1 背景

 茎流、叶温、茎粗变化是植物的重要生理指标，而光照、土壤湿度、空气温湿度是影响重要指标的关键环境因子。树木液流的日变化呈单峰格型，不同胸径树木的液流日变化格型有很大差异，前人对液流和树形的研究有些仅着眼于液流瞬时值水平，缺少对液流整体格局特征的认识，也有用树形分级的方法对液流和树形关系进行探讨，但该方法存在尺度扩展过程中容易引起误差的缺点。

当根系吸水充足时茎干膨胀，亏缺时茎干收缩。因而可以用茎直径变化反应植株体内水分状况变化。

该系统通过茎流大小测试植株的耗水量，通过叶温预报植物需水量，利用植物器官（茎、叶、果实等）体积微变化动态反应植物体内水分状况，广泛用于植物水分利用、水量平衡、能量平衡、灌溉等研究领域。

2 系统工作原理及特点

ENVIdata-DT 植物茎流叶温茎粗气象（生理生态）监测系统由数据采集器、茎流传感器、冠层叶温传感器、作物茎杆变化或树木生长传感器及气象传感器组成。按用户设定的测量间隔定时、自动测量茎流、叶温和生长参数。

该系统通过Internet传输数据，用户无需到测点下载数据，只要能上网，可随时查看系统运行情况、下载和历史数据。

2.1 传感器

2.1.1 TDP热扩散茎流传感器

应用热扩散原理，测量不同树种的茎流量。该原理能够实现连续监测茎流，并且受环境因素的干扰相对小。探头适用于直径75mm以上的树干，安装容易，可以重复使用。TDP-30和TDP-50每个探头占用一个单端模拟通道，TDP-80每个探头占用两个单端模拟通道。安装工具随探头提供。

SG系列探头应用热平衡原理，多种尺寸系列可以适于安装在直径2.1至175mm的草本或木本植物茎干上。该探头无需校正，不用穿刺到树干中。每个探头占用3个单端模拟通道。探头所需的安装附件随探头提供。

系统配有电压调节器为探头供电，可以同时输出两种不同的电压，功率能够满足所有探头的耗电量。

 2.1.2 红外叶温测量

红外叶温传感器是基于斯特藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）

特点：测量植物冠层、土壤、水面等温度

 技术指标：

  测量范围：-10…65℃ 

  精度：-10…+65℃, ±0.2℃  

        -40…+70℃  , ±0.5℃

  工作温度：-55….+80℃  0…* RH

2.1.3茎粗传感器

D6 树木胸径传感器

D6树木生长应变传感器用于连续、高精度、自动测量树木的周长变化。体积小、重量轻，可轻松安装在树干上，对树皮或树木的生长没有任何损害。

整个传感器象带子一样缠绕树木，用弹簧定位。树木尺寸的变化直接传递到传感器,瞬时记录树木对环境影响的反应、树皮的膨胀、导管水位或细胞分裂等。

树木尺寸变化通过带子传递到传感器，在应变传感器中转换成电阻信号。带子受温度影响很小。带子和树皮间有一个特富龙层，减少带子的摩擦力，同时确保带子不受结冰、树脂或结疤的影响。

特点：

l 连续、高精度测量树木的周长变化

l 安装简单，无需破坏树皮或影响树木的生长

l 测量树木生长的日变化，精度达5um

l zui小化测量带与树皮间的摩擦力及温度的影响

l 调节测量带，可轻松扩大测量范围

2.1.1 气象传感器 

Thies多参数传感器

传感器高度集成，可测多种参数。风向风速采用*的超声技术，内置GPS接收功能。长时间使用而无需维护。特别适用于沿海或有侵蚀的地区。

测量参数：风速、风向、空气温度（超声波测量）、空气湿度、气压、光照强度、降雨量。

信号输出：

数字信号输出

端口：RS485/422

波特率：1200~921600波特率

输出：瞬时值，平均值

输出频率：10到0.1HZ

通讯协议：ASCLL,MODBUS-RTU

模拟信号输出

输出：0~10V,2~10V瞬时值，平均值

输出间隔：10ms

精度：16bit

结构功能

2.2、数据采集器

DT系列数据采集器是一款坚固、独立、低能耗的数据采集器，具有支持U盘、18位分辨率、通讯性能可扩展及内嵌显示屏等特性。DT80的双通道隔离概念可同时使用多达10个隔离或15个共用参考模拟输入，配置扩展模块后zui多可通道可扩展至600个。

