RU2788118C1 - Способ дистанционного мониторинга растительности с бпла и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ дистанционного мониторинга растительности с бпла и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788118C1 RU2788118C1 RU2022108495A RU2022108495A RU2788118C1 RU 2788118 C1 RU2788118 C1 RU 2788118C1 RU 2022108495 A RU2022108495 A RU 2022108495A RU 2022108495 A RU2022108495 A RU 2022108495A RU 2788118 C1 RU2788118 C1 RU 2788118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uav
- remote monitoring
- vegetation
- field
- fluorescence
- Prior art date
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 13
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 claims abstract description 10
- 229930002875 chlorophylls Natural products 0.000 claims abstract description 10
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 10
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 6
- 230000000243 photosynthetic Effects 0.000 description 6
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000036512 infertility Effects 0.000 description 1
- QBSJMKIUCUGGNG-UHFFFAOYSA-N isoprocarb Chemical group CNC(=O)OC1=CC=CC=C1C(C)C QBSJMKIUCUGGNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 231100000803 sterility Toxicity 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа дистанционного мониторинга растительности с БПЛА. Способ характеризуется тем, что над выбранным участком, подлежащим мониторингу, зависает БПЛА на высоте 10 метров и с устройства дистанционного мониторинга, укрепленного на БПЛА, излучаются широтно-модулированные импульсы общей длительностью 1550 мс, возбуждающие флуоресценцию хлорофилла растительности на выбранном участке поля. Вторичное излучение с длиной волны флуоресценции, находящееся в поле зрения приемного телескопа устройства дистанционного мониторинга, направляется на спектрометр и далее усиливается электронно-оптическим усилителем. Полученная информация о спектрах хранится на флеш-накопителе с дальнейшей обработкой на рабочей станции. Технический результат заключается в сокращении времени проведения измерений, повышении их эффективности и обеспечении возможности проведения измерений за один измерительный цикл. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного оперативного мониторинга состояния растительности путем определения параметров флуоресценции хлорофилла с БПЛА в ночное время.
Известен «Способ оценки функционального состояния растений in vitro без нарушения стерильности» (см. патент РФ № 2604302 МПК: A01G 7/00, A01G 1/00, G01N 21/64, Опуб. 10.12.2016 Бюл. № 34), заключающийся в определении параметров флуоресценции хлорофилла, отличающийся тем, что регистрируют динамику изменения сигнала медленной индукции флуоресценции хлорофилла в диапазоне длин волн от 670 до 760 нм в течение 10-30 секунд, рассчитывают скорость изменения сигнала МИФХ на 10-30 секунде после достижения максимального уровня флуоресценции F M , рассчитывают значение виртуального стационарного уровня флуоресценции 
методом экстраполяции полученных данных для 120-300 секунды виртуальных измерений и определяют величину удельной фотосинтетической активности по формуле: 
при этом о функциональном состоянии растений судят по соотношению значения удельной фотосинтетической активности, полученной в результате экстраполяции, и скорости изменения сигнала МИФХ — чем выше один или оба параметра, тем лучше функциональное состояние растений in vitro.
Основным недостатком данного способа является невозможность проводить измерения за один измерительный цикл.
Наиболее близким по техническому решению и взятым за прототип является «Оптический способ оценки функционального состояния растений» (см. патент РФ № 2199730 МПК: A01G 7/04, Опубл. 27.06 2016), включающий измерение оптических параметров хлорофилл-содержащих тканей, отличающийся тем, что регистрируют динамику светорассеяния фотосинтезирующей растительной ткани в процессе засветки монохроматическим оптическим излучением синей области спектра (в зоне первого максимума поглощения хлорофилла 460-480 нм) плотностью мощности 150-800 Вт/м 2 в течение 20-40 секунд, затем активируют монохроматическое зондирующее излучение красной области спектра (в зоне второго максимума поглощения хлорофилла 650-660 нм) плотностью мощности 2500-6000 Вт/м 2 и в течение последующих 30-120 секунд продолжают регистрировать динамику светорассеяния того же самого участка ткани; о фотосинтетической активности и устойчивости к фотодеструкции судят по величине и знаку показателей α и β, которые рассчитываются по формулам: I 01 t α и I 01 t β где |α| — скорость изменения интенсивности светорассеяния в течение засветки оптическим излучением синей области спектра; I 01 — средняя интенсивность светорассеяния в первые 1-3 секунды засветки оптическим излучением синей области спектра; |β| — скорость изменения интенсивности светорассеяния в течение засветки оптическим излучением красной области спектра; I 02 — средняя интенсивность светорассеяния в первые 1-3 секунды засветки оптическим излучением красной области спектра; t — текущее время; при этом чем выше значение модулей данных показателей при отрицательном знаке, тем выше фотосинтетическая активность и устойчивость к фотодеструкции, и чем выше значение модулей показателей α и β при положительном знаке, тем слабее фотосинтетическая активность и устойчивость к фотодеструкции.
