自动化植被调查仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种自动化植被调查仪，其特征是:支架包括水平的方框和竖直的四条支腿，四条支腿分别安置于方框的四角；两条导轨横向安置于支架的横向边框上；一条纵向导轨置于两条横向导轨的导轨滑块上；导轨两侧安置到位开关；步进电机分别安置于纵向导轨和横向导轨上；齿轮安置于纵向导轨及横向导轨上；步进电机连接齿轮；齿轮及导轨滑块通过齿轮皮带连接；摄像头置于纵向导轨的导轨滑块上；支架横杆上还安置控制器、太阳能板、温湿度传感器、雨滴传感器、GPS传感器；控制器分别连接步进电机、摄像头、温湿度传感器、雨滴传感器、GPS传感器。本发明具有连续定时按需自动观测、观测数据精度高频次高、经济高效、减少研究人员野外调查风险的效果。
【专利说明】
自动化植被调查仪
技术领域
[0001]本发明属于一种机械与自动控制领域，具体是指一种自动化植被调查仪。
[0002]
【背景技术】
[0003]植被调查是生态学研究中最基本和最重要的研究手段，植被盖度、高度、物种数是植被调查中必需的调查内容。然而，传统的植被调查主要依靠人工布置样方进行野外调查，这种方法要求专业研究人员进行实地调查，导致耗时、耗力、效率低下；而且在调查过程中会造成对样地的人为破坏，影响长期定点监测;尤为重要的是:植被盖度的调查主要靠调查人员的估算获得，这种估算具有很大的不确定性;如果在高寒、干旱等自然条件恶劣、人迹罕至地区进行人工实地调查的话，势必会增加调查人员的研究风险，同时增加调查过程中差旅、用车等费用。为了克服人工植被调查过程中的这些不足，设计一种可以进行连续定点观测的自动化植被调查仪，尤其适用于高寒、干旱等自然条件恶劣、植被组成相对简单的区域。以期使野外植被调查达到连续定时观测(根据实验要求设定任意观测时间)、观测数据精确(图像分析)、经济高效(一次性安装设备、数据自动实时传输)、安全(减少研究人员野外调查风险)的效果。
【发明内容】
[0004]为了解决传统人工观测方式的不足，根据科研需求，本发明的目的在于提供一种自动化植被调查仪，能实现在线植被样方植被高度和盖度自动测量的装置，该装置结合图像三维重建技术，可实时测量样方植被盖度和高度，并获取样方植被生长过程，提高样方植被盖度和高度的测量精度，实现观测的自动化与数字化。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
一种自动化植被调查仪，主要包括:控制器、太阳能板、温湿度传感器、GPS传感器、雨滴传感器、支架、横向导轨、纵向导轨、纵向导轨滑块、摄像头、纵向步进电机、横向步进电、传动杆、齿轮、横向到位开关支架、横向到位开关、横向导轨滑块、纵向到位开关支架、纵向到位开关、纵向传动齿轮支架、纵向传动齿轮、横向传动齿轮支架、横向传动齿轮、横向传动齿轮皮带、纵向传动齿轮皮带、支腿。
[0006]所述支架是由2个纵向边框和2个横向边框构成的水平方框，其四角安置支腿。
[0007]所述纵向边框的一侧设有控制器、太阳能板、温湿度传感器、GPS传感器和雨滴传感器，另一个纵向边框上设有传动杆;2个横向边框上设有2个横向导轨;横向导轨上设有横向导轨滑块;2个横向导轨滑块之间设有纵向导轨。
[0008]所述纵向导轨的两端设有纵向传动齿轮支架和纵向到位开关支架;纵向传动齿轮支架上安装纵向传动齿轮;纵向到位开关支架上设有纵向到位开关;2个纵向传动齿轮之间通过纵向传动齿轮皮带连接。
[0009]所述纵向导轨滑块穿过纵向导轨，一端与纵向传动齿轮皮带连接，另一端设有摄像头;纵向传动齿轮与纵向步进电机连接。
[0010]所述横向导轨的一端设有横向传动齿轮支架;横向导轨的两端均设有横向到位开关支架;横向传动齿轮支架上安装横向传动齿轮;横向到位开关支架上设有横向到位开关。
