1 背景

 莖流、葉溫、莖粗變化是植物的重要生理指標(biāo)，而光照、土壤濕度、空氣溫濕度是影響重要指標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)境因子。樹木液流的日變化呈單峰格型，不同胸徑樹木的液流日變化格型有很大差異，前人對液流和樹形的研究有些僅著眼于液流瞬時(shí)值水平，缺少對液流整體格局特征的認(rèn)識，也有用樹形分級的方法對液流和樹形關(guān)系進(jìn)行探討，但該方法存在尺度擴(kuò)展過程中容易引起誤差的缺點(diǎn)。

當(dāng)根系吸水充足時(shí)莖干膨脹，虧缺時(shí)莖干收縮。因而可以用莖直徑變化反應(yīng)植株體內(nèi)水分狀況變化。

該系統(tǒng)通過莖流大小測試植株的耗水量，通過葉溫預(yù)報(bào)植物需水量，利用植物器官（莖、葉、果實(shí)等）體積微變化動(dòng)態(tài)反應(yīng)植物體內(nèi)水分狀況，廣泛用于植物水分利用、水量平衡、能量平衡、灌溉等研究領(lǐng)域。

2 系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)

ENVIdata-DT 植物莖流葉溫莖粗氣象（生理生態(tài)）監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、莖流傳感器、冠層葉溫傳感器、作物莖桿變化或樹木生長傳感器及氣象傳感器組成。按用戶設(shè)定的測量間隔定時(shí)、自動(dòng)測量莖流、葉溫和生長參數(shù)。

該系統(tǒng)通過Internet傳輸數(shù)據(jù)，用戶無需到測點(diǎn)下載數(shù)據(jù)，只要能上網(wǎng)，可隨時(shí)查看系統(tǒng)運(yùn)行情況、下載和歷史數(shù)據(jù)。

2.1 傳感器

2.1.1 TDP熱擴(kuò)散莖流傳感器

應(yīng)用熱擴(kuò)散原理，測量不同樹種的莖流量。該原理能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測莖流，并且受環(huán)境因素的干擾相對小。探頭適用于直徑75mm以上的樹干，安裝容易，可以重復(fù)使用。TDP-30和TDP-50每個(gè)探頭占用一個(gè)單端模擬通道，TDP-80每個(gè)探頭占用兩個(gè)單端模擬通道。安裝工具隨探頭提供。

SG系列探頭應(yīng)用熱平衡原理，多種尺寸系列可以適于安裝在直徑2.1至175mm的草本或木本植物莖干上。該探頭無需校正，不用穿刺到樹干中。每個(gè)探頭占用3個(gè)單端模擬通道。探頭所需的安裝附件隨探頭提供。

系統(tǒng)配有電壓調(diào)節(jié)器為探頭供電，可以同時(shí)輸出兩種不同的電壓，功率能夠滿足所有探頭的耗電量。

 2.1.2 紅外葉溫測量

紅外葉溫傳感器是基于斯特藩-玻爾茲曼定律（Stefan-Boltzmann law）

特點(diǎn)：測量植物冠層、土壤、水面等溫度

 技術(shù)指標(biāo)：

  測量范圍：-10…65℃ 

  精度：-10…+65℃, ±0.2℃  

        -40…+70℃  , ±0.5℃

  工作溫度：-55….+80℃  0…* RH

2.1.3莖粗傳感器

D6 樹木胸徑傳感器

D6樹木生長應(yīng)變傳感器用于連續(xù)、高精度、自動(dòng)測量樹木的周長變化。體積小、重量輕，可輕松安裝在樹干上，對樹皮或樹木的生長沒有任何損害。

整個(gè)傳感器象帶子一樣纏繞樹木，用彈簧定位。樹木尺寸的變化直接傳遞到傳感器,瞬時(shí)記錄樹木對環(huán)境影響的反應(yīng)、樹皮的膨脹、導(dǎo)管水位或細(xì)胞分裂等。

