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- UID
- 1029342
- 性别
- 男
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1 引言
地球生物圈是一个连续的、动态变化系统，农业、林业、水利、环保等各领域的经济活动对地球环境的影响是交互的，全球气候变化已成为各领域共同关注的话题。如何实时、连续、自动地监测生态环境变化的发生、发展成为各领域科研人员和管理人员共同面对的挑战。
2 系统设计
2.1 目标
ENVIdata生态环境物联网系统集成全球测量土壤、植物、环境的精品测量仪器，联合国外最新的数据采集平台和通信技术，业内首个Internet生态环境数据管理系统。该系统对土壤、植物、大气连续体、地表水环境及地下水环境自动、连续观测，可直接将数据传输到(中国生态环境物联网)网站上或用户指定的网站，通过对监测的生态环境因子的时序变化和相关性分析，确定监测对象的状态发展。即可用于科学研究，如陆地生态系统、水生态系统的常规环境因子的监测记录，也可服务农业、水利、气象、环保等领域的经济活动和日常管理，如墒情预报、灌溉预报、水资源管理、供水管网监测、污水排放等。
2.2 系统的布设
ENVIdata生态环境物联网系统由野外站和中心服务器组成。野外站布设点要具备研究对象的代表性，如生态系统的水分环境、土壤环境、大气环境、生物环境。数据记录器采用数据推送模式，将记录的数据从野外发送到服务器上。这种新设计比传统的用电话猫将数据发送到服务器更稳定、更可靠，费用更低。
ENVIdata 中心服务器既可布设在生态环境监测站，实现单站过程研究联网动态观测;也可安装在远程数据监控中心，完成区域综合观测和跨尺度生态模拟。
2.3 数据采集
野外站的数据采集频率根据研究需要设定，从每秒10次、分钟、小时不等。生态环境数据以各种时间间隔 (分钟、每小时、每天)发送到ENVIdata 中心服务器或www.ecodata.cn网站上。
用户只要能上网，既可浏览实时数据。ENVIdata 系统允许用户设立各种报警条件，超限的数据可通过邮件或短信发给用户。用户可定制邮件发送数据。
中心服务器中文界面，便于操作和管理，提供多参数、实时或历史数据曲线图
2.4 观测指标
ENVIdata生态环境物联网系统观测的参数覆盖各种生态系统类型的重要生态过程，如：
土壤：土壤墒情、土温、盐分、持水能力、土壤气体
植物/作物：温度、高度、茎干变化、耗水
气象：降雨量、温度、湿度、风速、风向、气压、蒸发、辐射 、光谱
水生态：水位、温度、电导率(TDS，总盐，密度)、溶氧、pH值、硝酸盐、氧化还原电位、浊度(TSS)、 叶绿素、若丹明、蓝绿藻、硝酸盐、氟化物、氯化物、钾离子、氨离子、钠离子、钙离子等17种参数
水文：水位、流速、地下水质、地表径流
3 数据处理
ENVIdata 生态环境物联网系统不仅管理能实时、远程采集野外站的数据，如气象站、水位站、地表径流、植物液流监测系统、蒸渗系统等，为研究样地、景观、区域等不同尺度的生态系统提供高时空分辨率的基础数据，还能动态、数字化管理生态站地理资源、科研人员、项目和仪器设备基础信息，提供野外采样和调查的数据管理模块，方便科研人员对生态站的长期大样地、物候、凋落物、粗木质残体、土壤微生物、动物资源、健康和服务功能评估的数据分类管理和共享。
4 应用案例
灌溉预报
通过实时远程遥测墒情、降雨量、农田小气候信息，综合工程、农艺、管理等节水措施，根据天气预报资料、土壤结构、作物生育期，结合水源供应情况、科学预测预报不同土壤类型、不同种植结构、不同可供水量条件下的农田水分动态状况，给出适宜灌水时间和适宜灌水量，实时跟踪土壤墒情变化，及时调整预测预报结果，并能够通过网站定期向农民发布预报结果，指导农民适时、适量灌溉，实现科学灌溉、节水灌溉
ENVIdata 墒情监测及灌溉预报系统的野外站数据，可用灌溉预报软件进行分析。灌溉预报软在国内外已经使用了近二十年。
水量平衡研究
选取降雨、土壤水分、水位、蒸发等参数，可用于单块样地、农田、灌溉测坑实验场水分平衡研究，也可用于区域不同生态系统蒸散量的比较，为水资源合理调配和利用提供实时数据支持。
能量平衡研究
能量平衡研究是研究地球生物圈物质生产力的基础，通过测量单个测点或区域不同测点的太阳辐射、土壤温度、热通量等参数，计算单点或区域的能量收支情况，为生态系统和全球气候变化研究提供基础数据。
水华预报
水生态传感器可全面反映水环境中，浮游植物生长状态，野外站的多点布设、远程数据传输，为实时监控有害藻类的发生、发展进程，是水华预报、有害藻类预警、流域水质预报的重要工具。
国内外应用情况：
澳大利亚农场、加利福尼亚的酒葡萄园、瑞士的甘蔗种植园、南非的苹果园、肯尼亚的蔬菜种植园，新疆建设兵团在棉花的灌溉管理中已经采用该系统的灌溉预报模块，研究根系的吸水模式和耗水量。
中科院生态研究网络，森林生态系统野外定位研究站，农科院、林科院，水科院、国家973项目等采用该系统的野外土壤、植物、气象监测单元进行水量平衡、能量平衡研究。
中国水科院大兴实验基地采用完整的土壤水分、温度、电导率测量系统，实时传输数据到网站上。用户只要能上网，可随时在网站上收取和查看数据。 |
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