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1 引言

自從20世紀80年代起光譜分析技術以數據量大、分辨率高、連續性強的優點廣泛應用于資源調查、地質調查、大氣監測、災害環境監測、土壤調查、城市環境調查、水文觀測等領域，取得了較好的應用結果和經濟效益。鑒于光譜技術的獨特性能，特別是在地表物質的識別與分類、有用信息的提取等方面與其它技術相比有較大優勢，使得這一技術在植被的精細分類、農作物的長勢監測與估產、農作物病蟲害監測、作物品質監測和農田水肥狀況的分析方面展現出巨大的應用前景。

目前在研究水稻、玉米、小麥、棉花、煙草等作物的光譜特征時多采用便攜式、瞬時測量技術上，越來越多的研究需要大田實時、在線的光譜數據，減少人為操作限制帶來的數據偏差。

2 觀測系統的設計

2.1 目的

作物對太陽輻射的吸收和反射與作物的色素、水分、碳、氮相關。通過監測、分析葉片和冠層的光譜特征，度量作物的生物量和生長狀況、葉綠素含量、冠層結構、光合作用對入射光的利用效率；估算葉片生化組分、籽粒品質、纖維素和木質素干燥狀態的碳含量；估測植被中與脅迫性相關的色素、植被冠層中水分含量、重金屬污染程度等。野外光譜在線觀測系統不僅能自動、在線觀測葉片、冠層尺度的實時光譜數據，還需要能自動遠程傳輸數據，及時匯集樣點數據，得到景觀或區域尺度的光譜特征，提高反演衛片的時空分辨率。

2.2觀測點布設

在不同類型煙草、不同烤煙品種、不同氮、磷、鉀施用量處理的冠層上布設傳感器測量葉片和冠層的反射。傳感器可以水平排列如圖1，也可在一個弧面上，如圖2。

傳感器的測量面積與傳感器安裝位置與冠層的距離有關，特殊的設計使得傳感器的散射角滿足研究的要求，通常1.8米高度=0.5平米 面積。

測量透射光時，傳感器可放置在上部、中部、下部葉片附近。

2.3采樣頻率

AZ-R8010 野外光譜在線觀測系統可每10ms采集一次光譜數據，也可按用戶的要求設定采樣間隔，如每10分鐘、30分鐘，每小時等。光譜數據自動存儲在數據采集器中。數據采集器實時將數據通過GPRS發送到遠程的數據服務器ENVIdata，用戶可在 網站上查看系統運行狀態、下載數據。無論用戶在哪里，只要能上網，用戶可隨時查看測點的數據。同時， 數據服務器ENVIdata也可通過郵件，自動將數據發送到用戶指定的郵箱。

2.4 觀測內容

AZ-R0810野外光譜在線觀測系統測量植被紫外、紫藍、綠、紅橙、可見光、近紅外、紅外、遠紅外光譜數據及透射、總輻射，還可測量紫外指數和用戶指定的波段光譜。Ecograph 軟件計算寬帶綠度指數，寬帶綠度指數常用于植被物候發育的研究，土地利用和氣候影響評估，植被生產力建模等。

2.5系統組成及技術指標

AZ-R0810野外光譜在線觀測系統由數據采集、全光譜光傳感器、ENVIdata數據服務器、Ecograph軟件組成。全天候野外自動測量和記錄葉片、冠層的光譜數據，

技術指標：

數據采集器：通道：5-15個普通模擬輸入通道，12脈沖輸入通道，12個數字通道；可擴展

**采樣速度：25Hz；U盤存儲；自動發送數據的GPRS模塊。

光譜范圍：紫外、紫藍、綠、紅橙、可見光、近紅外、紅外、遠紅外，總輻射、紫外指數

ENVIdata數據服務器：數據推送模式，實時在線、自動遠程采集數據。

Ecograph軟件：計算歸一化植被指數、比值植被指數、增強植被指數、大氣阻抗植被指數、綠波段總和指數

3數據處理

通過對AZ-R0810 系統采集的光譜數據進行分析，可得到如下信息：

1） 植被的光譜特性及其影響因素

2） 通過分析光譜與作物葉片生化組分的相關關系，篩選出一些與作物品質顯著相關的光譜參量，建立了相應的光譜診斷模型

3） 在葉面積指數、葉片產量、生化品質指標變化的基礎上，通過大量光譜參量的相關分析，建立作物生長指標和主要化學品質指標的冠層光譜預測模型

4） Ecograph 軟件可自動計算歸一化植被指數、比值植被指數、增強植被指數、大氣阻抗植被指數

、綠波段總和指數，為反演衛片提供基礎數據。

4 應用案例

4.1 光對植物生長的影響

位于英國Wales州的草地和環境研究所（IGER）在遺傳、育種、生理、農學和植物、微生物生態學方面處于****水平，為了維護其**地位，在研究人工環境下的植物長勢項目中，采用了自動控制的人工氣候室及AZ-R0810系統中的光傳感器。

光傳感器用于控制和監測中等、低溫兩個氣候室內的光強。兩個PAR傳感器并列放置，一個用于控制光強，另一個與數采連接，自動連續測量、記錄實際的光強。

4.2 野外植被生長

HERB 項目（Hydrology Ecology and Regional Biodiversity of Colombian Montane Forests）是英國倫敦**學院、哥倫比亞環境部、熱帶農業研究中心和數個哥倫比亞研究機構的合作項目，該項目采用野外監測系統、GIS 和計算機模型研究熱帶山地霧林（TMCF）生態系統的結構和功能。

該項目采用AZ-R0810中的光傳感器器，按小時采集如下參數：總輻射（入射和反射）、紅外/遠紅外（入射和反射）、入射藍光、入射PAR及溫濕度

4.3 日光波長監測

韓國國家作物研究所采用兩日光波長監測系統研究不用顏色的遮棚對高麗參生長的影響。

每套系統包括系類傳感器，覆蓋UV、可見光、近紅外波段。所有的光傳感器安裝在高麗參的高度，一套系統安裝在紅色遮棚下，另一套安裝在藍色遮棚下，數采自動全天記錄光強、同時記錄空氣溫濕度和土壤溫度。

光傳感器的波段：一個4通道光傳感器的波段：400-480nm， 480-560nm，560-650nm，645-760nm，另一個4通道光傳感器的波段：760-850nm，850-950nm，950-1050nm， 400-1050nm， UVA，UVB， PAR， 總輻射。