CN112601191A - 一种基于卫星通信的林木生长监控装置及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于卫星通信的林木生长监控装置及其监控方法，林木生长监控装置包括中央处理器、林木粗细监测系统、环境监测系统、土壤监测系统、光照监测系统、通信系统、定位模块、存储模块、电源模块、地面卫星站、后方管理平台，本发明无需人工检测，降低了人工成本，使得在山区、林区、大漠等条件恶劣场所的林木生长研究可以顺利进行，一次安装长时间免去维护与人工监测，具有很高的实用性，实现了林木生长情况与生长环境参数的获取与利用北斗卫星进行无线传输。

Description

一种基于卫星通信的林木生长监控装置及其监控方法

技术领域

本发明涉及一种基于卫星通信的林木生长监控装置及其监控方法。

背景技术

在现代植物研究、农业生产、林木保护等领域，对林木生长及其物候的监测的要求是非常高的，通过空气温度、相对湿度、CO2浓度、茎杆微变化、叶片湿度、叶片温度、光照强度、土壤温度水分、土壤湿度、土壤盐分等各种传感器来获取植物的生长环境信息，诊断它们的生长状态，分析其营养信息，研究其病变、老化、枯死、生长变异等生理生态规律，这对于进行植物栽培的有效管理、生长障碍的防治、分析环境的影响、促进作物生产按需管理、提升农业生产效能具有重要意义。而现今植物生长物候监测传感器存在监测传输方式老旧，信息上传不及时，无法统一规划整理等问题，因此发展新的在线实时林木生长监测装置非常重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于卫星通信的林木生长监控装置及其监控方法。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于卫星通信的林木生长监控装置，包括中央处理器、林木粗细监测系统、环境监测系统、土壤监测系统、光照监测系统、通信系统、定位模块、存储模块、电源模块、地面卫星站、后方管理平台，所述林木粗细监测系统、环境监测系统、土壤监测系统、光照监测系统、通信系统、定位模块、存储模块、电源模块都与中央处理器有线连接，所述林木粗细监测系统、环境监测系统、土壤监测系统、光照监测系统、通信系统、定位模块、存储模块都与电源模块有线连接，定位模块采用北斗卫星定位模块，所述定位模块通过北斗卫星进行定位，所述通信系统通过北斗卫星与地面卫星站无线连接，所述地面卫星站与后方管理平台无线连接。

作为优选，环境监测系统包括CO2浓度监测模块、温湿度监测模块、气象监测模块，所述CO2浓度监测模块、温湿度监测模块、气象监测模块都与中央处理器有线连接。

作为优选，所述土壤监测系统包括PH值探头、温湿度探头、土壤含水量监测模块，所述PH值探头、温湿度探头、土壤含水量监测模块都与中央处理器有线连接。

作为优选，林木粗细监测系统包括压力传感器、弹簧、固定螺丝，所述弹簧与压力传感器相接触，所述压力传感器与中央处理器有线连接，所述固定螺丝用于将林木粗细监测系统固定在林木茎杆中。

作为优选，通信系统由北斗短报文通信模块、天线组成，支持北斗官方短报文通信协议2.1/4.0，数据可完全自定义透明传输，通信系统集成度高、功耗低、引脚丰富、对外接口简单。所述北斗短报文通信模块与天线有线连接，所述北斗短报文通信模块与中央处理器有线连接。

一种基于卫星通信的林木生长监控装置的监控方法，包括以下步骤：

步骤S1、将林木粗细监测系统安装于林木茎杆上，从而通过林木粗细监测系统检测到林木茎杆粗细变化数据；

步骤S2、将环境监测系统安置于林木四周环境中，从而通过环境监测系统检测到环境CO2浓度值数据、温湿度值数据、气象条件数据；

步骤S3、将土壤监测系统安置于林木根系土壤中，从而通过土壤监测系统来检测到土壤PH值数据、温湿度数据以及含水量数据；

步骤S4、将光照检测系统安置于叶片下，从而通过光照监测系统检测到光强度数据；

步骤S5、林木粗细监测系统、环境监测系统、土壤监测系统、光照监测系统分别将检测到的数据传送到中央处理器；

步骤S6、中央处理器将收到的数据进行处理并送至存储模块进行存储；

步骤S7、中央处理器将处理后的数据通过通信系统上传至后方管理平台；

步骤S8、后方管理平台收到处理后的数据后对数据进行分析、存储；

步骤S9、定位模块通过北斗卫星定位将林木位置信息发送给地面卫星站，然后地面卫星站将林木位置信息发送后方管理平台，然后后方管理平台通过林木位置信息对林木进行定位查找。

