōu)勢(shì)，照片處理和計(jì)算速度更快。所述便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)(LI-6400，圖3)是美國(guó)拉哥公司產(chǎn)品。LI-6400可用于包括光合、呼吸(分為植物呼吸和土壤呼吸)、蒸騰、熒光等多項(xiàng)植物生理測(cè)量功能，其測(cè)量參數(shù)包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Ts)、細(xì)胞間隙C02濃度(Ci)、大氣C02濃度(Ca)、光量子通量密度(PFD)、葉溫(TL)、相對(duì)空氣濕度(RH)。如果配備6400-40葉綠素?zé)晒馊~室，可測(cè)試以下參數(shù)最大熒光(Fm)、初始熒光(Fo)、可變熒光(Fv)、光化學(xué)猝滅(qP)、非化學(xué)猝滅(qN)。此外，它在進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)一步計(jì)算光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、C02飽和點(diǎn)、C02補(bǔ)償點(diǎn)等多項(xiàng)重要生理生態(tài)指標(biāo)。儀器基本硬件組成見(jiàn)圖3所示，其他配置還包括熒光葉室、紅藍(lán)光源、C02注入系統(tǒng)、土壤呼吸測(cè)量室、簇狀葉室、針狀和狹長(zhǎng)葉室、2X3透明葉室、鴨嘴葉室、自制葉室等。便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng) LI-6400攜帶和搬運(yùn)方便，可用于野外測(cè)定自然或控制條件下的植被光合作用等生理活動(dòng)，功能非常完備，精確可靠。所述便攜式人工模擬降雨裝置(圖4)參考了國(guó)內(nèi)外多種降雨設(shè)備工作原理、優(yōu)點(diǎn)及其局限性，主要由供水動(dòng)力裝置、降雨噴頭、支架、輸水管、流量計(jì)、壓力表、擋風(fēng)棚、樣方框、遮雨罩、集流槽等組成。降雨噴頭固定在支架頂端并置于樣方裝置正上方，它通過(guò)供水動(dòng)力裝置的輸水管與該裝置中的壓力表、流量計(jì)、人工壓力泵和水桶連接，樣方裝置中的樣方框嵌入土壤樣方，三面封閉，開(kāi)放一面與該裝置中的集流槽無(wú)縫結(jié)合，遮雨罩完全遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出水端下方；為提高裝置的便攜性和野外適應(yīng)性，區(qū)別于其他裝置普遍采用的蓄電池或交流電供水動(dòng)力裝置，該降雨裝置采用人工壓力泵作為供水動(dòng)力裝置控制降雨強(qiáng)度，水由壓力泵壓入輸水管，到達(dá)降雨噴頭形成降雨，既減輕了設(shè)備重量，又解決了野外多點(diǎn)批量實(shí)驗(yàn)無(wú)電源情況下的供水動(dòng)力問(wèn)題。壓力表標(biāo)示壓力泵的實(shí)時(shí)壓力，流量計(jì)標(biāo)示供水流量信息；為減小環(huán)境特別是風(fēng)的干擾，安置擋風(fēng)棚，以保證降雨均勻、穩(wěn)定降落到地面樣方；降雨噴頭固定在可伸縮支架，可調(diào)節(jié)降雨噴頭高度；樣方框用來(lái)建立標(biāo)準(zhǔn)l*lm2樣方；集流槽用來(lái)收集地面產(chǎn)流，引流到量杯測(cè)量徑流量；遮雨罩用來(lái)遮護(hù)集流槽，避免降雨直接降入集流槽干擾產(chǎn)流量。便攜式人工模擬降雨裝置具有便攜、經(jīng)濟(jì)、方便組裝等優(yōu)點(diǎn)，可滿足降雨-徑流、土壤侵蝕、營(yíng)養(yǎng)遷移等單元尺度模擬實(shí)驗(yàn)的要求，實(shí)現(xiàn)野外大批量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取。(該裝置已另申請(qǐng)專利。)所述土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(系美國(guó)Onset公司產(chǎn)品HOBO'，圖4中組件35，36，37，38)是一種多通道氣象監(jiān)測(cè)裝置，可用來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫/濕度、大氣壓力、降雨量、光照及土壤溫/濕度等氣象參數(shù)，以其便攜、精度可靠、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在科研和教學(xué)中得到了普遍認(rèn)可和使用，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同深度土層的土壤水變化。