一种基于输变电网络的森林生态系统碳通量监测方法

1.本发明属于森林生态系统通量观测领域，特别涉及一种基于输变电网络的森林生态系统碳通量监测方法。


背景技术：

2.对于碳通量的精确监测是实现双碳目标的基础，只有准确获得碳通量的精确数据和分布，才能制定相应的碳排放控制措施。
3.目前，碳通量的监测方法有以下两种：
4.1、利用碳卫星对地面某一时刻或某一区域的大气中co2含量进行测量。由于卫星观测是采用“自上而下”的方法，需要通过大气层来观测地面的co2含量，所以，对地面co2含量的测量依赖于观测和模拟，由于大气运动的不确定性，导致大气输出模型的准确度比较低，难以对局部地区的co2浓度进行精确测量。
5.2、利用通量塔观测技术对局部区域的碳通量进行监测：将观测仪器安置在距离下垫面一定高度的地方，利用涡度相关原理计算一定区域内的通量。这种方法通过单点的观测结果代表一定区域内的物理过程，有时难以反映实际的通量情况，且通量塔造价昂贵。
6.综上，需要一种低成本高精度的森林生态系统碳通量监测方法。
7.公开号为cn111257505a的专利《一种森林碳通量计量系统及方法》公开了数据处理终端和数据采集装置，数据采集装置包括无线数据转发模块和位于树木冠层中不同高度的多个数据采集模块。该发明在森林不同冠层位置布置数据采集模块采集温度数据、湿度数据、光照数据和co2浓度数据，计算出测量区域内的碳通量值，能很好的表示测量区域内碳通量时空分布特征。但将数据采集装置布设在树木上难以进行维护和更新，且得到的碳通量数据也仅为单点的观测结果，观测精度不足。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提出一种基于输变电网络的森林生态系统碳通量监测方法，借助电网布设铁塔资源分布广、数量多、样地类型丰富的特点，实现大区域内的碳通量多点同步精准监测，准确获得碳通量的分布情况，对推广碳通量的全面监测是极大的进步。
9.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
10.技术方案一
11.一种基于输变电网络的森林生态系统碳通量监测方法，包括以下步骤：
12.在监测区域内的输电塔上布设碳通量监测装置；
13.所述碳通量监测装置获取监测数据；
14.无人机在监测区域内巡飞，所述无人机挂载有数据接收模块；
15.所述数据接收模块收集监测数据。
16.进一步地，所述碳通量监测装置包括：电源模块、数据采集处理模块、定位模块、
co2检测模块和数据传输模块；
17.所述co2检测模块获取co2浓度信息，所述定位模块获取定位信息，所述数据采集处理模块读取co2浓度信息和定位信息并通过数据传输模块传输至远程终端。
18.进一步地，所述co2检测模块包括：宽谱红外光源、气体池、探测光路、滤光片和光电探测器。
19.进一步地，所述co2检测模块的工作温度为-40℃-75℃，量程为0-1000pm，精度为2％。
20.进一步地，所述数据采集处理模块的数据采样间隔为10s。
21.进一步地，所述无人机按预设路线沿输电线路进行巡飞，收集监测数据并获取碳通量监测装置周边的实景图。
22.进一步地，还包括：
23.对所述监测数据进行数据清洗；根据定位信息，融合co2浓度信息、实景图与卫星图，得到co2浓度分布图；根据co2浓度分布图，计算监测区域的碳通量。
24.进一步地，所述碳通量监测装置包括抗电磁干扰外壳，所述抗电磁干扰外壳设有用于放置无线传输天线和二氧化碳探头的缺口。
25.进一步地，所述碳通量监测装置通过可调节的绑带固定于输电铁塔的不同高度，同时在沿输电线路的不同铁塔上进行布设。
26.技术方案二
27.一种基于输变电网络的森林生态系统碳通量监测系统，包括：
28.若干碳通量监测装置，所述碳通量监测装置布设在监测区域内的输电塔，碳通量监测装置用于获取监测数据；
29.无人机，所述无人机挂载有数据接收模块，无人机用于在监测区域内巡飞；所述数据接收模块用于收集监测数据。
30.进一步地，所述碳通量监测装置包括：电源模块、数据采集处理模块、定位模块、co2检测模块和数据传输模块；
31.所述co2检测模块获取co2浓度信息，所述定位模块获取定位信息，所述数据采集处理模块读取co2浓度信息和定位信息并通过数据传输模块传输至远程终端。
32.进一步地，所述co2检测模块包括：宽谱红外光源、气体池、探测光路、滤光片和光电探测器。
33.进一步地，所述co2检测模块的工作温度为-40℃-75℃，量程为0-1000pm，精度为2％。
34.进一步地，所述数据采集处理模块的数据采样间隔为10s。
35.进一步地，所述无人机按预设路线沿输电线路进行巡飞，收集监测数据并获取碳通量监测装置周边的实景图。
36.进一步地，还包括：
37.对所述监测数据进行数据清洗；根据定位信息，融合co2浓度信息、实景图与卫星图，得到co2浓度分布图；根据co2浓度分布图，计算监测区域的碳通量。
38.进一步地，所述碳通量监测装置包括抗电磁干扰外壳，所述抗电磁干扰外壳设有用于放置无线传输天线和二氧化碳探头的缺口。
39.进一步地，所述碳通量监测装置通过可调节的绑带固定于输电铁塔的不同高度，同时在沿输电线路的不同铁塔上进行布设。
