一种冬小麦春季霜冻害预警与监测装置

1.本实用新型涉及农业设备的技术领域，尤其涉及一种冬小麦春季霜冻害预警与监测装置。


背景技术：

2.在世界范围内，春季霜冻是影响小麦正常生长的重要气象灾害之一。在我国黄淮冬麦区，春季辐射型霜冻和混合型霜冻发生频繁，往往导致短时大幅降温现象。当小麦进入拔节后，若植株温度降低至冰点以下，则会显著伤害幼穗，进而导致减产。近30年气象灾害统计年鉴资料表明，小麦霜冻害的发生频率、受灾与成灾面积均呈加重趋势，小麦产量损失的风险也在加大。
3.在田间尺度上，最低植株温度被认为是快速评判小麦霜冻害的最佳指标，但须使用专门的温度传感探针，插入小麦叶片或茎秆中来进行测定，操作复杂且数据稳定性较差。因此，最低气温常被用来代替最低植株温度，以评判拔节后小麦霜冻害。依据所测定气温的垂直高度与下垫面环境不同，可分为百叶箱温度、冠层温度和草面温度。最低冠层温度最接近最低植株温度，但其发生高度不固定，通常出现在冠层以下10-20cm范围内，并且该范围随小麦植株高度的升高会相应升高。可见，最低冠层温度在垂直剖面上的高度变化将使气温传感器的布设工作变得复杂，须根据株高变化不断调整其高度。最低草面温度是接近于最低植株温度的另一个有效且稳定的冻害指标，但由于在田间布设草面气温传感器对周围环境条件要求较高，并且维护成本也高，限制了其在小麦大田中的实际应用。因此，在现行的田间自动气象观测业务中，所记录的常规气象要素为最低百叶箱温度。但是，最低百叶箱温度受其他气象因子及土壤环境因子的影响较大，特别在湿度等变化较大时霜冻害的评判精度会面临很大的不确定性。随着红外热成像相机性能提高与成本不断降低，可实时获得高精度全像面温度分布图，在作物叶片、茎秆等温度测定中显示出极大的优越性，因而作为不可或缺的设备，广泛应用于各类作物的高通量表型信息获取以及水分胁迫状态监测中。使用红外热成像相机测定的最低植株温度代替传统方法测定的最低植株温度，将极大提高小麦霜冻害实时诊断的便捷性和精度。
4.春季霜冻害的发生有其独特性，主要表现在四个方面：(1)通常发生在小麦拔节至开花期，一次或多次发生；(2)一次降温过程不超过几小时，最低温度出现在晚上8点至早上8点之间；(3)随着发育进程推移，小麦霜冻害程度呈加剧趋势；(4)幼穗或叶片的冻害症状，一般出现在冻后一周左右。目前，专门针对小麦霜冻害监测的相关装置尚不成熟，搭载了红外热成像相机的装置亦无法满足霜冻害智能预警与监测目的。因此，研制可用于霜冻害智能预警与监测的装置，对于及时开展霜冻害应急预防和实施冻后田间管理等，具有显著实用价值。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种冬小麦春季霜冻害预警与监测装置，该装置设置了可360
°
全
向拍照的植被指数相机、红外热成像相机和深度相机，克服了目前单独使用红外热成像相机的装置无法满足小麦霜冻害智能预警与监测目的的技术问题。
6.本实用新型实施例提供的冬小麦春季霜冻害预警与监测装置，包括：支撑装置，所述支撑装置包括：竖向支架，安装在竖向支架上的横臂，所述竖向支架与所述横臂之间采用中空旋转机构连接；采集装置，所述采集装置包括：安装在横臂上的红外热成像相机、深度相机和植被指数相机，所述红外热成像相机与所述深度相机电性连接；通信装置，所述通信装置安装在支撑装置上；预警与监测装置，所述预警与监测装置安装在支撑装置上，包括数据存储单元和数据处理单元，数据存储单元和数据处理单元之间电性连接；预报数据装置，所述预报数据装置安装在支撑装置上；智能控制装置，所述智能控制装置安装在支撑装置上，与采集装置、预警与监测装置、预报数据装置、通信装置分别通讯连接；供电装置，所述供电装置安装在支撑装置上，与智能控制装置、预警与监测装置、通信装置、采集装置、支撑装置分别电性连接。
7.进一步地，竖向支架底部设置基座板，竖向支架底部与基座板焊接或螺丝固定；基座板底部设置足爪，足爪的数量大于1，长度不低于40cm，与基座板焊接或螺丝固定。
8.进一步地，竖向支架外部设置套筒，套筒底部与基座板焊接或螺丝固定；通信装置、预警与监测装置、预报数据装置、智能控制装置和供电装置，采用螺丝连接，安装在竖向支架的套筒上。
9.进一步地，植被指数相机安装于横臂的一端，红外热成像相机与深度相机安装于横臂的另一端。
10.进一步地，竖向支架与横臂之间采用中空旋转机构连接，中空旋转机构包括转盘和步进电机。
11.进一步地，转盘为中空结构，步进电机连接在侧边；竖向支架穿过转盘，竖向支架的直径与转盘的直径大小相同。
12.进一步地，该装置还包括用户终端装置，所述用户终端装置与所述通信装置通讯连接。
