自動化植被調(diào)查儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種自動化植被調(diào)查儀，其特征是:支架包括水平的方框和豎直的四條支腿，四條支腿分別安置于方框的四角；兩條導(dǎo)軌橫向安置于支架的橫向邊框上；一條縱向?qū)к壷糜趦蓷l橫向?qū)к壍膶?dǎo)軌滑塊上；導(dǎo)軌兩側(cè)安置到位開關(guān)；步進(jìn)電機(jī)分別安置于縱向?qū)к壓蜋M向?qū)к壣希积X輪安置于縱向?qū)к壖皺M向?qū)к壣?；步進(jìn)電機(jī)連接齒輪；齒輪及導(dǎo)軌滑塊通過齒輪皮帶連接；攝像頭置于縱向?qū)к壍膶?dǎo)軌滑塊上；支架橫桿上還安置控制器、太陽能板、溫濕度傳感器、雨滴傳感器、GPS傳感器；控制器分別連接步進(jìn)電機(jī)、攝像頭、溫濕度傳感器、雨滴傳感器、GPS傳感器。本發(fā)明具有連續(xù)定時按需自動觀測、觀測數(shù)據(jù)精度高頻次高、經(jīng)濟(jì)高效、減少研究人員野外調(diào)查風(fēng)險的效果。
【專利說明】
自動化植被調(diào)查儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于一種機(jī)械與自動控制領(lǐng)域，具體是指一種自動化植被調(diào)查儀。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]植被調(diào)查是生態(tài)學(xué)研究中最基本和最重要的研究手段，植被蓋度、高度、物種數(shù)是植被調(diào)查中必需的調(diào)查內(nèi)容。然而，傳統(tǒng)的植被調(diào)查主要依靠人工布置樣方進(jìn)行野外調(diào)查，這種方法要求專業(yè)研究人員進(jìn)行實地調(diào)查，導(dǎo)致耗時、耗力、效率低下；而且在調(diào)查過程中會造成對樣地的人為破壞，影響長期定點(diǎn)監(jiān)測;尤為重要的是:植被蓋度的調(diào)查主要靠調(diào)查人員的估算獲得，這種估算具有很大的不確定性;如果在高寒、干旱等自然條件惡劣、人跡罕至地區(qū)進(jìn)行人工實地調(diào)查的話，勢必會增加調(diào)查人員的研究風(fēng)險，同時增加調(diào)查過程中差旅、用車等費(fèi)用。為了克服人工植被調(diào)查過程中的這些不足，設(shè)計一種可以進(jìn)行連續(xù)定點(diǎn)觀測的自動化植被調(diào)查儀，尤其適用于高寒、干旱等自然條件惡劣、植被組成相對簡單的區(qū)域。以期使野外植被調(diào)查達(dá)到連續(xù)定時觀測(根據(jù)實驗要求設(shè)定任意觀測時間)、觀測數(shù)據(jù)精確(圖像分析)、經(jīng)濟(jì)高效(一次性安裝設(shè)備、數(shù)據(jù)自動實時傳輸)、安全(減少研究人員野外調(diào)查風(fēng)險)的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決傳統(tǒng)人工觀測方式的不足，根據(jù)科研需求，本發(fā)明的目的在于提供一種自動化植被調(diào)查儀，能實現(xiàn)在線植被樣方植被高度和蓋度自動測量的裝置，該裝置結(jié)合圖像三維重建技術(shù)，可實時測量樣方植被蓋度和高度，并獲取樣方植被生長過程，提高樣方植被蓋度和高度的測量精度，實現(xiàn)觀測的自動化與數(shù)字化。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種自動化植被調(diào)查儀，主要包括:控制器、太陽能板、溫濕度傳感器、GPS傳感器、雨滴傳感器、支架、橫向?qū)к?、縱向?qū)к?、縱向?qū)к壔瑝K、攝像頭、縱向步進(jìn)電機(jī)、橫向步進(jìn)電、傳動桿、齒輪、橫向到位開關(guān)支架、橫向到位開關(guān)、橫向?qū)к壔瑝K、縱向到位開關(guān)支架、縱向到位開關(guān)、縱向傳動齒輪支架、縱向傳動齒輪、橫向傳動齒輪支架、橫向傳動齒輪、橫向傳動齒輪皮帶、縱向傳動齒輪皮帶、支腿。
[0006]所述支架是由2個縱向邊框和2個橫向邊框構(gòu)成的水平方框，其四角安置支腿。