所述徑流/ 土壤水采樣裝置(圖4中組件39，40，41、42和圖5)包括自主研制的徑流收集裝置(通過(guò)引流槽收集徑流取樣)和中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所于靜潔等研制的一套土壤水分采樣裝置(專利號(hào)200520110649)。徑流收集裝置是由遮雨罩、集流槽、樣方框和量杯組成，四者之間的關(guān)系是樣方框圈出樣方，坡底方向開(kāi)放，無(wú)縫結(jié)合集流槽，以便引出坡面產(chǎn)流，遮雨罩遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出流一段下方，承接徑流。該樣方框是三面封閉一面開(kāi)放的鐵質(zhì)方框，入土一面稍薄，以便嵌入土壤，圈出樣方，并防止徑流外流；該集流槽是V形鐵質(zhì)槽狀裝置，V形一邊有5cm水平延伸，以便插入土體，一端封閉一端開(kāi)放，將產(chǎn)流全部導(dǎo)出；該遮雨罩是通過(guò)兩根鋼筋固定于集流槽上的長(zhǎng)方形鐵頁(yè)，與水平面呈30度傾角，以便將落在鐵頁(yè)上的雨水導(dǎo)出樣方區(qū)外；該量杯的容量根據(jù)產(chǎn)流量和量測(cè)時(shí)間間隔確定。土壤水分采樣裝置由測(cè)頭、采樣瓶、導(dǎo)水/氣管和抽氣泵等組成，完成野外人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)的坡面產(chǎn)流和土壤水采樣工作，方便便攜，操作簡(jiǎn)單。便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Eco-monitors)的研制基于生態(tài)水文科學(xué)發(fā)展對(duì)生態(tài)水文過(guò)程實(shí)驗(yàn)研究和野外監(jiān)測(cè)的科學(xué)需求，始于生態(tài)水文過(guò)程研究的實(shí)踐摸索，以期構(gòu)建服務(wù)于生態(tài)水文過(guò)程研究的便攜式實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)裝置系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及功效是在合理創(chuàng)新基礎(chǔ)上，構(gòu)建了便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Eco-monitors)系列裝置及軟件系統(tǒng)，構(gòu)思科學(xué)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，并與配套軟件高 效耦合銜接，提高了裝置的便攜性、可控制性和普適性，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)水文過(guò)程實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)在降雨-徑流、土壤侵蝕、營(yíng)養(yǎng)遷移和流失、土壤水運(yùn)動(dòng)及植被效應(yīng)等方面人工模擬方法和裝置上的突破，以期在像元尺度上快速、批量獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，拓展生態(tài)水文過(guò)程機(jī)理研究及尺度效應(yīng)研究的技術(shù)手段。


圖I、本發(fā)明便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取裝置硬件裝置(VC-DAD )示意圖；圖2b植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取裝置軟件系統(tǒng)(VC-DAS)示意圖；圖3便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)(LI-6400)示意圖；圖4便攜式人工模擬降雨裝置(CSRS)示意圖；圖5、土壤水監(jiān)測(cè)(H0B0)采集裝置示意圖；圖中符號(hào)說(shuō)明如下I攝像頭，2攝像頭云臺(tái)，3動(dòng)力艙，4筆記本電腦A，5支架測(cè)量桿，6支架底座，7動(dòng)力艙連接線，8攝像頭連接線，9攝像頭固定件，10動(dòng)力艙固定件；11菜單欄，12工具欄，13成像窗口，14計(jì)算窗口，15元數(shù)據(jù)窗口，16人機(jī)交互窗口，17幾何校正窗口，18功能按鈕，從上至下依次為樣方植被覆蓋度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果保存，樣方照片批處理及幾何校正；19主機(jī)操作界面，20 