Основным недостатком данного способа является засветка растений монохроматическим оптическим излучением синей и красной области спектра, что существенно увеличивает время проведения измерений.
Задачей предлагаемого изобретения является сокращение времени проведения измерений и повышение ее эффективности посредством зондирования растительности с БПЛА лазерными широтно-модулированными импульсами в ночное время за один измерительный цикл.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема дистанционного мониторинга участка растительности — 1, поля — 2 с БПЛА;
На фиг. 2 представлена блок-схема устройства дистанционного мониторинга: где 3 — блок управления, 4 — лазер SDL-303, 5 — коллиматор, 6 — телескоп, 7 — призма полного внутреннего отражения, 8 — спектрометр, 9 — объектив ЭОУ, 10 — электронно-оптический усилитель с флеш-накопителем и фото-регистратором.
Поставленная задача решается следующим образом. Оператор подводит БПЛА к месту, где нужно провести мониторинг растительности и зависает БПЛА над площадкой 1 (фиг. 1) на высоте 10-и метров. С устройства дистанционного мониторинга, укрепленного на БПЛА, излучаются широтно-модулированные импульсы с длиной волны λ в , общей длительностью 1550 мс возбуждающие флуоресценцию хлорофилла растительности на поле 2 (фиг. 1). Вторичное излучение с длиной волны флуоресценции λ ф находящееся в поле зрения приемного телескопа устройства дистанционного мониторинга направляется на спектрометр и далее усиливается электронно-оптическим усилителем. Полученная информация о спектрах хранится на флеш-накопителе с дальнейшей обработкой на рабочей станции.
Устройство (фиг. 2) содержит: блок управления 3 для синхронизации работы устройства дистанционного мониторинга, полупроводниковый источник лазерного излучения 4 SDL-303 мощностью 1000 мВт с длиной волны 532 нм, коллиматор 5 с малым углом расходимости луча, для неизменной площади засветки, в качестве телескопа используется оптический прицел 6 фирмы «Discovery», призма 7 полного внутреннего отражения направляет световой поток в спектрометр 8 состоящий из монолитного акрилового тела [1], на входной поверхности которой расположена входная щель, входное зеркало, дифракционная решетка, выходное зеркало, выходная поверхность с изображением спектра, далее спектр посредством объектива 9 подается на электронно-оптический усилитель 10 прибора ночного видения (ПНВ Megaorei 3) с фото-регистратором и флеш-памятью.
Устройство работает следующим образом.
По команде с блока управления излучается первоначальный лазерный импульс длительностью 50 мс по заднему фронту которого формируется синхроимпульс для срабатывания фото-регистратора ПНВ и данный кадр запоминается на флеш-памяти, затем длительность импульса увеличивается до 100 мс и далее с шагом 100 мс до 500 мс с регистрацией кадра на каждом шаге на флеш-памяти и таким образом накапливается группа из шести кадров.
Каждый лазерный импульс зондирует выбранный участок растительности 1 (фиг. 1), при взаимодействии с хлорофилл-содержащими растительными структурами световой пучок частично рассеивается, а часть падающей световой энергии поглощается и преобразуется во вторичное излучение флуоресценции в диапазоне от 650 нм до 800 нм. Вторичное излучение флуоресценции посредством приемного телескопа и призмы полного внутреннего отражения направляется на входную щель спектрометра (фиг. 2), с выходной поверхности которого изображение спектра посредством объектива ПНВ попадает на электронно-оптический усилитель, где усиливается и запоминается на флеш-накопителе. С флеш-накопителя полученная группа из 6 кадров передается на рабочую станцию для обработки.
Источник информации
1. Патент РФ № 205270 «Мини-спектрограф для полевых измерений» М.Г. Даниловских, Л.И. Винник, В.А. Стрещук. Опуб. 07.06.2021. Бюл. № 19.