[0007]所述縱向邊框的一側(cè)設(shè)有控制器、太陽能板、溫濕度傳感器、GPS傳感器和雨滴傳感器，另一個縱向邊框上設(shè)有傳動桿;2個橫向邊框上設(shè)有2個橫向?qū)к?橫向?qū)к壣显O(shè)有橫向?qū)к壔瑝K;2個橫向?qū)к壔瑝K之間設(shè)有縱向?qū)к墶?br>[0008]所述縱向?qū)к壍膬啥嗽O(shè)有縱向傳動齒輪支架和縱向到位開關(guān)支架;縱向傳動齒輪支架上安裝縱向傳動齒輪;縱向到位開關(guān)支架上設(shè)有縱向到位開關(guān);2個縱向傳動齒輪之間通過縱向傳動齒輪皮帶連接。
[0009]所述縱向?qū)к壔瑝K穿過縱向?qū)к?，一端與縱向傳動齒輪皮帶連接，另一端設(shè)有攝像頭;縱向傳動齒輪與縱向步進(jìn)電機(jī)連接。
[0010]所述橫向?qū)к壍囊欢嗽O(shè)有橫向傳動齒輪支架;橫向?qū)к壍膬啥司O(shè)有橫向到位開關(guān)支架;橫向傳動齒輪支架上安裝橫向傳動齒輪;橫向到位開關(guān)支架上設(shè)有橫向到位開關(guān)。
[0011]上述傳動桿的兩端設(shè)有齒輪。
[0012]上述齒輪與橫向傳動齒輪之間通過橫向傳動齒輪皮帶連接。
[0013]上述橫向?qū)к壔瑝K穿過橫向?qū)к?，與橫向傳動齒輪皮帶連接。
[0014]上述橫向步進(jìn)電與齒輪連接。
[0015]上述控制器是由蓄電池組、單片機(jī)模塊、時鐘芯片模塊、SD存儲模塊、無線通信模塊、RS232串口模塊、溫濕度測量模塊、GPS測量模塊、下雨測量模塊、拍照控制模塊、電機(jī)控制模塊、開關(guān)控制模塊組成。
[0016]單片機(jī)模塊為核心部分，控制其它10個模塊運(yùn)行;時鐘芯片模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)時間及系統(tǒng)定時中斷的工作；SD存儲模塊負(fù)責(zé)運(yùn)行過程中的溫濕度測量數(shù)據(jù)、GPS測量數(shù)據(jù)、下雨測量數(shù)據(jù)和拍攝的照片的存儲;無線通信模塊完成裝置與遠(yuǎn)程控制中心的數(shù)據(jù)無線傳輸與控制;RS232串口模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)程序下載、配置與調(diào)試;溫濕度測量模塊采集樣地的空氣溫濕度;GPS測量模塊負(fù)責(zé)測量樣地的空間位置;下雨測量模塊負(fù)責(zé)測量降雨情況;拍照控制模塊負(fù)責(zé)采集測量過程中植被的照片；電機(jī)控制模塊和開關(guān)控制模塊負(fù)責(zé)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動與停止，實現(xiàn)攝像頭的移動，完成測量過程。
[0017]太陽能板、溫濕度傳感器、GPS傳感器和雨滴傳感器通過電線與控制器連接。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明將傳統(tǒng)的人工觀測方式改變?yōu)樽詣訙y量的方式，實現(xiàn)了實時遠(yuǎn)程自動控制，提高了植被樣方高度和蓋度的觀測精度和頻次。
[0019]2、本發(fā)明具有定時或按需測量、可獲取植被生長的環(huán)境數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠得到植被完整的生長過程數(shù)據(jù)。
[0020]3、本發(fā)明采用了植被樣方的整體觀測方案，觀測耗時少，提高了觀測效率。
[0021]4、本發(fā)明具有定位、存儲和通訊功能，完整記錄裝置運(yùn)行過程，實時遠(yuǎn)程獲取裝置工作狀態(tài)及環(huán)境狀況，并可以對裝置進(jìn)行反向控制。
[0022]5、本發(fā)明主要采用不銹鋼材料，防潮、防銹、防腐蝕、重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，成本低、易于安裝。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的正視圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的左視圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的俯視圖。