13.进一步地，供电装置包括：安装在竖向支架顶端的太阳能电池板和安装在竖向支架下部的蓄电池。
14.本实用新型提出的冬小麦春季霜冻害预警与监测装置，以竖向支架为旋转中心，自动控制中空旋转机构，带动植被指数相机、红外热成像相机和深度相机完成360
°
全向拍照，形成面积较大的连续完整监测区域，显著提高了冬小麦田间灾害监测结果的代表性；可在田间连续动态跟踪冬小麦春季霜冻害发生发展过程，并向用户实时推送霜冻害预警、监测和产量潜在损失信息，无须任何人工干预，显著提高了田间灾害监测的智能化水平。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本实用新型一优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.本实用新型的一实施例，如附图1所示，包括：竖向支架1，安装在竖向支架上的横臂2；安装在横臂2上的红外热成像相机9、深度相机8和植被指数相机7；植被指数相机7安装于横臂2的一端，红外热成像相机9与深度相机8安装于横臂2的另一端，红外热成像相机9与深度相机8电性连接；安装在竖向支架1上的通信装置12、预警与监测装置10、预报数据装置15、智能控制装置11；智能控制装置11与红外热成像相机9、深度相机8、植被指数相机7、预警与监测装置10、预报数据装置15、通信装置12 分别通讯连接；供电装置包括：设置在竖向支架1底部的蓄电池13和设置在竖向支架顶部的太阳能电池板14，与智能控制装置11、预警与监测装置 10、通信装置12、红外热成像相机9、深度相机8、植被指数相机7和竖向支架1分别电性连接。
19.智能控制装置11设置为可编程逻辑控制器(plc)，是整个系统得以自动、高效运转的智能中枢，随时向其它各个模块发送指令；
20.预警与监测装置10包括数据存储单元和数据处理单元，二者之间电性连接，数据存储单元包括内部储存器和扩展储存器，内部储存器与扩展储存器通过扩展端子电性连接，内部储存器设置为ram半导体储存器，扩展储存器设置为内存卡；数据处理单元为一台无显示屏幕的微型电脑，cpu采用第11代英特尔n5095四核处理器，8g内存和256g固态硬盘；
21.通信装置12采用移远通信5grg200u-cn模组，搭载v510芯片，自动适配5gnsa和sa双模组网，支持tdd和fdd两种模式、以及国内四大运营商的全部5g频段和全球主流频段；
22.预报数据装置15为来自气象部门或气象服务商的天气预报远程数据库；
23.红外热成像相机9波长范围8-14μm，对角视场45.5
°
，照片分辨率640
ꢀ×
512，帧率为30fps；深度相机8为采用主动立体近红外辐射(ir)技术的结构光深度相机，深度视场(h
×
v)为86
°×
57
°
，深度分辨率和帧率为 1280
×
720、90fps，rgb传感器分辨率和帧率为1280
×
800、30fps；植被指数相机7视场角达67.3
°
，照片分辨率达2592
×
1944。
24.在实际使用时，以竖向支架1为旋转中心，智能控制装置11自动控制中空旋转机构，带动植被指数相机7、红外热成像相机9和深度相机8完成 360
°
全向拍照，形成面积较大的连续完整监测区域。技术人员结合三种相机拍出的冬小麦田间图像，可以分析得出冬小麦田间灾害情况，显著提高了冬小麦田间灾害监测结果的代表性；结合预警与监测装置10、通信装置12 和预报数据装置15，可在田间连续动态跟踪冬小麦春季霜冻害发生发展过程，并向用户实时推送霜冻害预警、监测和产量潜在损失信息，无须任何人工干预，显著提高了田间灾害监测的智能化水平。
25.本实用新型一优选的实施例中，竖向支架1底部设置基座板4，竖向支架1底部与基座板4焊接或螺丝固定；基座板4底部设置足爪5，足爪5的数量大于1，长度不低于40cm，与基座板4焊接或螺丝固定。
26.本实用新型一优选的实施例中，竖向支架1外部设置套筒3，套筒3底部与基座板4焊接或螺丝固定；通信装置12、预警与监测装置10、预报数据装置15、智能控制装置11和供
电装置13，采用螺丝连接，安装在竖向支架1的套筒3上。
27.本实用新型一优选的实施例中，竖向支架1与横臂2之间采用中空旋转机构6连接，中空旋转机构包括转盘和步进电机；转盘为中空结构，步进电机连接在侧边；竖向支架穿过转盘，竖向支架的直径与转盘的直径大小相同。
28.本实用新型一优选的实施例中，该装置还包括与通信装置通讯连接的用户终端装置，包括远程服务器和手机。
29.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。