樹木尺寸變化通過帶子傳遞到傳感器，在應(yīng)變傳感器中轉(zhuǎn)換成電阻信號。帶子受溫度影響很小。帶子和樹皮間有一個(gè)特富龍層，減少帶子的摩擦力，同時(shí)確保帶子不受結(jié)冰、樹脂或結(jié)疤的影響。

特點(diǎn)：

l 連續(xù)、高精度測量樹木的周長變化

l 安裝簡單，無需破壞樹皮或影響樹木的生長

l 測量樹木生長的日變化，精度達(dá)5um

l zui小化測量帶與樹皮間的摩擦力及溫度的影響

l 調(diào)節(jié)測量帶，可輕松擴(kuò)大測量范圍

2.1.1 氣象傳感器 

Thies多參數(shù)傳感器

傳感器高度集成，可測多種參數(shù)。風(fēng)向風(fēng)速采用*的超聲技術(shù)，內(nèi)置GPS接收功能。長時(shí)間使用而無需維護(hù)。特別適用于沿?；蛴星治g的地區(qū)。

測量參數(shù)：風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度（超聲波測量）、空氣濕度、氣壓、光照強(qiáng)度、降雨量。

信號輸出：

數(shù)字信號輸出

端口：RS485/422

波特率：1200~921600波特率

輸出：瞬時(shí)值，平均值

輸出頻率：10到0.1HZ

通訊協(xié)議：ASCLL,MODBUS-RTU

模擬信號輸出

輸出：0~10V,2~10V瞬時(shí)值，平均值

輸出間隔：10ms

精度：16bit

結(jié)構(gòu)功能

2.2、數(shù)據(jù)采集器

DT系列數(shù)據(jù)采集器是一款堅(jiān)固、獨(dú)立、低能耗的數(shù)據(jù)采集器，具有支持U盤、18位分辨率、通訊性能可擴(kuò)展及內(nèi)嵌顯示屏等特性。DT80的雙通道隔離概念可同時(shí)使用多達(dá)10個(gè)隔離或15個(gè)共用參考模擬輸入，配置擴(kuò)展模塊后zui多可通道可擴(kuò)展至600個(gè)。

DT系列數(shù)據(jù)支持SDI-12傳感器組網(wǎng)，支持SCADA系統(tǒng)的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V電源為傳感器供電。工作溫度zui低可達(dá)-45℃。

2.3、ENVIdata數(shù)據(jù)傳輸和管理

該系統(tǒng)直接將數(shù)據(jù)傳送到/span> (中國生態(tài)數(shù)據(jù)網(wǎng))上，通過對監(jiān)測的生態(tài)環(huán)境因子的時(shí)序變化和相關(guān)性分析，確定監(jiān)測對象的狀態(tài)發(fā)展。

ENVIdata 服務(wù)器軟件既可以作為獨(dú)立的應(yīng)用軟件，運(yùn)行在用戶的服務(wù)器上；也可以運(yùn)行在澳作公司安全的服務(wù)器上，為多個(gè)用戶提供數(shù)據(jù)接收服務(wù)，同時(shí)幫助用戶監(jiān)控野外測點(diǎn)硬件系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

澳作公司ENVIdata系列生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是業(yè)內(nèi)成功獲得 ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，于2010年獲得 ISO9001 質(zhì)量認(rèn)證書，至今全部通過專家的年度復(fù)核，確保系統(tǒng)集成的品質(zhì)

用戶采用用戶名和密碼登陸，只要能上網(wǎng)，就能瀏覽實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)

特點(diǎn)：

1） 生態(tài)環(huán)境信息以各種時(shí)間間隔 （分鐘、每小時(shí)、每天）發(fā)送到上。

2） 用戶只要能上網(wǎng)，既可瀏覽實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3） 中心服務(wù)器中文界面，便于操作和管理

4） 提供多參數(shù)、實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)曲線圖

5） 系統(tǒng)提供多站點(diǎn)地圖顯示

ENVIdata 數(shù)據(jù)服務(wù)平臺已為國內(nèi)的客戶服務(wù)3年，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。

3、技術(shù)指標(biāo)