二氧化碳注入系統(tǒng)，21干燥劑，22葉室，23電池，24手動(dòng)控制數(shù)據(jù)記錄按鈕，25分析器風(fēng)扇，26手提把手，27連接線；28降雨噴頭，29人工壓力泵，30水桶，31支架，32輸水管，33壓力表，34流量計(jì)，35筆記本電腦B，36H0B0采集器，37H0B0數(shù)據(jù)線，38H0B0 土壤水傳感器，39集流槽，40量杯，41樣方框，42遮雨罩；43采樣瓶，44測(cè)頭，45導(dǎo)水/氣管。
具體實(shí)施例方式見(jiàn)圖I,本發(fā)明一種便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Eco-monitors)由所述植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取裝置與系統(tǒng)(VC-DAD和VC-DAS)、便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)(LI-6400)、便攜式人工模擬降雨裝置(CSRS)、土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(H0B0)及徑流/ 土壤水采樣裝置等功能模塊組成，各組成部分既是相互獨(dú)立的功能模塊，又是相互聯(lián)系的有機(jī)整體。見(jiàn)圖2a、圖2b，植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取系統(tǒng)的硬件裝置(VC-DAD)與植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取系統(tǒng)的軟件(VC-DAS)高效耦合銜接，配合工作，可支持野外樣方照片拍攝和植被覆蓋度信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)提取。該植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取裝置由攝像頭I、攝像頭云臺(tái)2、攝像頭固定件9、動(dòng)力艙3、支架(含支架底座6和支架測(cè)量桿5)、筆記本電腦A 4、動(dòng)力艙連接線7、攝像頭連接6線和動(dòng)力艙固定件10組成。它們之間的位置連接關(guān)系是攝像頭I置于攝像頭云臺(tái)2上并通過(guò)攝像頭固定件9固定，支架測(cè)量桿5的下端與支架底座6相連，其上端與動(dòng)力艙3固定件相連，動(dòng)力艙3置于動(dòng)力艙固定件10中，它通過(guò)動(dòng)力艙連接線7與攝像頭I相連，筆記本電腦A 4通過(guò)攝像頭連接線8與攝像頭I連接。首先將攝像頭I和動(dòng)力艙3通過(guò)固定用配件分別固定在支架測(cè)量桿5上，通過(guò)線纜連接動(dòng)力艙3、攝像頭I和筆記本電腦A4，一人手持支架測(cè)量桿5，控制攝像頭I拍攝角度和高度，在樣方上方準(zhǔn)備拍照；另一人手持筆記本電腦A 4，打開(kāi)植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取系統(tǒng)軟件(VC-DAS)，見(jiàn)圖2b，它包含菜單欄11，工具欄12，成像窗口 13，計(jì)算窗口 14，元數(shù)據(jù)窗口 15，人機(jī)交互窗口 16，幾何校正窗口 17，功能按鈕18，從左到右依次為打開(kāi)文件，存儲(chǔ)文件，裁剪，濾波，放大，縮小，移動(dòng)，復(fù)原，感興趣區(qū)，攝像頭控制等工具，實(shí)時(shí)觀察樣方，調(diào)節(jié)攝像頭I曝光度和焦距等參數(shù)，拍攝高質(zhì)量照片，軟件同步導(dǎo)入所拍攝照片，計(jì)算植被覆蓋度信息，完成樣方拍照和植被覆蓋度信息計(jì)算?！ひ?jiàn)圖3，便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)LI-6400可完成自然與控制環(huán)境條件(包括溫度、CO2濃度、光強(qiáng)等)下的生理過(guò)程測(cè)量，所有運(yùn)算均由主機(jī)內(nèi)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成，可在主機(jī)操作界面直接讀數(shù)。