[0011]上述传动杆的两端设有齿轮。
[0012]上述齿轮与横向传动齿轮之间通过横向传动齿轮皮带连接。
[0013]上述横向导轨滑块穿过横向导轨，与横向传动齿轮皮带连接。
[0014]上述横向步进电与齿轮连接。
[0015]上述控制器是由蓄电池组、单片机模块、时钟芯片模块、SD存储模块、无线通信模块、RS232串口模块、温湿度测量模块、GPS测量模块、下雨测量模块、拍照控制模块、电机控制模块、开关控制模块组成。
[0016]单片机模块为核心部分，控制其它10个模块运行;时钟芯片模块负责系统时间及系统定时中断的工作；SD存储模块负责运行过程中的温湿度测量数据、GPS测量数据、下雨测量数据和拍摄的照片的存储;无线通信模块完成装置与远程控制中心的数据无线传输与控制;RS232串口模块负责系统程序下载、配置与调试;温湿度测量模块采集样地的空气温湿度;GPS测量模块负责测量样地的空间位置;下雨测量模块负责测量降雨情况;拍照控制模块负责采集测量过程中植被的照片；电机控制模块和开关控制模块负责控制步进电机的转动与停止，实现摄像头的移动，完成测量过程。
[0017]太阳能板、温湿度传感器、GPS传感器和雨滴传感器通过电线与控制器连接。
[0018]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
1、本发明将传统的人工观测方式改变为自动测量的方式，实现了实时远程自动控制，提高了植被样方高度和盖度的观测精度和频次。
[0019]2、本发明具有定时或按需测量、可获取植被生长的环境数据的优点，能够得到植被完整的生长过程数据。
[0020]3、本发明采用了植被样方的整体观测方案，观测耗时少，提高了观测效率。
[0021]4、本发明具有定位、存储和通讯功能，完整记录装置运行过程，实时远程获取装置工作状态及环境状况，并可以对装置进行反向控制。
[0022]5、本发明主要采用不锈钢材料，防潮、防锈、防腐蚀、重量轻，结构简单，成本低、易于安装。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的正视图。
[0024]图2是本发明的左视图。
[0025]图3是本发明的俯视图。
[0026]图中:1-控制器;2-太阳能板;3-温湿度传感器;4-GPS传感器;5_雨滴传感器;6_支架;7-横向导轨;8-纵向导轨;9-纵向导轨滑块；10-摄像头；11-纵向步进电机;12-横向步进电机；13-传动杆；14-齿轮；15-横向到位开关支架；16-横向到位开关；17-横向导轨滑块；18-纵向到位开关支架;19-纵向到位开关;20-纵向传动齿轮支架;21-纵向传动齿轮;22-横向传动齿轮支架;23-横向传动齿轮;24-横向传动齿轮皮带；25-纵向传动齿轮皮带；26-支腿。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明:
如图1-3所示，一种自动化植被调查仪，主要包括控制器1、太阳能板2、温湿度传感器3、GPS传感器4、雨滴传感器5、支架6、横向导轨7、纵向导轨8、纵向导轨滑块9、摄像头10、纵向步进电机11、横向步进电12、传动杆13、齿轮14、横向到位开关支架15、横向到位开关16、横向导轨滑块17、纵向到位开关支架18、纵向到位开关19、纵向传动齿轮支架20、纵向传动齿轮21、横向传动齿轮支架22、横向传动齿轮23、横向传动齿轮皮带24、纵向传动齿轮皮带25、支腿26。
[0028]支架6是由2个纵向边框和2个横向边框构成的水平方框，其四角安置支腿26;纵向边框的一侧设有控制器1、太阳能板2、温湿度传感器3、GPS传感器4和雨滴传感器5，另一个纵向边框上设有传动杆13;2个横向边框上设有2个横向导轨7;横向导轨7上设有横向导轨滑块17; 2个横向导轨滑块17之间设有纵向导轨8。