[0026]圖中:1-控制器;2-太陽能板;3-溫濕度傳感器;4-GPS傳感器;5_雨滴傳感器;6_支架;7-橫向?qū)к?8-縱向?qū)к?9-縱向?qū)к壔瑝K；10-攝像頭；11-縱向步進(jìn)電機(jī);12-橫向步進(jìn)電機(jī)；13-傳動桿；14-齒輪；15-橫向到位開關(guān)支架；16-橫向到位開關(guān)；17-橫向?qū)к壔瑝K；18-縱向到位開關(guān)支架;19-縱向到位開關(guān);20-縱向傳動齒輪支架;21-縱向傳動齒輪;22-橫向傳動齒輪支架;23-橫向傳動齒輪;24-橫向傳動齒輪皮帶；25-縱向傳動齒輪皮帶；26-支腿。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案再作進(jìn)一步的說明:
如圖1-3所示，一種自動化植被調(diào)查儀，主要包括控制器1、太陽能板2、溫濕度傳感器3、GPS傳感器4、雨滴傳感器5、支架6、橫向?qū)к?、縱向?qū)к?、縱向?qū)к壔瑝K9、攝像頭10、縱向步進(jìn)電機(jī)11、橫向步進(jìn)電12、傳動桿13、齒輪14、橫向到位開關(guān)支架15、橫向到位開關(guān)16、橫向?qū)к壔瑝K17、縱向到位開關(guān)支架18、縱向到位開關(guān)19、縱向傳動齒輪支架20、縱向傳動齒輪21、橫向傳動齒輪支架22、橫向傳動齒輪23、橫向傳動齒輪皮帶24、縱向傳動齒輪皮帶25、支腿26。
[0028]支架6是由2個縱向邊框和2個橫向邊框構(gòu)成的水平方框，其四角安置支腿26;縱向邊框的一側(cè)設(shè)有控制器1、太陽能板2、溫濕度傳感器3、GPS傳感器4和雨滴傳感器5，另一個縱向邊框上設(shè)有傳動桿13;2個橫向邊框上設(shè)有2個橫向?qū)к?;橫向?qū)к?上設(shè)有橫向?qū)к壔瑝K17; 2個橫向?qū)к壔瑝K17之間設(shè)有縱向?qū)к?。
[0029]縱向?qū)к?的兩端設(shè)有縱向傳動齒輪支架20和縱向到位開關(guān)支架18;縱向傳動齒輪支架20上安裝縱向傳動齒輪21;縱向到位開關(guān)支架18上設(shè)有縱向到位開關(guān)19; 2個縱向傳動齒輪21之間通過縱向傳動齒輪皮帶25連接;所述縱向?qū)к壔瑝K9穿過縱向?qū)к?，一端與縱向傳動齒輪皮帶25連接，另一端設(shè)有攝像頭1;縱向傳動齒輪21與縱向步進(jìn)電機(jī)11連接。
[0030]橫向?qū)к?的一端設(shè)有橫向傳動齒輪支架22;橫向?qū)к?的兩端均設(shè)有橫向到位開關(guān)支架15;橫向傳動齒輪支架22上安裝橫向傳動齒輪23;橫向到位開關(guān)支架15上設(shè)有橫向到位開關(guān)16。
[0031]傳動桿13的兩端設(shè)有齒輪14。
[0032]齒輪14與橫向傳動齒輪23之間通過橫向傳動齒輪皮帶24連接。
[0033]橫向?qū)к壔瑝K17穿過橫向?qū)к?，與橫向傳動齒輪皮帶24連接。
[0034]橫向步進(jìn)電12與齒輪14連接。
[0035]控制器I是由蓄電池組、單片機(jī)模塊、時鐘芯片模塊、SD存儲模塊、無線通信模塊、RS232串口模塊、溫濕度測量模塊、GPS測量模塊、下雨測量模塊、拍照控制模塊、電機(jī)控制模塊、開關(guān)控制模塊組成。
[0036]單片機(jī)模塊為核心部分，控制其它10個模塊運(yùn)行;時鐘芯片模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)時間及系統(tǒng)定時中斷的工作；SD存儲模塊負(fù)責(zé)運(yùn)行過程中的溫濕度測量數(shù)據(jù)、GPS測量數(shù)據(jù)、下雨測量數(shù)據(jù)和拍攝的照片的存儲;無線通信模塊完成裝置與遠(yuǎn)程控制中心的數(shù)據(jù)無線傳輸與控制;RS232串口模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)程序下載、配置與調(diào)試;溫濕度測量模塊采集樣地的空氣溫濕度;GPS測量模塊負(fù)責(zé)測量樣地的空間位置;下雨測量模塊負(fù)責(zé)測量降雨情況;拍照控制模塊負(fù)責(zé)采集測量過程中植被的照片；電機(jī)控制模塊和開關(guān)控制模塊負(fù)責(zé)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動與停止，實現(xiàn)攝像頭10的移動，完成測量過程。