儀器基本硬件主要包括主機(jī)操作界面19，二氧化碳注入系統(tǒng)20，干燥劑21，葉室22，電池23，手動(dòng)控制數(shù)據(jù)記錄按鈕24，分析器風(fēng)扇25，手提把手26，連接27線等。一般而言，需要控制環(huán)境條件的實(shí)驗(yàn)有兩種情況。一種是環(huán)境變化劇烈，無(wú)法準(zhǔn)確進(jìn)行同等環(huán)境條件的測(cè)量。另一種情況是進(jìn)行光曲線和ACI曲線測(cè)量。在光合作用測(cè)定過(guò)程中，有兩種光源可供選擇一是自然光，用透明葉室；二是自動(dòng)光源(為紅光)，此時(shí)將葉室22的透明部分換成含產(chǎn)生光的部分(用自動(dòng)光源時(shí)需事先設(shè)定程序)。見(jiàn)圖4，便攜式人工模擬降雨裝置是降雨噴頭28通過(guò)輸水管32與壓力表33、流量計(jì)34、人工壓力泵29和水桶30連接，降雨噴頭28固定在支架31頂端，置于樣方裝置上方；樣方框41嵌入土壤樣方,三面封閉，開(kāi)放一面與集流槽39無(wú)縫結(jié)合,遮雨罩42完全遮蔽集流槽39，量杯40置于集流槽39出水端下方；H0B0 土壤水傳感器38通過(guò)網(wǎng)口式插口連接HOBO采集器36，并通過(guò)HOBO數(shù)據(jù)線37將HOBO采集器36與筆記本電腦B 35相連。在野外作業(yè)時(shí)，需事先架起擋風(fēng)棚遮擋風(fēng)吹，關(guān)鍵在于控制人工壓力泵29壓力產(chǎn)生不同雨強(qiáng)，使得降雨噴頭28噴出與天然降雨相似的人工模擬降雨，在遮風(fēng)棚和遮雨罩42的防護(hù)下，較均勻地落到地面一平米樣方,坡面產(chǎn)流經(jīng)由集流槽39收集到量杯40，測(cè)算產(chǎn)流量，并收集產(chǎn)流樣品，測(cè)算含沙量和營(yíng)養(yǎng)濃度。同時(shí)挖出土壤剖面，將HOBO 土壤水傳感器38水平插到不同深度的土層中，連接該傳感器到HOBCT數(shù)據(jù)采集器36，并將該采集器連接到筆記本電腦B 35，打開(kāi)HOBOware軟件，設(shè)置數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔等參數(shù)，啟動(dòng)HOBO設(shè)備，實(shí)時(shí)采集土壤濕度數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)不同深度土層土壤水變化。見(jiàn)圖4中的組件筆記本電腦B 35，HOBO采集器36，HOBO數(shù)據(jù)線37，HOBO 土壤水傳感器38，土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置是一種多通道氣象監(jiān)測(cè)裝置，HOBO 土壤水傳感器38通過(guò)網(wǎng)口式插口連接HOBO采集器36，并通過(guò)HOBO數(shù)據(jù)線37將HOBO采集器36與筆記本電腦B35相連，打開(kāi)HOBO專業(yè)軟件，啟動(dòng)HOBO采集器36，并設(shè)置采用時(shí)間間隔，實(shí)時(shí)采集土壤含水量數(shù)據(jù)。見(jiàn)圖5，徑流/ 土壤水采樣時(shí)，遮雨罩42對(duì)于集流槽39的防護(hù)將保證徑流量的準(zhǔn)確量定，徑流樣品采樣時(shí)間間隔根據(jù)降雨強(qiáng)度、時(shí)間等條件和研究需求確定；土壤水采樣裝置的測(cè)頭44通過(guò)倒水/氣管45等連接部件與采樣瓶43連通，抽氣泵與采樣瓶43連接；抽氣泵將采樣瓶43中的空氣抽出，形成真空負(fù)壓環(huán)境，在大氣壓力下，土壤水被抽集到采樣瓶43中。野外作業(yè)時(shí)，挖出土壤剖面，可將多個(gè)測(cè)頭44埋設(shè)在不同深度的土壤中，抽取不同深度土壤中的土壤水樣品。