Claims (2)
2. Устройство для дистанционного мониторинга растительности с БПЛА, включающее в себя блок управления для синхронизации работы устройства дистанционного мониторинга, полупроводниковый источник лазерного излучения, коллиматор с малым углом расходимости луча для неизменной площади засветки, телескоп для приема вторичного излучения флуоресценции, призму полного внутреннего отражения для направления светового потока, спектрометр для разложения светового потока в спектр и отображения его на выходной поверхности, электронно-оптический усилитель с фото-регистратором и флеш-памятью.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2788118C1 true RU2788118C1 (ru) | 2023-01-16 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2199730C2 (ru) * | 1998-10-28 | 2003-02-27 | Дойчес Центрум Фюр Люфт-Унд Раумфарт Е.Ф. | Система детектирования флуоресценции для определения значимых параметров растительности |
| RU2610521C1 (ru) * | 2015-11-02 | 2017-02-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ дистанционного трассового обнаружения участков растительности в стрессовом состоянии |
| CN105759838B (zh) * | 2016-05-11 | 2018-05-22 | 北方民族大学 | 基于无人机的植物生长状况监测装置及方法 |
| WO2022005812A1 (en) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | Spekciton Biosciences Llc | Duvf-msi biophotonic analyzer device and methods for detecting pathogens on plants and measuring stress response |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2199730C2 (ru) * | 1998-10-28 | 2003-02-27 | Дойчес Центрум Фюр Люфт-Унд Раумфарт Е.Ф. | Система детектирования флуоресценции для определения значимых параметров растительности |
| RU2610521C1 (ru) * | 2015-11-02 | 2017-02-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ дистанционного трассового обнаружения участков растительности в стрессовом состоянии |
| CN105759838B (zh) * | 2016-05-11 | 2018-05-22 | 北方民族大学 | 基于无人机的植物生长状况监测装置及方法 |
| WO2022005812A1 (en) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | Spekciton Biosciences Llc | Duvf-msi biophotonic analyzer device and methods for detecting pathogens on plants and measuring stress response |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3642616B1 (en) | Method and system for spectral determination of egg gender and fertility | |
| US11202918B2 (en) | Eye treatment system | |
| KR100352689B1 (ko) | 동기 발광 시스템 | |
| JP2527540B2 (ja) | 蛍光信号の解析と画像表示のための装置 | |
| US5633503A (en) | Particle analyzer | |
| CN102384836B (zh) | 激光多参数实时测量装置 | |
| KR100793517B1 (ko) | 혼탁한 약제학적 시료들의 분광 분석을 위한 방법과 장치 | |
| JPH05337142A (ja) | 齲蝕歯の検出装置 | |
| US20060243911A1 (en) | Measuring Technique | |
| US5772588A (en) | Apparatus and method for measuring a scattering medium | |
| JPS61503005A (ja) | パルス励起及び時間領域信号処理を用いる光放射中に発生された瞬間的一重状態酸素濃度を監視するための電子光学的デバイス | |
| CN105021627B (zh) | 光学薄膜及元件表面激光损伤的高灵敏快速在线探测方法 | |
| US10302545B2 (en) | Automated drop delay calculation | |
| US20060142662A1 (en) | Analysis apparatus and method comprising auto-focusing means | |
| CN110108677A (zh) | 生物延迟发光探测*** | |
| US9480405B2 (en) | Photodynamic diagnosis apparatus, photodynamic diagnosis method and device | |
| RU2788118C1 (ru) | Способ дистанционного мониторинга растительности с бпла и устройство для его осуществления | |
| US20210247293A1 (en) | Clustered wavelength division light detection systems and methods of using the same | |
| US11982621B2 (en) | Autofluorescence photothermal characterization systems and methods | |
| RU2453829C2 (ru) | Способ дистанционного определения функционального состояния фотосинтетического аппарата растений | |
| US20090042238A1 (en) | Method of evaluating cell function, system for evaluating cell function, fluorescent microscope system, phototherapy method and phototherapy system | |
| CN109030427A (zh) | 一种专用光致发光光谱测量的ccd光谱仪 | |
| WO2018116363A1 (ja) | ラマンプローブおよびラマンスペクトル測定装置 | |
| Morris et al. | Kerr-gated picosecond Raman spectroscopy and Raman photon migration of equine bone tissue with 400-nm excitation | |
| RU118755U1 (ru) | Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах |