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古树倾斜、土壤、白蚁、茎流多参数一体化

(2025-05-22 08:33:00)
一、    方案介绍
为有效保护珍贵古树名木资源,提升其生长环境监测与风险预警水平,本方案构建一套多参数一体化监测系统,融合树体倾斜、土壤养分、水热条件、白蚁危害与树木茎流等核心参数的感知技术,结合物联网、大数据和人工智能分析,实现对古树健康状态的全天候、全周期、全要素精准监控和远程预警,助力古树生态保护和科学管理。

二、监测目标
  1. 实时监测古树倾斜变化,预警倒伏风险;
  2. 动态掌握根际土壤水分、温度、养分等环境变化;
  3. 精准感知白蚁活动迹象,提前防控虫害隐患;
  4. 跟踪树木茎流情况,辅助评估水分输导功能与生理状态;
  5. 通过历史数据积累,建立古树健康档案与动态监测模型。
三、需求分析
古树历经百年甚至千年,自身抗逆能力逐渐下降,易受风折、虫害、旱涝、营养失衡等因素影响。目前常规巡查方式存在监测范围窄、数据主观性强、响应不及时等问题,无法满足高风险古树的科学管理需求。亟需建立一套精准、实时、自动化的多参数监测系统,为古树安全管理提供数据支撑与智能决策。
四、监测方法
  1. 倾斜监测:通过高精度角度传感器采集树干倾斜角度,实现结构位移跟踪;
  2. 土壤监测:多功能传感器获取土壤中的氮、磷、钾、水分、温度、电导率和pH值等指标;
  3. 白蚁监测:采用多普勒雷达联合AI算法识别地下虫害活动特征,实现智能识别与预警;
  4. 茎流监测:通过热脉冲插针技术测量树干内水分流速,反映古树生理活动水平。
五、应用原理
系统基于多种传感器融合技术和物联网通信协议,实现感知数据采集与云端平台对接。通过太阳能自供电设备采集数据并实时上传,后端平台对数据进行分类分析与多维度建模。结合AI识别技术,判断数据异常趋势,触发自动预警。平台支持远程访问、图表展示、历史查询与参数设置,便于管理部门远程掌控古树健康状况。
六、功能特点
  1. 多参数集成监测,全面覆盖古树生理与环境要素;
  2. 倾斜变化实时感知,倒伏风险智能预警;
  3. 土壤养分与水热状态联动监测,评估根系生态;
  4. 白蚁雷达智能探测,虫害早期预判;
  5. 茎流监测量化水分代谢,辅助生理诊断;
  6. 太阳能供电与立杆部署,便于野外长期稳定运行;
  7. 数据远传云平台,支持移动端与PC端在线查看。
七、硬件清单
  1. 树木倾斜监测终端;
  2. 土壤多参数传感器(氮、磷、钾、水分、温度、电导率、pH);
  3. 白蚁多普勒监测设备(内置AI识别算法与Modbus通讯);
  4. 热脉冲型茎流传感器及温控辅助模块;
  5. 数据采集控制器(具备数据处理与通信能力);
  6. 通讯模块(支持RS485/4G);
  7. 太阳能电源系统(60W光伏板40Ah电池一体化太阳能供电);
  8. 监测立杆结构组件(2米安装高度);
  9. 云平台与数据可视化系统。
八、硬件参数(量程、精度)
  • 树木倾斜监测
    • 量程:±90°
    • 精度:±0.2°
  • 土壤参数监测
  • 氮含量:0–1999 mg/kg,精度 ±2%
  • 磷含量:0–1999 mg/kg,精度 ±2%
  • 钾含量:0–1999 mg/kg,精度 ±2%
  • 水分含量:0–100%,精度 ±2%
  • 温度:-40°C~+80°C,精度 ±0.5°C
  • 电导率:0–10 dS/m,精度 ±2%
  • pH值:3.5–9.0,精度 ±0.3
  • 技术类型:热脉冲插针技术
  • 茎流量范围:0–500 g/h(视树种与季节而定)
  • 精度:±5%
  • 频率:24GHz~24.25GHz
  • 探测方式:多普勒+复合智能AI算法
  • 报警输出:RS485 Modbus-RTU
  • 茎流监测
  • 白蚁监测
九、方案实现
系统建设包括前端传感器设备安装、中端采集控制系统集成和后端云平台部署。前端设备以立杆形式固定部署,采用太阳能供电,确保野外长期运行。传感器实时采集各项指标,通过RS485或4G通讯方式上传数据。平台进行数据归档、趋势分析与可视化展示,并可根据设定阈值进行自动预警与报警推送。
十、数据分析
平台支持多维度数据分析功能,可对倾斜趋势、土壤养分变化、茎流季节性规律、白蚁活动频率等数据进行可视化呈现。结合历史数据与气象信息,建立古树健康变化模型,为养护管理单位提供科学决策支持。
十一、预警决策
系统支持分级预警机制,基于倾斜角度变化速率、土壤水分极端值、白蚁信号强度与茎流骤减等特征触发告警,自动通过平台、短信、微信等方式通知管理人员。平台具备预警记录回溯、事件处置闭环管理等功能,便于问题追踪与快速响应。
十二、方案优点
  1. 高集成度一体化监测,设备部署简便;
  2. 非接触式智能虫害识别,避免干扰生态环境;
  3. 茎流监测补充传统树体诊断空白;
  4. 可扩展性强,支持多站点、多树种应用;
  5. 数据驱动管理,提升养护精细化与决策效率;
  6. 支持野外自供电,适应复杂生态环境。
十三、应用领域
  • 名胜古迹区域古树名木保护工程;
  • 城市公园、大型绿地重点树木监测;
  • 森林生态保护区古树生态评估;
  • 博物馆、寺庙、历史街区树木安全管理;
  • 文物保护与生态旅游融合项目。
十四、效益分析
生态效益:提升古树生境监控能力,增强生态系统稳定性;
经济效益:降低人工巡检频率,减少树木倒伏带来的次生灾害损失;
社会效益:推动古树保护数字化管理,增强公众生态意识与文化认同。
十五、国标规范
  • 《古树名木保护技术规范》(LY/T 2009)
  • 《园林植物养护技术规程》(CJJ/T 82)
  • 《土壤监测技术规范》(HJ 101-2019)
  • 《植物茎流观测技术规程》(LY/T 2873)
  • 《森林病虫害监测技术规范》(LY/T 1682)
十六、参考文献
  1. 国家林草局:《古树名木信息化管理与监测技术指南》;
  2. 《森林生态系统多参数监测技术研究》,生态环境部研究院;
  3. 中国林科院:《茎流监测技术与应用》研究成果报告;
  4. 《现代植物保护》期刊相关论文;
  5. 地方政府古树名木保护工程案例资料汇编。
十七、案例分享
案例一:重庆某历史文化名村开展古树实时监测试点,建成10套多参数监测系统,实现古树安全连续监测,成功预警1起倒伏风险,保障游客与居民安全。
案例二:某国家森林公园引入本方案对百年银杏群落进行监控,系统自动识别白蚁活跃区域并联动养护处置,提升防控效率75%。

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