DT系列数据支持SDI-12传感器组网，支持SCADA系统的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V电源为传感器供电。工作温度zui低可达-45℃。

2.3、ENVIdata数据传输和管理

该系统直接将数据传送到/span> (中国生态数据网)上，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。

ENVIdata 服务器软件既可以作为独立的应用软件，运行在用户的服务器上；也可以运行在澳作公司安全的服务器上，为多个用户提供数据接收服务，同时帮助用户监控野外测点硬件系统的运行状态。

澳作公司ENVIdata系列生态环境监测系统是业内成功获得 ISO9001质量体系认证，于2010年获得 ISO9001 质量认证书，至今全部通过专家的年度复核，确保系统集成的品质

用户采用用户名和密码登陆，只要能上网，就能浏览实时和历史数据

特点：

1） 生态环境信息以各种时间间隔 （分钟、每小时、每天）发送到上。

2） 用户只要能上网，既可浏览实时数据。

3） 中心服务器中文界面，便于操作和管理

4） 提供多参数、实时或历史数据曲线图

5） 系统提供多站点地图显示

ENVIdata 数据服务平台已为国内的客户服务3年，系统稳定、可靠。

3、技术指标

数据采集：

zui大扫描速率：25Hz

处理器：采用18位A/D转换器,精度±0.025%

存储：128Mb可无限扩展，内存可存储130,000个读数，可使用PC卡或闪存可（可存储65,000个读数）

U盘存储：兼容USB1.1或USB2.0驱动，每兆约90,000采集数字点

LCD液晶显示，2线16字母的LCD液晶显示和6个按键用于查看通道及数采状态和功能执行

通讯：RS232、USB、以太网等

采样间隔：10ms至天，可自定义

输出值种类：平均值, zui大值, zui小值, 取样值 (Sample), 向量值, 累计值 ( Totalize )等

工作温度范围-45~70℃

时钟精准度：约±1分钟/年0-40℃；约±4分钟/年-40-70℃

供电电压：10~30VDC

工作湿度85%（无水汽凝结）

DT80：

模拟输入：5-15个单端通道（10个差分）

脉冲通道：12个

数字I/O口：8个

DT82E：

模拟输入：2-6个单端通道（4个差分）

脉冲通道：8个

数字I/O口：4个

DT82I：

模拟输入：2-6个单端通道（4个差分）

脉冲通道：8个

数字I/O口：4个

DT85：

模拟输入：12-48个单端通道（32个差分）

脉冲通道：15个

数字I/O口：8个

传感器：

叶温：红外原理，测量范围：-10…65℃

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

工作温度：-55….+80℃  0…* RH

树木茎粗：测量范围：50mm，精度：5um

数据传输：ENVIdata internet 连续、在线接收数据

数据输出：实时传输，网上下载，同时邮件传送

数据格式：文本、曲线、地图显示，一屏可同时显示两个参数

气象：Thies多参数传感器：

风速：

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

风向：

量程：0~360°

分辨率：1°

精度：±2° @ WG > 2 m/s

空气温度（超声波测量）：

量程：-30~70°C

分辨率：0.1°C

精度：±0.5°C

空气温度：

量程：-30~70°C

分辨率：0.01°C

精度：±0.5°C

空气湿度：

量程：0~*

分辨率：0.1%

精度：±3%（10~90%）

气压

量程：300~1100hPa

分辨率：0.01hPa

精度：±0.5hPa（20°C）

光照强度

量程：0~150kLux

分辨率：30Lux

精度：±3%的测量值，3 Lux每分钟

降雨量

量程：0~10mm每分钟

分辨率：0.01mm

4、 应用案例

木质部变化或者树皮的膨胀依赖于一天的测量时间，天气、温湿度等条件，这就导致树木茎杆周长的变化是双向的。

由于太阳升起导致蒸腾作用会导致树干周长减小，相应的日落后蒸腾作用结束树干周长会增大，这种双向变化也依赖于天气（是否干燥，降雨）。

树木茎干周长日变化大约在±0.5 mm to±2.5 mm 。树体一天周长变化（D6测量）如下：