[0037]太陽能板2、溫濕度傳感器3、GPS傳感器4和雨滴傳感器5通過電線與控制器I連接。實施例
[0038]使用時，將自動化植被調(diào)查儀安置于需要觀測的樣地，由控制器I自動控制整個裝置的運(yùn)行?？刂破鱅實時采集樣地的空氣溫濕度、空間位置和降雨情況數(shù)據(jù)，控制攝像頭10拍照和橫向步進(jìn)電機(jī)12以及縱向步進(jìn)電機(jī)11運(yùn)轉(zhuǎn)，并記錄測量數(shù)據(jù)。當(dāng)裝置開始運(yùn)行時，首先采集樣地的空氣溫濕度、空間位置和降雨情況數(shù)據(jù);然后控制縱向步進(jìn)電機(jī)11開始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶到攝像頭10從縱向?qū)к?—端開始沿縱向?qū)к?運(yùn)動，同時控制攝像頭10按設(shè)置時間間隔連續(xù)拍照，當(dāng)攝像頭10到達(dá)縱向?qū)к?另一端時，碰觸縱向到位開關(guān)19，縱向步進(jìn)電機(jī)11和攝像頭10停止工作;然后橫向步進(jìn)電機(jī)12開始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動縱向?qū)к?從橫向?qū)к?—端沿橫向?qū)к?移動，即帶動攝像頭10沿橫向?qū)к?移動，當(dāng)橫向?qū)к?移動設(shè)置的距離間隔后，橫向步進(jìn)電機(jī)12停止工作，縱向步進(jìn)電機(jī)11反向轉(zhuǎn)動，帶動攝像頭1沿縱向?qū)к壏聪蛞苿?，同時控制攝像頭10按設(shè)置時間間隔連續(xù)拍照，當(dāng)攝像頭10到達(dá)縱向?qū)к?另一端時，碰觸縱向到位開關(guān)19，縱向步進(jìn)電機(jī)11和攝像頭10停止工作;然后橫向步進(jìn)電機(jī)12開始運(yùn)轉(zhuǎn)，繼續(xù)帶動縱向?qū)к?沿橫向?qū)к?向橫向?qū)к?另一端移動；當(dāng)縱向?qū)к?到達(dá)橫向?qū)к?另一端時，碰觸橫向到位開關(guān)16，橫向步進(jìn)電機(jī)12開始反轉(zhuǎn)，帶動縱向?qū)к?向初始端移動，當(dāng)縱向?qū)к?到達(dá)初始端時，碰觸橫向到位開關(guān)16，橫向步進(jìn)電機(jī)12停止工作;然后縱向步進(jìn)電機(jī)11開始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶到攝像頭10向初始端移動，當(dāng)攝像頭10到達(dá)初始端時，觸碰縱向到位開關(guān)19，完成一次完整測量過程，同時，測量數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)保存到SD存儲模塊，再通過無線通信模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。
【主權(quán)項】
1.一種自動化植被調(diào)查儀，包括控制器(I)、太陽能板(2)、溫濕度傳感器(3)、GPS傳感器(4)、雨滴傳感器(5)、支架(6)、橫向?qū)к?7)、縱向?qū)к?8)、縱向?qū)к壔瑝K(9)、攝像頭(10)、縱向步進(jìn)電機(jī)(11)、橫向步進(jìn)電(12)、傳動桿(13)、齒輪(14)、橫向到位開關(guān)支架(15)、橫向到位開關(guān)(16)、橫向?qū)к壔瑝K(17)、縱向到位開關(guān)支架(18)、縱向到位開關(guān)(19)、縱向傳動齒輪支架(20 )、縱向傳動齒輪(21)、橫向傳動齒輪支架(22 )、橫向傳動齒輪(23 )、橫向傳動齒輪皮帶(24)、縱向傳動齒輪皮帶(25)、支腿(26)，其特征在于:所述支架(6)是由2個縱向邊框和2個橫向邊框構(gòu)成的水平方框，其四角安置支腿(26);所述縱向邊框的一側(cè)設(shè)有控制器(I)、太陽能板(2)、溫濕度傳感器(3)、GPS傳感器(4)和雨滴傳感器(5)，另一個縱向邊框上設(shè)有傳動桿(13);所述2個橫向邊框上設(shè)有2個橫向?qū)к?7);橫向?qū)к?7)上設(shè)有橫向?qū)к壔瑝K(17);2個橫向?qū)к壔瑝K(17)之間設(shè)有縱向?qū)к?8);所述縱向?qū)к?8)的兩端設(shè)有縱向傳動齒輪支架(20 )和縱向到位開關(guān)支架(18);縱向傳動齒輪支架(20 )上安裝縱向傳動齒輪(21);縱向到位開關(guān)支架(18)上設(shè)有縱向到位開關(guān)(19 ) ; 2個縱向傳動齒輪(21)之間通過縱向傳動齒輪皮帶(25)連接;所述縱向?qū)к壔瑝K(9)穿過縱向?qū)к?8)，一端與縱向傳動齒輪皮帶(25 )連接，另一端設(shè)有攝像頭(1 );縱向傳動齒輪(21)與縱向步進(jìn)電機(jī)(11)連接;所述橫向?qū)к?7)的一端設(shè)有橫向傳動齒輪支架(22);橫向?qū)к?7)的兩端均設(shè)有橫向到位開關(guān)支架(15);橫向傳動齒輪支架(22)上安裝橫向傳動齒輪(23);橫向到位開關(guān)支架(15)上設(shè)有橫向到位開關(guān)(16);所述傳動桿(13)的兩端設(shè)有齒輪(14);所述齒輪(14)與橫向傳動齒輪(23)之間通過橫向傳動齒輪皮帶(24)連接;所述橫向?qū)к壔瑝K(17)穿過橫向?qū)к?7)，與橫向傳動齒輪皮帶(24)連接;所述橫向步進(jìn)電機(jī)(12)與齒輪(14)連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種自動化植被調(diào)查儀，其特征在于:所述控制器(I)是由蓄電池組、單片機(jī)模塊、時鐘芯片模塊、SD存儲模塊、無線通信模塊、RS232串口模塊、溫濕度測量模塊、GPS測量模塊、下雨測量模塊、拍照控制模塊、電機(jī)控制模塊、開關(guān)控制模塊組成。3.如權(quán)利要求2所述的一種自動化植被調(diào)查儀，其特征在于:所述單片機(jī)模塊為核心部分，控制其它10個模塊運(yùn)行。4.如權(quán)利要求2或3所述的一種自動化植被調(diào)查儀，其特征在于:所述時鐘芯片模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)時間及系統(tǒng)定時中斷的工作;所述SD存儲模塊負(fù)責(zé)運(yùn)行過程中的溫濕度測量數(shù)據(jù)、GPS測量數(shù)據(jù)、下雨測量數(shù)據(jù)和拍攝的照片的存儲;所述無線通信模塊完成裝置與遠(yuǎn)程控制中心的數(shù)據(jù)無線傳輸與控制;所述RS232串口模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)程序下載、配置與調(diào)試;所述溫濕度測量模塊采集樣地的空氣溫濕度;所述GPS測量模塊負(fù)責(zé)測量樣地的空間位置;所述下雨測量模塊負(fù)責(zé)測量降雨情況;所述拍照控制模塊負(fù)責(zé)采集測量過程中植被的照片;所述電機(jī)控制模塊和開關(guān)控制模塊負(fù)責(zé)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動與停止，實現(xiàn)攝像頭10的移動，完成測量過程。5.如權(quán)利要求1所述的一種自動化植被調(diào)查儀，其特征在于:所述太陽能板(2)、溫濕度傳感器(3)、GPS傳感器(4)和雨滴傳感器(5)通過電線與控制器(I)連接。
【文檔編號】G01D21/02GK105973309SQ201610472620
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】馮克庭, 王少昆, 張陽, 趙學(xué)勇
【申請人】中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所