數(shù)據(jù)采集：

zui大掃描速率：25Hz

處理器：采用18位A/D轉(zhuǎn)換器,精度±0.025%

存儲(chǔ)：128Mb可無限擴(kuò)展，內(nèi)存可存儲(chǔ)130,000個(gè)讀數(shù)，可使用PC卡或閃存可（可存儲(chǔ)65,000個(gè)讀數(shù)）

U盤存儲(chǔ)：兼容USB1.1或USB2.0驅(qū)動(dòng)，每兆約90,000采集數(shù)字點(diǎn)

LCD液晶顯示，2線16字母的LCD液晶顯示和6個(gè)按鍵用于查看通道及數(shù)采狀態(tài)和功能執(zhí)行

通訊：RS232、USB、以太網(wǎng)等

采樣間隔：10ms至天，可自定義

輸出值種類：平均值, zui大值, zui小值, 取樣值 (Sample), 向量值, 累計(jì)值 ( Totalize )等

工作溫度范圍-45~70℃

時(shí)鐘精準(zhǔn)度：約±1分鐘/年0-40℃；約±4分鐘/年-40-70℃

供電電壓：10~30VDC

工作濕度85%（無水汽凝結(jié)）

DT80：

模擬輸入：5-15個(gè)單端通道（10個(gè)差分）

脈沖通道：12個(gè)

數(shù)字I/O口：8個(gè)

DT82E：

模擬輸入：2-6個(gè)單端通道（4個(gè)差分）

脈沖通道：8個(gè)

數(shù)字I/O口：4個(gè)

DT82I：

模擬輸入：2-6個(gè)單端通道（4個(gè)差分）

脈沖通道：8個(gè)

數(shù)字I/O口：4個(gè)

DT85：

模擬輸入：12-48個(gè)單端通道（32個(gè)差分）

脈沖通道：15個(gè)

數(shù)字I/O口：8個(gè)

傳感器：

葉溫：紅外原理，測量范圍：-10…65℃

精度：-10…+65℃, ±0.2℃  ;  -40…+70℃  , ±0.5℃

工作溫度：-55….+80℃  0…* RH

樹木莖粗：測量范圍：50mm，精度：5um

數(shù)據(jù)傳輸：ENVIdata internet 連續(xù)、在線接收數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)輸出：實(shí)時(shí)傳輸，網(wǎng)上下載，同時(shí)郵件傳送

數(shù)據(jù)格式：文本、曲線、地圖顯示，一屏可同時(shí)顯示兩個(gè)參數(shù)

氣象：Thies多參數(shù)傳感器：

風(fēng)速：

量程：0~60m/s

分辨率：0.1m/s

精度：±0.3 m/s rms @ WG ≤ 5 m/s

±3% rms @ WG > 5 m/s

±5% rms @ WG > 50 m/s

風(fēng)向：

量程：0~360°

分辨率：1°

精度：±2° @ WG > 2 m/s

空氣溫度（超聲波測量）：

量程：-30~70°C

分辨率：0.1°C

精度：±0.5°C

空氣溫度：

量程：-30~70°C

分辨率：0.01°C

精度：±0.5°C

空氣濕度：

量程：0~*

分辨率：0.1%

精度：±3%（10~90%）

氣壓

量程：300~1100hPa

分辨率：0.01hPa

精度：±0.5hPa（20°C）

光照強(qiáng)度

量程：0~150kLux

分辨率：30Lux

精度：±3%的測量值，3 Lux每分鐘

降雨量

量程：0~10mm每分鐘

分辨率：0.01mm

4、 應(yīng)用案例

木質(zhì)部變化或者樹皮的膨脹依賴于一天的測量時(shí)間，天氣、溫濕度等條件，這就導(dǎo)致樹木莖桿周長的變化是雙向的。

由于太陽升起導(dǎo)致蒸騰作用會(huì)導(dǎo)致樹干周長減小，相應(yīng)的日落后蒸騰作用結(jié)束樹干周長會(huì)增大，這種雙向變化也依賴于天氣（是否干燥，降雨）。

樹木莖干周長日變化大約在±0.5 mm to±2.5 mm 。樹體一天周長變化（D6測量）如下：