作为优选，林木粗细监测系统的安装方法包括以下步骤：

步骤S101、将林木粗细监测系统的一端通过固定螺丝旋入林木茎杆中固定；步骤S102、将林木粗细监测系统另一端通过弹簧紧贴着茎杆表面。

作为优选，林木粗细监测系统检测到林木茎杆粗细变化数据的方法是通过林木生长会挤压弹簧，然后压力传感器会产生电流信号变化，在弹簧的弹性限度内，树干的沿着直径方向的生长量和电流强弱成正比，从而得知林木茎杆粗细变化数据。

作为优选，环境监测系统的安置方法包括以下步骤：

步骤S201、将C02浓度监测模块靠近树木上部叶片位置放置；

步骤S202、将温湿度监测模块放置于树木中部茎杆上；

步骤S203、将气象监测模块放置于无叶片遮挡处。

作为优选，中央处理器将处理后的数据通过通信系统上传至后方管理平台的上传方式如下：

步骤S701、中央处理器将处理后的数据发送至通信系统的北斗短报文通信模块；

步骤S702、北斗卫星短报文通信模块将收到的数据通过天线并采用北斗卫星短报文的方式向外发送；

步骤S703、数据被北斗卫星接收；

步骤S704、北斗卫星将数据发送给地面卫星站；

步骤S705、地面卫星站将数据发送到后方管理平台。

本发明的有益效果如下：本发明采用弹簧式林木粗细监测装置进行林木生长变化监测，并配备有多种环境传感器与土壤传感器，用于全方面监测林木生长状态与生长环境变化，并且本发明采用北斗卫星短报文的方式进行数据上传，保证了在森林、山区、草原、大漠等运营商信号无法覆盖到的地方也可安装使用，卫星信号并不会受到基站限制，保证了检测到的数据的上传，并且无需人工检测，降低了人工成本，使得在山区、林区、大漠等条件恶劣场所的林木生长研究可以顺利进行，一次安装长时间免去维护与人工监测，具有很高的实用性；

本发明在可在各种场景安装使用，甚至人迹罕至的原始森林或者条件恶劣的岛屿，都可安装本发明，本发明实现了林木生长情况与生长环境参数的获取与利用北斗卫星进行无线传输，便于安装使用，随时可进行快速安装并投入使用。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为环境监测系统的组成图；

图3为土壤监测系统的组成图；

图4为林木粗细监测系统的组成图；

图5为通信系统的组成图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：

如图1所示，一种基于卫星通信的林木生长监控装置，包括中央处理器1、林木粗细监测系统2、环境监测系统3、土壤监测系统4、光照监测系统5、通信系统6、定位模块7、存储模块8、电源模块9、地面卫星站11、后方管理平台12，所述林木粗细监测系统2、环境监测系统3、土壤监测系统4、光照监测系统5、通信系统6、定位模块7、存储模块8、电源模块9都与中央处理器1有线连接，所述林木粗细监测系统2、环境监测系统3、土壤监测系统4、光照监测系统5、通信系统6、定位模块7、存储模块8都与电源模块9有线连接，所述定位模块7通过北斗卫星10进行定位，所述通信系统6通过北斗卫星10与地面卫星站11无线连接，所述地面卫星站11与后方管理平台12无线连接。

如图2所示，环境监测系统3包括CO2浓度监测模块31、温湿度监测模块32、气象监测模块33，所述CO2浓度监测模块31、温湿度监测模块32、气象监测模块33都与中央处理器1有线连接。

如图3所示，土壤监测系统4包括PH值探头41、温湿度探头42、土壤含水量监测模块43，所述PH值探头41、温湿度探头42、土壤含水量监测模块43都与中央处理器1有线连接。

如图4所示，林木粗细监测系统2包括压力传感器21、弹簧22、固定螺丝23，所述弹簧22与压力传感器21相接触，所述压力传感器21与中央处理器1有线连接，所述固定螺丝23用于将林木粗细监测系统2固定在林木茎杆中。

