作者:
Dr. William Kaiser - Department of Electrical Engineering, UCLA
Dr. Philip Rundel - Department of Ecology and Evolutionary Biology, UCLA

行業:
生命科學, 大學/教育, 科研

產品:
CompactRIO, LabVIEW, Compact FieldPoint控製器

挑戰:
使用同一平台支持多種環境參數的無線測量，並達到機器人控製、遠端設定，與網絡資料分享的功能。 進一步使用該係統了解雨林的微氣候(Microclimate)特性
，以及雨林地麵與大氣之間的碳通量變化。

解決方案:
通過NI LabVIEW 軟件與NI CompactRIO 平台，我們開發了無線傳感係統，可搜集多種環境測量資料、遠端設定功能、便於未來擴充設備
，並讓研究者通過網絡於全世界的進行測量。

      近年來，因全球變暖導致自然災害頻發。普遍觀點認為
，以二氧化碳為主的溫室氣體排放是引起全球變暖的罪魁禍首。

      為了研究溫室氣體排放到底對環境會產生多大影響，加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）的研究人員利用NI PAC 平台在哥斯達黎加的熱帶雨林中部署了傳感器網絡，監測二氧化碳和其他物質之間的流通轉變，並且利用LabVIEW 的網絡功能
，使世界各地的研究人員可以共享監測結果，從而為全球變暖問題的研究提供了第一手的數據資料。

      地(di)球(qiu)表(biao)麵(mian)以(yi)熱(re)輻(fu)射(she)的(de)形(xing)式(shi)釋(shi)放(fang)吸(xi)收(shou)的(de)太(tai)陽(yang)能(neng)
，大(da)氣(qi)層(ceng)會(hui)再(zai)吸(xi)收(shou)部(bu)分(fen)能(neng)量(liang)並(bing)進(jin)行(xing)循(xun)環(huan)

，從(cong)而(er)保(bao)持(chi)地(di)球(qiu)溫(wen)暖(nuan)。這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)就(jiu)是(shi)溫(wen)室(shi)效(xiao)應(ying)。近(jin)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)、甲烷等能夠吸收紅外線輻射的氣體排放量增加，導致全球變暖。為了更好地理解溫室氣體排放對環境的影響
，UCLA的研究團隊在哥斯達黎加東北部加勒比海沿岸的雨林中開展工作，測量在雨林地麵和大氣之間的碳通量（Carbon Flux

，即二氧化碳以及其他含碳物質的流通交換）變bian化hua。熱re帶dai雨yu林lin具ju有you天tian然ran的de生sheng物wu多duo樣yang性xing，並bing且qie較jiao其qi他ta陸lu地di生sheng態tai係xi統tong吸xi收shou更geng多duo的de二er氧yang化hua碳tan，從cong而er影ying響xiang了le本ben地di乃nai至zhi全quan球qiu的de氣qi候hou。但dan是shi在zai雨yu林lin中zhong，由you於yu多duo層ceng次ci豐feng富fu多duo變bian的de森sen林lin結jie構gou，碳tan通tong量liang的de變bian化hua特te別bie複fu雜za。“缺口理論”是(shi)對(dui)碳(tan)通(tong)量(liang)複(fu)雜(za)變(bian)化(hua)的(de)一(yi)種(zhong)假(jia)說(shuo)性(xing)解(jie)釋(shi)。它(ta)假(jia)設(she)由(you)樹(shu)木(mu)倒(dao)落(luo)等(deng)原(yuan)因(yin)形(xing)成(cheng)了(le)森(sen)林(lin)樹(shu)冠(guan)層(ceng)中(zhong)的(de)小(xiao)缺(que)口(kou)，這(zhe)些(xie)小(xiao)缺(que)口(kou)像(xiang)煙(yan)囪(cong)一(yi)樣(yang)將(jiang)呼(hu)吸(xi)作(zuo)用(yong)產(chan)生(sheng)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)到(dao)大(da)氣(qi)中(zhong)。但(dan)由(you)於(yu)在(zai)雨(yu)林(lin)地(di)麵(mian)以(yi)及(ji)樹(shu)冠(guan)層(ceng)中(zhong)的(de)對(dui)應(ying)點(dian)進(jin)行(xing)三(san)維(wei)測(ce)量(liang)比(bi)較(jiao)困(kun)難(nan)，二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)平(ping)衡(heng)通(tong)量(liang)很(hen)難(nan)監(jian)測(ce)
，這(zhe)一(yi)理(li)論(lun)一(yi)直(zhi)難(nan)以(yi)證(zheng)實(shi)。

叢林中布下“天羅地網”

      要研究碳通量的特性
，需要對許多參數進行測量，包括溫度
、二氧化碳
、濕度
、精確的三維風力、熱通量、太陽輻射以及光合有效輻射（PAR）等。為了提高測量精度
，確定不均衡碳通量的影響，研究人員開發了基於NI PAC平台的可移動無線自動傳感係統，被稱為“SensorKit”，能夠測量在大氣和地麵之間的碳元素以及其他物質的流通交換。

      過去，要進行多種物理量的測量需要使用來自多個廠商的多種數據記錄設備。NI CompactRIO 平台支持NI 的C xiliemokuaiyijidisanfangchangshangdemokuai
，kejinxingguangfandeshujuceliang，zaidanyipingtaishangjiukeyimanzugaixiangmudeceliangxuqiu，tongshihaiweiweilaitigonglekuozhanheshengjikongjian。SensorKit係xi統tong被bei布bu置zhi在zai森sen林lin地di麵mian的de多duo個ge位wei置zhi
，有you些xie則ze被bei懸xuan掛gua在zai空kong中zhong的de可ke移yi動dong裝zhuang置zhi上shang，從cong而er構gou成cheng了le一yi個ge能neng夠gou進jin行xing三san維wei測ce量liang的de環huan境jing監jian測ce係xi統tong。所suo有you進jin行xing碳tan通tong量liang研yan究jiu所suo需xu要yao的de環huan境jing數shu據ju都dou通tong過guo模mo塊kuai化hua的de方fang法fa進jin行xing采cai集ji，係xi統tong以yiCompactRIO 作為中央測量單元，同時選用NICompact FieldPoint 進行分布式無線測量，利用NI WAP無線接入點在分布式傳感器、觀測塔和地麵之間傳送數據。

雨林中監測係統部署示意圖

與全球科學工作者分享數據

       研究人員利用LabVIEW 連接到這些分布式“觀測站”，並且對CompactRIO控製器進行編程。LabVIEW能夠為研究人員提供不同格式的測量數據，便於他們進行後期分析。“NI平台的靈活性使我們可以通過連接到係統的便攜式電腦配置測量類型
，選擇通道，甚至增加擴展功能”

，UCLA 的William Kaiser博士說。該研究小組還通過互聯網為不在現場的研究人員和學生提供遠程數據訪問。世界各地的研究人員使用網頁瀏覽器和LabVIEW的網絡功能，就可以訪問和下載實時或存檔數據進行進一步的處理和分析。

    使用該三維監測係統可以為證實“缺口理論”假說提供所需數據，同時幫助科學家們更好地理解碳吸收對雨林的影響。Kaiser 博士希望這項研究能最終為碳元素的變化提供一個量化的方法
，從而為防止氣候變暖提出更切實的辦法。

Kaiser 博士與懸掛在空中的可編程分布式“觀測站”

ni.com/compactrio/zhs

ni.com/compactfieldpoint/zhs

ni.com/green/zhs

量化問題
，解決問題

，綠色就在身邊

NI 辦公室電力能源的實時監測

      雨林，是不是離日常的生活與工作太遠了呢？實際上，綠色並不僅僅在遙遠的哥斯達黎加。在上海的NI 總部

，Sensorkit 就幫助工程師們關注身邊的綠色應用。

      NI 上海的辦公區域電耗一直居高不下，為了了解各種電器的耗電情況，工程師們決定在公司安裝Sensorkitxitong。xitongbeianzhuangzaizongpeidianxiangzhong

，youyucaiyonglefeijiechushidedianliuchuanganqi，wuxuduankaipeidianxiangzhongxianyoudedianlujiunenggouqingsonghuoqudianliuhedianyadexinxi。tongguoneizhidelanyafasongqi
，chuanganqinenggoubashujuxinhaowuxianfasongdaoweiyubangongshineideCompactRIO 主控製器中。在CompactRIO 中就可以進行數據的初步處理和分析，並通過Web Service技術，經由公司網絡發布到網絡數據庫中。工程師們無論在世界各地隻要連上網絡就能夠實時觀看公司用電情況。

      初chu步bu的de測ce試shi係xi統tong運yun行xing後hou
，工gong程cheng師shi們men發fa現xian照zhao明ming用yong燈deng的de耗hao電dian與yu服fu務wu器qi的de耗hao電dian量liang相xiang當dang，當dang即ji決jue定ding更geng換huan節jie能neng燈deng管guan，更geng換huan之zhi後hou每mei隻zhi燈deng管guan的de耗hao電dian量liang下xia降jiang到dao原yuan來lai的de1/4，據測算若更換全部燈管，每月能為公司節省電費超過萬元。在將來，Sensorkit 將被安裝到全公司，不僅檢測用電能耗，同時監測公司的水流，號召員工做綠色環保的NI 人。