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生态监测迈向物联网

已有 740 次阅读 2019-9-18 14:03 |个人分类:《科学通报》|系统分类:论文交流

中国科学院青藏高原研究所李新研究员及北京师范大学、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院植物研究所、中国科学院半导体研究所、中国科学院西北生态环境资源研究院研究团队,在Science Bulletin 最新出版的2019年第19期上发表论文“Internet of Things to network smart devices for ecosystem monitoring”,介绍了在典型脆弱生态区部署生态物联网综合监测系统的最新进展。

目前我国生态系统监测中存在设备严重依赖进口、部分观测尚未实现自动化和信息化、与遥感和模型尺度不匹配等瓶颈问题。因此,研发高精度、低成本,具有更强自动化和智能化水平,与遥感尺度相匹配的新型生态系统水-土-气-生过程关键参量监测设备,突破生态监测物联网关键技术,实现技术先进、性能可靠、高精度、多尺度、天地一体化的生态监测体系,是急需突破的关键技术问题。

该研究通过原始和集成创新,研发了四类生态监测设备,并在生态监测物联网关键技术上取得突破。四类监测设备包括:

(1)生态系统水热参量监测设备,包括直接测量大尺度蒸散发的双波段闪烁仪、植物液流仪、非插入便携式土壤水分测定仪、中尺度土壤水分测定仪,如图1。

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图1  生态系统水热参量监测设备示范

(2)土壤生物化学过程二氧化碳同位素综合观测系统(图2)。

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图2  多通道双循环土壤呼吸δ13C观测系统示范

(3)植被关键参量自动监测设备,包括冠层微细立体结构三维观测仪、分布式叶面积指数自动观测仪、树木径向生长自动观测仪、活立木密度观测仪、植物物候自动观测仪,如图3。

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图3  植被关键参量自动监测设备示范

(4)陆生脊椎动物监测设备,包括双CMOS 红外原位立体相机、小型脊椎动物侦测系统及触发传感器、陆生脊椎动物全天候监测数据自动采集终端。

在生态监测物联网关键技术方面,突破了通用型数据记录传输技术、远程无线组网与数据传输技术、生态监测信息化技术,实现了上述监测设备的无线组网和大数据量的低功耗长距离无线传输,成功研建生态监测信息系统平台。目前,已在典型脆弱生态区开展了生态监测物联网示范(图4),构建了群落-生态系统-景观多尺度生态物联网综合监测系统。

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图4  西北荒漠绿洲交接生态脆弱区生态物联网综合监测系统示范(以黑河流域农田生态系统为例)

该研究有助于增强我国生态监测的自动化、信息化、智能化水平。研究成果可推广至国家生态系统监测网络,服务于国家“两屏三带”生态安全屏障建设以及对脆弱生态区的大范围、全天候、立体化监测需求,对推进我国生态文明建设具有重要支撑作用。


 

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Li X,Zhao N, Jin R, et al. Internet of Things to network smart devices for ecosystem monitoring. Sci Bull, 2019, 64: 1234-1245

https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.07.004

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927319304013

 

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1 李剑超

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