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无线传感器网络地面遥感监测系统

    在专项资金支持下,建设了无线传感器网络地面遥感监测系统。该系统解决常规气象要素(温、湿、压、光照)、近地表土壤参数(水分、温度、酸碱度)和GPS位置信息等的实时测量、组网和传输,为遥感真实性检验提供连续大面积的数据。系统将具有稳健的性能,具有可回收性,可以服务于生态环境要素测量、青藏高原冰川/大气观测等科学需求。系统由40个无线节点+1个基站组成,实现对生态环境要素的实时监测,能够自主组网、无线传输、超低能耗。

    无线传感器网络地面遥感监测系统应用成果

    中国科学院河北怀来遥感综合试验场外以玉米旱地和水浇地为主,并伴有树块花生地、大豆及向日葵地。以尺度效应和长时间序列变化研究为主要目标,在官厅试验场北侧设定1公里重点试验区内的农田和官厅水体为观测区,利用无线传感器网络技术,实现地表反照率、地表温度、叶面积指数和土壤湿度等地表关键参数的长时间观测。

无线传感器网络布设

    针对高分辨率雷达观测的土壤水分及相关参数测量,获得长时间连续监测获得的土壤水分参数的序列集。 在河北怀来遥感综合试验场1公里尺度上共设置17个点,监测2cm5cm10cm的土壤体积含水量和土壤温度,测量时间间隔为0.5小时。试验场内加设置2个点监测1 cm3 cm6 cm10 cm的土壤含水量和温度。下图显示2010929日无线传感器网络土壤湿度变化数据示例

1公里像元尺度土壤湿度无线传感器网络观测系统

    针对试验场外农作物冠层地表反照率、叶面积指数和地表温度关键参数的长时间序列观测,在怀来试验场农作物中架设了的一套无线传感器采集系统,高3.5米,接有红外温度一个,12个不同波段的辐射表及叶面积知识观测系统。红外温度和福照度测量间隔是15分钟,叶面积指数测量为每天中午7点和中午12点。系统硬件图如下图所示。下图显示了2010911日上行和下行辐射通量辐射表测量的辐射通量变化趋势。

玉米地表上下行辐射

    下图显示了2010911日的红外温度变化趋势,利用红外辐射计直接获取地表温度。

玉米观测红外温度

    下图显示了2010717日测量的叶面积指数参数:利用相机实现不同倾斜60度和垂直两种观测获取覆盖度,利用覆盖度和叶面积指数的关系,实时提取叶面积指数。

 

 717日拍摄的垂直向下(左)和53度(右)的图片

    河北怀来试验场有高架车、高架塔、自动气象站、无线传感器网络等设施。2011年,河北怀来试验场陆续安装了407层气象梯度塔(AWS1个、涡动相关仪(EC2套、大孔径闪烁仪(LAS)和德国尽快蒸渗仪(lysimeter)各1套。这些设施,构成了一套较为完整的地表水热通量观测系统。此次地表参数的无线传感器观测网络布点,将在原来无线传感器网络采样点的基础上,结合2010年试验期间的设计的地表相对均一采样点进行,并充分考虑地表水热通量观测系列设备,以保证观测项目相互利用和参数互补。

2010年河北怀来遥感综合试验样区分布及对应1公里尺度的无线传感器观测网络

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