便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Eco-monitors)每個(gè)功能模塊可單獨(dú)使用完成相應(yīng)功能，也可根據(jù)研究?jī)?nèi)容組合使用，使其相關(guān)功能密切耦合，發(fā)揮本發(fā)明的最大系統(tǒng)功 效，以最大程度的服務(wù)于生態(tài)水文過(guò)程實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)研究，批量獲取野外實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它集成了五部分主體功能模塊(I)植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取裝置與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樣方照片采集和植被覆蓋度信息實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、批量獲??；(2)便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)植物光合、植物和土壤呼吸、蒸騰、熒光多項(xiàng)植物生理測(cè)量功能；(3)便攜式人工模擬降雨裝置，實(shí)現(xiàn)一平方米樣方上的可變雨強(qiáng)模擬降雨；(4) 土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)土壤體積含水量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；(5)徑流/ 土壤水采樣裝置，實(shí)現(xiàn)坡面徑流和土壤水樣品采集；這五部分主體功能模塊之間的關(guān)系是各組成部分既是相互獨(dú)立的功能模塊，又是相互聯(lián)系的有機(jī)整體既能獨(dú)立完成樣方植被覆蓋度信息提取、植物生理過(guò)程監(jiān)測(cè)、人工模擬降雨、土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)及徑流和土壤水采樣功能，分別開(kāi)展相關(guān)科學(xué)問(wèn)題的野外模擬與監(jiān)測(cè)研究；又能相互耦合為生態(tài)水文諸過(guò)程研究提供集成技術(shù)條件，如人工模擬降雨、土壤水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和水樣采集的耦合實(shí)現(xiàn)，為降雨發(fā)生及入滲、產(chǎn)流水文過(guò)程及水土流失、營(yíng)養(yǎng)遷移過(guò)程的連續(xù)觀測(cè)和研究成為可能，同時(shí)，地表蓋度信息快速獲取和植被生理過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)，為研究植被和水分再分配過(guò)程如截留、入滲、蒸發(fā)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程的相互關(guān)系提供了條件；集成的五部分主體功能模塊基于生態(tài)水文科學(xué)發(fā)展對(duì)生態(tài)水文過(guò)程實(shí)驗(yàn)研究和野外監(jiān)測(cè)的科學(xué)需求，滿足生態(tài)水文過(guò)程研究對(duì)便攜式實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)裝置、系統(tǒng)的基本要求；· 所述植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取系統(tǒng)是由便攜式硬件設(shè)備裝置和軟件處理系統(tǒng)構(gòu)成，分別完成野外大批量樣方照片采集和實(shí)時(shí)或室內(nèi)植被覆蓋度信息計(jì)算及圖片處理；該便攜式硬件設(shè)備裝置采用攝像頭方案，配備動(dòng)力艙，結(jié)合便攜式支架，以保證野外工作的持續(xù)性，它由攝像頭、攝像頭云臺(tái)、動(dòng)力艙、支架、筆記本電腦、連接線、固定配件功能組件組成；攝像頭置于攝像頭云臺(tái)上并通過(guò)攝像頭固定件固定，支架測(cè)量桿的下端與支架底座相連，其上端與動(dòng)力艙固定件相連，動(dòng)力艙置于動(dòng)力艙固定件上方，它通過(guò)動(dòng)力艙連接線與攝像頭相連，筆記本電腦通過(guò)攝像頭連接線與攝像頭連接；其中攝像頭方案的采用，是考慮實(shí)用經(jīng)濟(jì)，通過(guò)室內(nèi)和室外工作模式及背景光的遙控調(diào)節(jié)，克服了因曝光太強(qiáng)造成的葉片因反光綠色失真的技術(shù)難點(diǎn)，有利于提高植被覆蓋度信息的提取精度；并且通過(guò)遙控?cái)z像頭云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，控制攝像頭在水平方向360°和垂直方向270°旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