如图5所示，通信系统6由北斗短报文通信模块61、天线62组成，所述北斗短报文通信模块61与天线62有线连接，所述北斗短报文通信模块61与中央处理器1有线连接。

一种基于卫星通信的林木生长监控装置的监控方法，包括以下步骤：

步骤S1、将林木粗细监测系统2安装于林木茎杆上，从而通过林木粗细监测系统2检测到林木茎杆粗细变化数据；

步骤S2、将环境监测系统3安置于林木四周环境中，从而通过环境监测系统3检测到环境CO2浓度值数据、温湿度值数据、气象条件数据；

步骤S3、将土壤监测系统4安置于林木根系土壤中，从而通过土壤监测系统4来检测到土壤PH值数据、温湿度数据以及含水量数据；

步骤S4、将光照检测系统5安置于叶片下，从而通过光照监测系统5检测到光强度数据；

步骤S5、林木粗细监测系统2、环境监测系统3、土壤监测系统4、光照监测系统5分别将检测到的数据传送到中央处理器1；

步骤S6、中央处理器1将收到的数据进行处理并送至存储模块8进行存储；

步骤S7、中央处理器1将处理后的数据通过通信系统6上传至后方管理平台12；

步骤S8、后方管理平台12收到处理后的数据后对数据进行分析、存储；

步骤S9、定位模块7通过北斗卫星定位将林木位置信息发送给地面卫星站11，然后地面卫星站11将林木位置信息发送后方管理平台12，然后后方管理平台12通过林木位置信息对林木进行定位查找。

林木粗细监测系统2的安装方法包括以下步骤：

步骤S101、将林木粗细监测系统2的一端通过固定螺丝23旋入林木茎杆中固定；

步骤S102、将林木粗细监测系统2另一端通过弹簧22紧贴着茎杆表面。

林木粗细监测系统2检测到林木茎杆粗细变化数据的方法是通过林木生长会挤压弹簧22，然后压力传感器21会产生电流信号变化，在弹簧的弹性限度内，树干的沿着直径方向的生长量和电流强弱成正比，从而得知林木茎杆粗细变化数据。

环境监测系统3的安置方法包括以下步骤：

步骤S201、将C02浓度监测模块31靠近树木上部叶片位置放置；

步骤S202、将温湿度监测模块32放置于树木中部茎杆上；

步骤S203、将气象监测模块33放置于无叶片遮挡处。

中央处理器1将处理后的数据通过通信系统6上传至后方管理平台12的上传方式如下：

步骤S701、中央处理器1将处理后的数据发送至通信系统的北斗短报文通信模块61；

步骤S702、北斗卫星短报文通信模块61将收到的数据通过天线62并采用北斗卫星短报文的方式向外发送；

步骤S703、数据被北斗卫星10接收；

步骤S704、北斗卫星10将数据发送给地面卫星站11；

步骤S705、地面卫星站11将数据发送到后方管理平台12

本发明通过弹簧式林木直径变化检测装置监测与多种传感器进行林木生长情况与生长环境的检测，并使用北斗卫星短报文通信系统对其数据进行传输。林木生长是在不断进行且缓慢的，且植物生长环境通常不会在短时间内有重大变化，所以使用北斗卫星短报文通信完全可以满足林木生长情况的上报需求。且北斗卫星通信系统通信无需依托基站，可在原始森林、荒漠、海岛等环境恶劣的条件下与卫星进行通信，而林木的生长研究监测通常也需要在许多深林、海岛中进行，所以基于卫星通信的林木生长监控装置在林木生长监测与研究中的作用十分有意义。

本发明可以满足快速建立林木生长监控系统的需求，建立后可随时增加减少设备，对于新的设备的增加只需启动即可接入北斗卫星，本发明安装后无需工作人员进行过多的管理维护，设备定时上报林木生长与环境数据，无需工作与研究人员现场测量，节约人力成本，提高研究与观测效率，具有很高的实用价值。林木生长与环境数据指的是林木茎杆粗细变化数据、环境CO2浓度值数据、温湿度值数据、气象条件数据、土壤PH值数据、温湿度数据以及含水量数据、光强度数据。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于卫星通信的林木生长监控装置，其特征在于，包括中央处理器(1)、林木粗细监测系统(2)、环境监测系统(3)、土壤监测系统(4)、光照监测系统(5)、通信系统(6)、定位模块(7)、存储模块(8)、电源模块(9)、地面卫星站(11)、后方管理平台(12)，所述林木粗细监测系统(2)、环境监测系统(3)、土壤监测系统(4)、光照监测系统(5)、通信系统(6)、定位模块(7)、存储模块(8)、电源模块(9)都与中央处理器(1)有线连接，所述林木粗细监测系统(2)、环境监测系统(3)、土壤监测系统(4)、光照监测系统(5)、通信系统(6)、定位模块(7)、存储模块(8)都与电源模块(9)有线连接，所述定位模块(7)通过北斗卫星(10)进行定位，所述通信系统(6)通过北斗卫星(10)与地面卫星站(11)无线连接，所述地面卫星站(11)与后方管理平台(12)无线连接。

