电子科大研制仪器助力构建国内首个叶面积指数自动观测网络

来源:成电新闻网

  近日,我校自动化工程学院陈云坪副教授团队研制的叶面积指数无线传感网络系统在国家民用空间基础设施陆地观测卫星共性应用支撑平台项目中得到成功应用。在该项目的支撑下,中国科学院空天信息创新研究院建成我国首个叶面积指数自动观测网络,受到新华社、央视新闻、中国新闻网等主流媒体的关注。该网络首次实现对全国典型生态环境下叶面积指数的全国范围、长时间持续地面观测,弥补了传统地面测量方法在时空分辨率上的不足。

  叶面积指数是一个重要的植被结构参数,控制着植被的光合作用、呼吸作用、植被蒸腾、碳循环、降雨截留等陆面过程,是全球生态研究的重要输入参数。在气候变化、生态环境、精准农业等领域具有重要的应用。从上个世纪末开始,科学界便开始利用遥感技术进行全球及区域尺度的叶面积指数产品生产,并取得了巨大的进展,但由于缺乏持续的长时间和大范围的地面观测,叶面积指数产品真实性验证成为长期困扰科学界的难题。

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叶面积指数地面观测网络全国布设站点图

  针对这一问题,我校自动化工程学院人工智能与地球感知研究中心陈云坪团队基于冠层图像分析技术及无线传感网络技术,成功研制国内首套基于摄影法的叶面积指数无线传感网络软硬件系统。该系统通过分散布设的各采集节点实时获取植被冠层图像信息,利用自主研发的算法对图像进行快速分析,并将分析结果实时回传到指定的数据中心,从而首次实现叶面积指数数据的长时间、大范围持续获取。该仪器功能完善,除叶面积指数外,系统还具有监测植被覆盖度、冠层温度、光合有效辐射、叶面湿度等植被参数的能力,并具备自定义测量参数扩展能力。仪器所获取的丰富数据,不仅对卫星产品验证具有重要意义,对气候变化、生态环境、精准农业等领域的科研与实践也将产生重要影响。

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部分已安装站点仪器实物图 (从左至右:海北站、千烟洲站、广州站、禹城站)

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部分已安装站点数据采集节点分布图(左:合肥站;右:广州站)

  目前,叶面积指数地面观测网络系统已在全国15个农业、草原、森林生态站完成布设,其中定点测量系统14套、移动测量系统1套。建设站点包括以农田生态为主的禹城站、净月潭站、栾城站、广州站、西天山站、祁阳站、南京站、洞庭湖站、合肥站、综合实验站,以森林生态为主的大兴安岭站、江山娇站和千烟洲,以及以草原生态为主的海北站和沽源站。项目从2018年底开始实施,目前已完成全部站点的仪器布设,各站点仪器运行正常,经受住了北方极寒、南方高温高湿天气的考验,且仪器安装维护简便,受到各站点工作人员的高度认可。据中科院空天院遥感卫星应用国家工程实验室统计,截至2020年7月,已获取有效原始数据共计1200万余条。

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LAI无线传感网络监测结果与MOD15A2H产品对比图(以千烟洲站为例)

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LAI无线传感网络监测结果与MOD15A2H产品对比图(以禹城站为例)

  自动化工程人工智能与地球感知研究中心成立于2018年,团队负责人陈云坪副教授,现有专/兼职研究人员9人,包括留学生在内的硕博士研究生20余人。团队成员在遥感对地观测,人工智能,深井探测,智能交通以及视觉理解等领域深耕多年,近年来发表SCI/EI论文近100篇,拥有中美授权发明专利30余项。部分研究领域具有世界先进水平,如在国际上首次从卫星遥感影像中自动提取出电力线,成功研制国内首套基于半球摄影法的叶面积指数无线传感网络系统等。


  报道链接:

  新华社:国内首个面向卫星应用的叶面积指数自动观测网络建成

央视新闻:国内首个叶面积指数自动观测网络建成

中国新闻网:中国建成首个面向卫星应用“叶面积指数”自动观测网络