)攝像頭對(duì)樣方的快速捕捉，這既保證了攝像頭不受支架傾斜角度影響實(shí)現(xiàn)垂直對(duì)地拍攝，又為向上拍攝以獲取郁閉度信息提供了可能；攝像頭通過(guò)延長(zhǎng)線和電腦連接，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)樣方信息的實(shí)時(shí)觀測(cè)，便于及時(shí)調(diào)節(jié)攝像頭相關(guān)參數(shù)，獲取高質(zhì)量的樣方照片；動(dòng)力艙為攝像頭提供動(dòng)力，保證了設(shè)備野外工作的可能性和持續(xù)性；該軟件處理系統(tǒng)通過(guò)IDL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，與硬件設(shè)備有效耦合銜接，并對(duì)獲取的樣方照片進(jìn)行處理、自動(dòng)快速計(jì)算植被覆蓋度；軟件處理系統(tǒng)主要包括菜單欄、工具欄、成像窗口、計(jì)算窗口、元數(shù)據(jù)信息窗口、人機(jī)交互窗口和幾何校正窗口 ；具備圖像縮放、移動(dòng)、裁剪基本功能；通過(guò)軟件中的專門工具能夠?qū)臃綄?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)觀測(cè)，并進(jìn)行拍照；拍攝的照片會(huì)自動(dòng)導(dǎo)入成像窗口進(jìn)行植被覆蓋度信息計(jì)算，也可手動(dòng)在成像窗口導(dǎo)入所拍攝照片進(jìn)行處理和計(jì)算，計(jì)算結(jié)果將以二值圖的形式顯示在計(jì)算窗口，便于評(píng)價(jià)計(jì)算精度；照片路徑、名稱、計(jì)算結(jié)果信息實(shí)時(shí)顯示在元數(shù)據(jù)窗口，實(shí)現(xiàn)編輯和保存功能；根據(jù)使用者經(jīng)驗(yàn)和地域環(huán)境特點(diǎn)，在人機(jī)交互窗口調(diào)整并選擇適宜性關(guān)鍵參數(shù)，提高植被蓋度計(jì)算結(jié)果；并且通過(guò)在幾何校正窗口輸入相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像計(jì)算的幾何校正；程序具有感興趣區(qū)植被蓋度提取模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)照片感興趣區(qū)植被覆蓋度信息的直接、快速獲取，克服了先對(duì)照片進(jìn)行裁剪保存再對(duì)照片進(jìn)行計(jì)算的不便；所述便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)用于包括光合、植物呼吸和土壤呼吸、蒸騰、熒光多項(xiàng)植物生理測(cè)量功能，其測(cè)量參數(shù)包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Ts)、細(xì)胞間隙C02濃度(Ci)、大氣C02濃度(Ca)、光量子通量密度(PFD)、葉溫(TL)、相對(duì)空氣濕度(RH);如果配備6400-40葉綠素?zé)晒馊~室，可測(cè)試以下參數(shù)最大熒光(Fm)、初始熒光(Fo)、可變熒光(Fv)、光化學(xué)猝滅(qP)、非化學(xué)猝滅(qN);此外，它在進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)一步計(jì)算光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、C02飽和點(diǎn)、C02補(bǔ)償點(diǎn)多項(xiàng)重要生理生態(tài)指標(biāo)； 所述便攜式人工模擬降雨裝置由供水動(dòng)力裝置、降雨噴頭、支架、輸水管、流量計(jì)、壓力表、擋風(fēng)棚、樣方框、遮雨罩、集流槽組成；降雨噴頭固定在支架頂端并置于樣方裝置正上方，它通過(guò)供水動(dòng)力裝置的輸水管與該裝置中的壓力表、流量計(jì)、人工壓力泵和水桶連接，樣方裝置中的樣方框嵌入土壤樣方，三面封閉，開(kāi)放一面與該裝置中的集流槽無(wú)縫結(jié)合，遮雨罩完全遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出水端下方；為提高裝置的便攜性和野外適應(yīng)性，區(qū)別于其他裝置普遍采用的蓄電池或交流電供水動(