[0029]纵向导轨8的两端设有纵向传动齿轮支架20和纵向到位开关支架18;纵向传动齿轮支架20上安装纵向传动齿轮21;纵向到位开关支架18上设有纵向到位开关19; 2个纵向传动齿轮21之间通过纵向传动齿轮皮带25连接;所述纵向导轨滑块9穿过纵向导轨8，一端与纵向传动齿轮皮带25连接，另一端设有摄像头1;纵向传动齿轮21与纵向步进电机11连接。
[0030]横向导轨7的一端设有横向传动齿轮支架22;横向导轨7的两端均设有横向到位开关支架15;横向传动齿轮支架22上安装横向传动齿轮23;横向到位开关支架15上设有横向到位开关16。
[0031]传动杆13的两端设有齿轮14。
[0032]齿轮14与横向传动齿轮23之间通过横向传动齿轮皮带24连接。
[0033]横向导轨滑块17穿过横向导轨7，与横向传动齿轮皮带24连接。
[0034]横向步进电12与齿轮14连接。
[0035]控制器I是由蓄电池组、单片机模块、时钟芯片模块、SD存储模块、无线通信模块、RS232串口模块、温湿度测量模块、GPS测量模块、下雨测量模块、拍照控制模块、电机控制模块、开关控制模块组成。
[0036]单片机模块为核心部分，控制其它10个模块运行;时钟芯片模块负责系统时间及系统定时中断的工作；SD存储模块负责运行过程中的温湿度测量数据、GPS测量数据、下雨测量数据和拍摄的照片的存储;无线通信模块完成装置与远程控制中心的数据无线传输与控制;RS232串口模块负责系统程序下载、配置与调试;温湿度测量模块采集样地的空气温湿度;GPS测量模块负责测量样地的空间位置;下雨测量模块负责测量降雨情况;拍照控制模块负责采集测量过程中植被的照片；电机控制模块和开关控制模块负责控制步进电机的转动与停止，实现摄像头10的移动，完成测量过程。
[0037]太阳能板2、温湿度传感器3、GPS传感器4和雨滴传感器5通过电线与控制器I连接。实施例
[0038]使用时，将自动化植被调查仪安置于需要观测的样地，由控制器I自动控制整个装置的运行。控制器I实时采集样地的空气温湿度、空间位置和降雨情况数据，控制摄像头10拍照和横向步进电机12以及纵向步进电机11运转，并记录测量数据。当装置开始运行时，首先采集样地的空气温湿度、空间位置和降雨情况数据;然后控制纵向步进电机11开始运转，带到摄像头10从纵向导轨8—端开始沿纵向导轨8运动，同时控制摄像头10按设置时间间隔连续拍照，当摄像头10到达纵向导轨8另一端时，碰触纵向到位开关19，纵向步进电机11和摄像头10停止工作;然后横向步进电机12开始运转，带动纵向导轨8从横向导轨7—端沿横向导轨7移动，即带动摄像头10沿横向导轨7移动，当横向导轨8移动设置的距离间隔后，横向步进电机12停止工作，纵向步进电机11反向转动，带动摄像头1沿纵向导轨反向移动，同时控制摄像头10按设置时间间隔连续拍照，当摄像头10到达纵向导轨8另一端时，碰触纵向到位开关19，纵向步进电机11和摄像头10停止工作;然后横向步进电机12开始运转，继续带动纵向导轨8沿横向导轨7向横向导轨7另一端移动；当纵向导轨8到达横向导轨7另一端时，碰触横向到位开关16，横向步进电机12开始反转，带动纵向导轨8向初始端移动，当纵向导轨8到达初始端时，碰触横向到位开关16，横向步进电机12停止工作;然后纵向步进电机11开始运转，带到摄像头10向初始端移动，当摄像头10到达初始端时，触碰纵向到位开关19，完成一次完整测量过程，同时，测量数据和运行状态参数保存到SD存储模块，再通过无线通信模块发送到远程数据中心。
【主权项】