2.根据权利要求1所述一种基于卫星通信的林木生长监控装置，其特征在于，所述环境监测系统(3)包括CO2浓度监测模块(31)、温湿度监测模块(32)、气象监测模块(33)，所述CO2浓度监测模块(31)、温湿度监测模块(32)、气象监测模块(33)都与中央处理器(1)有线连接。

3.根据权利要求1所述一种基于卫星通信的林木生长监控装置，其特征在于，所述土壤监测系统(4)包括PH值探头(41)、温湿度探头(42)、土壤含水量监测模块(43)，所述PH值探头(41)、温湿度探头(42)、土壤含水量监测模块(43)都与中央处理器(1)有线连接。

4.根据权利要求1所述一种基于卫星通信的林木生长监控装置，其特征在于，所述林木粗细监测系统(2)包括压力传感器(21)、弹簧(22)、固定螺丝(23)，所述弹簧(22)与压力传感器(21)相接触，所述压力传感器(21)与中央处理器(1)有线连接，所述固定螺丝(23)用于将林木粗细监测系统(2)固定在林木茎杆中。

5.根据权利要求1所述一种基于卫星通信的林木生长监控装置，其特征在于，所述通信系统(6)由北斗短报文通信模块(61)、天线(62)组成，所述北斗短报文通信模块(61)与天线(62)有线连接，所述北斗短报文通信模块(61)与中央处理器(1)有线连接。

6.一种基于卫星通信的林木生长监控装置的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将林木粗细监测系统(2)安装于林木茎杆上，从而通过林木粗细监测系统(2)检测到林木茎杆粗细变化数据；

步骤S2、将环境监测系统(3)安置于林木四周环境中，从而通过环境监测系统(3)检测到环境CO2浓度值数据、温湿度值数据、气象条件数据；

步骤S3、将土壤监测系统(4)安置于林木根系土壤中，从而通过土壤监测系统(4)来检测到土壤PH值数据、温湿度数据以及含水量数据；

步骤S4、将光照检测系统(5)安置于叶片下，从而通过光照监测系统(5)检测到光强度数据；

步骤S5、林木粗细监测系统(2)、环境监测系统(3)、土壤监测系统(4)、光照监测系统(5)分别将检测到的数据传送到中央处理器(1)；

步骤S6、中央处理器(1)将收到的数据进行处理并送至存储模块(8)进行存储；

步骤S7、中央处理器(1)将处理后的数据通过通信系统(6)上传至后方管理平台(12)；

步骤S8、后方管理平台(12)收到处理后的数据后对数据进行分析、存储；

步骤S9、定位模块(7)通过北斗卫星定位将林木位置信息发送给地面卫星站(11)，然后地面卫星站(11)将林木位置信息发送后方管理平台(12)，然后后方管理平台(12)通过林木位置信息对林木进行定位查找。

7.根据权利要求6所述一种基于卫星通信的林木生长监控装置的监控方法，其特征在于，所述林木粗细监测系统(2)的安装方法包括以下步骤：

步骤S101、将林木粗细监测系统(2)的一端通过固定螺丝(23)旋入林木茎杆中固定；

步骤S102、将林木粗细监测系统(2)另一端通过弹簧(22)紧贴着茎杆表面。

8.根据权利要求7所述一种基于卫星通信的林木生长监控装置的监控方法，其特征在于，所述林木粗细监测系统(2)检测到林木茎杆粗细变化数据的方法是通过林木生长会挤压弹簧(22)，然后压力传感器(21)会产生电流信号变化，在弹簧的弹性限度内，树干的沿着直径方向的生长量和电流强弱成正比，从而得知林木茎杆粗细变化数据。

9.根据权利要求6所述一种基于卫星通信的林木生长监控装置的监控方法，其特征在于，所述环境监测系统(3)的安置方法包括以下步骤：

步骤S201、将C02浓度监测模块(31)靠近树木上部叶片位置放置；

步骤S202、将温湿度监测模块(32)放置于树木中部茎杆上；

步骤S203、将气象监测模块(33)放置于无叶片遮挡处。

10.根据权利要求6所述一种基于卫星通信的林木生长监控装置的监控方法，其特征在于，所述中央处理器(1)将处理后的数据通过通信系统(6)上传至后方管理平台(12)的上传方式如下：

步骤S701、中央处理器(1)将处理后的数据发送至通信系统的北斗短报文通信模块(61)；

步骤S702、北斗卫星短报文通信模块(61)将收到的数据通过天线(62)并采用北斗卫星短报文的方式向外发送；

步骤S703、数据被北斗卫星(10)接收；

步骤S704、北斗卫星(10)将数据发送给地面卫星站(11)；

步骤S705、地面卫星站(11)将数据发送到后方管理平台(12)。

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