dòng)力裝置，該降雨裝置采用人工壓力泵作為供水動(dòng)力裝置控制降雨強(qiáng)度，水由壓力泵壓入輸水管，到達(dá)降雨噴頭形成降雨，既減輕了設(shè)備重量，又解決了野外多點(diǎn)批量實(shí)驗(yàn)無(wú)電源情況下的供水動(dòng)力問(wèn)題；壓力表標(biāo)示壓力泵的實(shí)時(shí)壓力，流量計(jì)標(biāo)示供水流量信息；為減小環(huán)境特別是風(fēng)的干擾，安置擋風(fēng)棚，以保證降雨均勻、穩(wěn)定降落到地面樣方；降雨噴頭固定在可伸縮支架，可調(diào)節(jié)降雨噴頭高度；樣方框用來(lái)建立標(biāo)準(zhǔn)l*lm2樣方；集流槽用來(lái)收集地面產(chǎn)流，引流到量杯測(cè)量徑流量；遮雨罩用來(lái)遮護(hù)集流槽，避免降雨直接降入集流槽干擾產(chǎn)流量； 所述土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置是一種多通道氣象監(jiān)測(cè)裝置，用來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫/濕度、大氣壓力、降雨量、光照及土壤溫/濕度氣象參數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同深度土層的土壤水變化； 所述徑流/ 土壤水采樣裝置包括徑流收集裝置和土壤水分采樣裝置；徑流收集裝置是由遮雨罩、集流槽、樣方框和量杯組成，樣方框圈出樣方，坡底方向開(kāi)放，無(wú)縫結(jié)合集流槽，以便引出坡面產(chǎn)流，遮雨罩遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出流一段下方，承接徑流；該樣方框是三面封閉一面開(kāi)放的鐵質(zhì)方框，入土一面稍薄，以便嵌入土壤，圈出樣方，并防止徑流外流；該集流槽是V形鐵質(zhì)槽狀裝置，V形一邊有5cm水平延伸，以便插入土體，一端封閉一端開(kāi)放，將產(chǎn)流全部導(dǎo)出；該遮雨罩是通過(guò)兩根鋼筋固定于集流槽上的長(zhǎng)方形鐵頁(yè)，與水平面呈30度傾角，以便將落在鐵頁(yè)上的雨水導(dǎo)出樣方區(qū)外；該量杯的容量根據(jù)產(chǎn)流量和量測(cè)時(shí)間間隔確定，土壤水分抽樣裝置由測(cè)頭、采樣瓶、導(dǎo)水/氣管和抽氣泵組成，完成野外人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)的坡面產(chǎn)流和土壤水采樣工作。
全文摘要
一種便攜式生態(tài)水文實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它集成了五部分主體功能模塊(1)植被覆蓋度動(dòng)態(tài)獲取裝置與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樣方照片采集和植被覆蓋度信息實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、批量獲取；(2)便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)植物光合、植物和土壤呼吸、蒸騰、熒光多項(xiàng)植物生理測(cè)量功能；(3)便攜式人工模擬降雨裝置，實(shí)現(xiàn)一平方米樣方上的可變雨強(qiáng)模擬降雨；(4)土壤水運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置,實(shí)現(xiàn)土壤體積含水量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；(5)徑流/土壤水采樣裝置，實(shí)現(xiàn)坡面徑流和土壤水樣品采集；這五部分主體功能模塊之間的關(guān)系是各組成部分既是相互獨(dú)立的功能模塊，又是相互聯(lián)系的有機(jī)整體它適用于野外大量模擬實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展，對(duì)生態(tài)水文過(guò)程研究起到技術(shù)支撐作用。
文檔編號(hào)G01C11/00GK102955018SQ20121041776
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者楊勝天, 宋文龍 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)