40.相较于现有技术，本发明提供的基于输变电网络的森林生态系统碳通量监测方法不仅能降低碳通量计量的安装成本，更突出的优点在于：借助电网布设铁塔资源分布广、数量多、样地类型丰富的特点，实现大区域内的碳通量多点同步精准监测，准确获得碳通量的分布情况，对推广碳通量的全面监测是极大的进步。
附图说明
41.图1是本技术实施例1提供的方法流程图。
42.图2为本技术实施例2提供的碳通量监测装置结构示意图。
43.图3为本技术实施例2提供的co2检测模块示意图。
44.图4为本技术实施例3提供的碳通量监测系统示意图。
45.图5为本技术实施例3提供的数据接收模块结构示意图。
具体实施方式
46.下面将参照附图详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
47.需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
48.为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
49.实施例1：
50.随着输变电工程的建设，输电铁塔分布在各个地点，其分布范围广、布设位置均匀等特点可以为大范围内的碳通量连续分布式监测提供基础，实现电网资源的共享。请参阅图1，本实施例提供一种基于输变电网络的森林生态系统碳通量监测方法，包括以下步骤：
51.s1:确定监测区域，在监测区域内的输电塔上布设碳通量监测装置；
52.s2:碳通量监测装置获取监测数据；
53.s3:无人机按预设路线在监测区域进行巡飞，所述无人机挂载有数据接收模块，通过数据接收模块收集所述监测数据；
54.s4:将监测数据传输至数据处理终端，对监测数据进行分析处理。
55.具体的，所述的无人机巡飞方法为：无人机按照设定路线沿输电线路进行巡飞，一方面通过挂载的数据接收模块接收碳通量监测装置发出的数据，一方面获取监测点的地面
环境场景(即碳通量监测装置的周边环境)。
56.具体的，所述的数据分析处理方法为：对导入的监测数据进行数据清洗；根据gps位置信息，将监测点的co2浓度和卫星图以及实景图进行融合，绘制出co2浓度分布图；通过连续监测得到的多个co2浓度分布图，计算监测区域的碳通量。
57.实施例2：
58.请参阅图2，在实施例中，本发明提供一种碳通量监测装置，包括：电源模块、数据采集处理模块、定位模块(gps定位仪)、co2检测模块和数据传输模块。
59.所述碳通量监测装置的工作流程如下：通过co2检测模块获得实时的co2浓度，通过gps定位仪获得精确的定位信息，所述数据采集处理模块读取其他模块获取的数据如co2浓度、定位信息并将数据通过数据传输模块传输至远程终端，如无人机上挂载的数据接收模块。
60.请参阅图3，所述co2检测模块采用红外光谱法对co2浓度进行检测，其包括：宽谱红外光源、气体池、探测光路、滤光片和光电探测器，工作原理如下：当光通过含有二氧化碳的气体时，利用窄带滤光片滤出对co2气体特定的吸收波长(比如4.2μm)的光，通过探测器检测吸收光的强度，来测量co2的浓度。同时对吸收波长以外的光能量进行检测，得出背景光的强度，通过比较吸收光强和背景光强，即可得出co2的浓度。
61.具体的，所述co2检测模块的工作温度为-40℃-75℃，量程为0-1000pm，精度为2％。
62.具体的，所述电源模块采用直流12v，采用内置式电池供电。
63.具体的，所述gps定位仪能获得准确的经纬度位置信息，精度可以达到万分之一度。
64.具体的，所述数据传输模块采用gprs技术，能够在2km的范围内实现数据的无线传输。
65.具体的，所述数据采集处理模块的数据采样间隔为10s，具有数据存储能力，可以存储一个月的连续监测数据。
66.具体的，所述碳通量监测装置可以对环境温度进行监测。
67.实施例3：
68.请参阅图4，在实施例中，提供了一种基于输变电网络的森林生态系统碳通量监测系统，包括：实施例2中所述的碳通量监测装置、巡检无人机、数据接收模块、数据终端等。
69.具体的，所述数据接收模块挂载在所述巡检无人机上，对输电线路进行巡飞时收集不同碳通量监测装置的数据。
70.具体的，所述数据终端对数据接收模块获得的数据进行处理分析，获得区域内的碳通量分布。
71.具体的，所述数据终端和数据接收模块的数据传输方式为usb连接传输或无线传输。
72.具体的，所述碳通量监测装置由抗电磁干扰外壳包裹，所述抗电磁干扰外壳上预留了用于放置无线传输天线和二氧化碳探头的缺口。
73.具体的，所述碳通量监测装置通过可调节的绑带固定于输电铁塔不同高度处，同时在沿输电线路的不同铁塔上进行布设。
74.请参阅图5，数据接收模块包括电源模块，数据传输模块，usb连接，数据处理模块。
75.具体的，所述电源模块采用直流12v，采用内置式电池供电。
76.具体的，所述数据传输模块采用gprs技术，能够在2km的范围内实现数据的无线传输。
77.在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
78.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
79.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
80.本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求及其等同物来限制。