土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
一、概述
為了提高農(nóng)牧業(yè)抗旱管理水平，快速掌握土地旱情動(dòng)態(tài)，避免或減少旱災(zāi)造成的損失，逐步建立起廣泛覆蓋的土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為相應(yīng)管理部門的重要任務(wù)之一。
土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土壤墑情（土壤濕度）的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)。用戶可以根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，靈活布置土壤水分傳感器；也可將傳感器布置在不同的深度，測(cè)量剖面土壤水分情況。系統(tǒng)還提供了額外的擴(kuò)展能力，可根據(jù)監(jiān)測(cè)需求增加對(duì)應(yīng)傳感器，監(jiān)測(cè)土壤溫度、土壤電導(dǎo)率、土壤ph值、地下水水位、地下水水質(zhì)以及空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速風(fēng)向、雨量等信息，從而滿足系統(tǒng)功能升級(jí)的需要。
土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠全面、科學(xué)、真實(shí)地反映被監(jiān)測(cè)區(qū)的土壤變化，可及時(shí)、準(zhǔn)確地提供各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤墑情狀況，為減災(zāi)抗旱提供了重要的基礎(chǔ)信息。
二、解決方案
1、系統(tǒng)構(gòu)成
土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備和土壤墑情檢測(cè)設(shè)備四部分構(gòu)成。
◆ 監(jiān)控中心
硬件主要由服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、打印機(jī)等組成。
軟件主要有操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件組成。
◆ 通信平臺(tái)
包括中國(guó)移動(dòng)gprs網(wǎng)絡(luò)和internet公網(wǎng)。
系統(tǒng)計(jì)劃采用公網(wǎng)專線的組網(wǎng)方式，監(jiān)控中心需具備可上外網(wǎng)的固定ip地址。
◆ 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備
遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備可根據(jù)供電類型分為市電供電土壤墑情監(jiān)測(cè)終端、太陽(yáng)能供電土壤墑情監(jiān)測(cè)終端和電池供電土壤墑情監(jiān)測(cè)終端。
針對(duì)土壤墑情監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散分布、不易布線的特點(diǎn)，建議選用太陽(yáng)能供電型土壤墑情監(jiān)測(cè)終端。
◆ 土壤墑情檢測(cè)設(shè)備
根據(jù)監(jiān)測(cè)需求，可采用1路土壤水分傳感器實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)墑情檢測(cè)；也可采用多路土壤水分傳感器，并將傳感器布置在不同的深度，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的剖面土壤墑情檢測(cè)。
3、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)
土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)采集土壤墑情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并利用gprs無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸；監(jiān)控中心自動(dòng)接收、自動(dòng)存儲(chǔ)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)主要功能如下：
● 符合墑情監(jiān)測(cè)規(guī)范sl 364-2006。
● 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)可靈活進(jìn)行單路測(cè)量或多路剖面測(cè)量。
● 土壤水分超過(guò)預(yù)先設(shè)定的限值時(shí)，立刻上報(bào)告警信息。
● 可擴(kuò)展土壤溫度、電導(dǎo)率、ph值以及地下水參數(shù)、氣象參數(shù)等監(jiān)測(cè)功能。
● 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)頻率可靈活調(diào)整，可遠(yuǎn)程設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備工作參數(shù)。
● 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備只在采集數(shù)據(jù)時(shí)才給傳感器供電，一方面節(jié)約了能源，另一方面避免了因長(zhǎng)期供電導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)變化所形成的測(cè)量誤差。
● 支持gprs、短消息、局域網(wǎng)等多種通訊方式，推薦采用gprs無(wú)線通訊。
● 可同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上報(bào)至多個(gè)中心。
● 具備遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)功能，可擴(kuò)展遠(yuǎn)程拍照功能。
● 具備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析功能，數(shù)據(jù)報(bào)表可導(dǎo)出、可打印輸出。
● 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具備gis功能，可在地圖上顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)分布位置。
● 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件支持通過(guò)opc接口與其它系統(tǒng)對(duì)接?！?br>4、系統(tǒng)主要硬件設(shè)備
（1）土壤墑情監(jiān)測(cè)終端
◆ 安裝方式：立桿安裝或壁掛安裝。
◆ 供電方式：太陽(yáng)能供電。
◆ 對(duì)傳感器供電電壓：10~30v。
◆ 與監(jiān)控中心通信方式：gprs。
◆ 數(shù)據(jù)上報(bào)方式：實(shí)時(shí)上報(bào)。
◆ 核心產(chǎn)品：監(jiān)測(cè)終端內(nèi)的核心產(chǎn)品選用yd-1003型低功耗測(cè)控終端。該產(chǎn)品集數(shù)據(jù)采集、顯示、傳輸、存儲(chǔ)功能于一體，采用低功耗設(shè)計(jì)，特別適用于太陽(yáng)能供電的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，可大大減少太陽(yáng)能供電成本并降低施工難度。
（2）產(chǎn)品特點(diǎn)
● 數(shù)據(jù)采集、傳輸一體化設(shè)計(jì)。
● gprs實(shí)時(shí)在線功耗低，在線平均電流≤10ma。
● 可選配水文、水資源等多種數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約。
● 支持用戶自行開發(fā)軟件系統(tǒng)。
（3）技術(shù)參數(shù)
硬件配置：6路pi、4路di、4路ai、3路do、2路串口。
存儲(chǔ)容量：4m。
供電電源：10v～30v dc。
功 耗：待機(jī)電流＜0.1ma/12v；
在線電流≤6ma/12v；
發(fā)送電流≤60ma/12v；
實(shí)時(shí)在線平均電流：≤10ma/12v。
工作環(huán)境：溫度：-40～+85℃；濕度：≤95%。
安裝方式：導(dǎo)軌式。
（4）土壤水分傳感器
水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素。測(cè)量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反應(yīng)各種土壤的真實(shí)水分含量。土壤水分傳感器可測(cè)量土壤水分的體積百分比，與土壤本身的機(jī)理無(wú)關(guān)，是目前上zui流行的土壤水分測(cè)量方法。土壤水分傳感器是一款高精度、高靈敏度的測(cè)量土壤水分的傳感器。
● 性能指標(biāo)
測(cè)量參數(shù)：土壤容積含水量。
單位：%（m3/m3）。
量程：0～（m3/m3）。
精度：±2%（m3/m3）。
測(cè)量區(qū)域：90%的影響在圍繞*探針的直徑3cm、長(zhǎng)為6cm的圓柱體內(nèi)。
穩(wěn)定時(shí)間：通電后約1秒。
響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)在1秒內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)程。
工作電壓：12v~24v dc。
輸出信號(hào)：4～20ma標(biāo)準(zhǔn)電流環(huán)。
密封材料：abs工程塑料。
探針材料：不銹鋼或銅。
電纜長(zhǎng)度：標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度5m。
遙測(cè)距離：小于1000米。
● 主要特點(diǎn)
① 高穩(wěn)定性，安裝維護(hù)操作簡(jiǎn)便。
② 支撐的材料為環(huán)氧樹脂，強(qiáng)度和壽命得到保證。
③ 密封性好，可長(zhǎng)期埋入土壤中使用，且不受腐蝕。
④ 采用標(biāo)準(zhǔn)的電流環(huán)傳送技術(shù)使其具有抗*力強(qiáng)，傳送距離遠(yuǎn)，測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快。
⑤ 土質(zhì)影響較小，應(yīng)用地區(qū)廣泛，適合中國(guó)國(guó)情。