1.一种自动化植被调查仪，包括控制器(I)、太阳能板(2)、温湿度传感器(3)、GPS传感器(4)、雨滴传感器(5)、支架(6)、横向导轨(7)、纵向导轨(8)、纵向导轨滑块(9)、摄像头(10)、纵向步进电机(11)、横向步进电(12)、传动杆(13)、齿轮(14)、横向到位开关支架(15)、横向到位开关(16)、横向导轨滑块(17)、纵向到位开关支架(18)、纵向到位开关(19)、纵向传动齿轮支架(20 )、纵向传动齿轮(21)、横向传动齿轮支架(22 )、横向传动齿轮(23 )、横向传动齿轮皮带(24)、纵向传动齿轮皮带(25)、支腿(26)，其特征在于:所述支架(6)是由2个纵向边框和2个横向边框构成的水平方框，其四角安置支腿(26);所述纵向边框的一侧设有控制器(I)、太阳能板(2)、温湿度传感器(3)、GPS传感器(4)和雨滴传感器(5)，另一个纵向边框上设有传动杆(13);所述2个横向边框上设有2个横向导轨(7);横向导轨(7)上设有横向导轨滑块(17);2个横向导轨滑块(17)之间设有纵向导轨(8);所述纵向导轨(8)的两端设有纵向传动齿轮支架(20 )和纵向到位开关支架(18);纵向传动齿轮支架(20 )上安装纵向传动齿轮(21);纵向到位开关支架(18)上设有纵向到位开关(19 ) ; 2个纵向传动齿轮(21)之间通过纵向传动齿轮皮带(25)连接;所述纵向导轨滑块(9)穿过纵向导轨(8)，一端与纵向传动齿轮皮带(25 )连接，另一端设有摄像头(1 );纵向传动齿轮(21)与纵向步进电机(11)连接;所述横向导轨(7)的一端设有横向传动齿轮支架(22);横向导轨(7)的两端均设有横向到位开关支架(15);横向传动齿轮支架(22)上安装横向传动齿轮(23);横向到位开关支架(15)上设有横向到位开关(16);所述传动杆(13)的两端设有齿轮(14);所述齿轮(14)与横向传动齿轮(23)之间通过横向传动齿轮皮带(24)连接;所述横向导轨滑块(17)穿过横向导轨(7)，与横向传动齿轮皮带(24)连接;所述横向步进电机(12)与齿轮(14)连接。2.如权利要求1所述的一种自动化植被调查仪，其特征在于:所述控制器(I)是由蓄电池组、单片机模块、时钟芯片模块、SD存储模块、无线通信模块、RS232串口模块、温湿度测量模块、GPS测量模块、下雨测量模块、拍照控制模块、电机控制模块、开关控制模块组成。3.如权利要求2所述的一种自动化植被调查仪，其特征在于:所述单片机模块为核心部分，控制其它10个模块运行。4.如权利要求2或3所述的一种自动化植被调查仪，其特征在于:所述时钟芯片模块负责系统时间及系统定时中断的工作;所述SD存储模块负责运行过程中的温湿度测量数据、GPS测量数据、下雨测量数据和拍摄的照片的存储;所述无线通信模块完成装置与远程控制中心的数据无线传输与控制;所述RS232串口模块负责系统程序下载、配置与调试;所述温湿度测量模块采集样地的空气温湿度;所述GPS测量模块负责测量样地的空间位置;所述下雨测量模块负责测量降雨情况;所述拍照控制模块负责采集测量过程中植被的照片;所述电机控制模块和开关控制模块负责控制步进电机的转动与停止，实现摄像头10的移动，完成测量过程。5.如权利要求1所述的一种自动化植被调查仪，其特征在于:所述太阳能板(2)、温湿度传感器(3)、GPS传感器(4)和雨滴传感器(5)通过电线与控制器(I)连接。
【文档编号】G01D21/02GK105973309SQ201610472620
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】冯克庭, 王少昆, 张阳, 赵学勇
【申请人】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所