CN103837663A - 一种腾散力自动测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腾散力自动测试系统及方法，该系统包括观测站、中心数据采送站和中心管理站，所述观测站由腾散力传感器、冠层温度仪、TDR土壤水分仪以及自计雨量计依次连接而成，所述中心数据采送站内设有数字采集发送系统，所述数字采集发送系统由冠层温度数采仪、雨量数采仪、腾发力数采仪、土壤水分数采仪依次连接而成，所述中心管理站由无线接收系统、数据存储系统以及数据显示系统通过电缆线依次连接而成。本发明实现了农田以及林草地水分环境的监测调控的一体化和远程化。为农牧业现代化、机械化的生产管理奠定了条件。

Description

一种腾散力自动测试系统及方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种可用于农田、林草地的腾散力自动测试系统及方法。

背景技术

我国农田以及人工、天然草地水分状况以及环境条件的监测目前多由人工半人工进行，不仅耗时费工，且难以满足管理调控的即时需要，随着IT技术的发展，越来越多的自动化测试方法应用到农业当中。目前，国外一些农业技术发达的国家，将先进的电子技术、计算机和控制技术运用到了农田、草地(人工及天然草地)蒸发蒸腾能力以及农田环境因子的自动监测系统中，大大提高了劳动效率和生产力，也给农田以及林草地环境条件适时调控的实现成为可能。现有技术中对草地腾散力测试系统采集的信息及控制状态只能在监控系统平台上显示，未在各终端节点实现信息及状态的显示，而且灌区计算机监控系统一般采用集散型数据采集控制技术，通过网络或者数据总线将各现场测控单元与上位控制计算机连接起来，在信息查询上未实现远距离实时传输、查询。目前中心站虽能集中采样，但腾散力观测站尚未实现一体化，导致安装较为繁琐，工作量较大。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种可用于农田、林草地腾散力自动测试系统及方法，快速、直接自动获取农田、草地蒸发蒸腾量，并能对农田(含天然、人工草地)小气候以及土壤水分环境因子的快速获取。实现了农田以及林草地水分环境的监测调控的一体化和远程化。为农牧业现代化、机械化的生产管理奠定了条件。其具体技术方案为：

一种草地腾散力自动测试系统，包括观测站、中心数据采送站和中心管理站，所述观测站由腾散力传感器、冠层温度仪、TDR土壤水分仪以及自计雨量计依次连接而成，所述中心数据采送站内设有数字采集发送系统，所述数字采集发送系统由冠层温度数采仪、雨量数采仪、腾发力数采仪、土壤水分数采仪依次连接而成，所述中心管理站由无线接收系统、数据存储系统以及数据显示系统通过电缆线依次连接而成。

进一步优选，所述冠层温度仪为红外冠层温度仪。

观测站各传感器通过电缆线与中心数据采送站和DT80数采机联接，数采机通过电缆与无线信号发送设备联接，中心管理站应用专用无线接收设备即时接收、存储系统信号，并在需要时适时输出，以供应用。

一种腾散力自动测试方法，包括以下步骤：

1)指标获取：通过蒸散力、冠层温度、空气温湿度、土壤温湿度、降水量等专用传感器，获得设定时段内的蒸散发量、降水量，以及设定时间点的瞬间冠层温度、田间空气温湿度、土壤温湿度指标；

2)指标采集与转发：通过DT80数采机将蒸散发量、降水量、冠层温度、田间空气温湿度、土壤温湿度传感器输出信号转化为无线网络传输信号，并通过发送设备定时发送；

3)指标接收与下载：通过专用的网络空间接收并存储数据，通过登录网络空间查看、下载数据，并下载到专用存储设备中，在需要时进行数据输出；

4)指标分析与调控指令下达：在指标分析的基础上，远程设定设备观测时间间隔等监管参数，进行系统管理；也可下达“灌溉设备启动”等调控指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

可明显的减轻农田灌溉是研究的监测用工，提高观测数据以及试验研究的精准度和连续性；较好的实现大田作物、大面积的蒸发蒸腾耗水量以及农田土壤水环境以及田间小气候环境的实时监测、无线远程传输，以及灌溉、抗旱决策管理，从而保证作物的正常生长，实现稳产高产。

附图说明

图1为本发明腾散力自动测试系统中观测站、中心数据采送站的结构示意图；

图2为本发明腾散力自动测试系统的中心管理站结构示意图；

图3为本发明腾散力自动测试方法的流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

参照图1-图2，一种草地腾散力自动测试系统，包括观测站、中心数据采送站和中心管理站，所述观测站由腾散力传感器、冠层温度仪、TDR土壤水分仪以及自计雨量计依次连接而成，所述中心数据采送站内设有数字采集发送系统，所述数字采集发送系统由冠层温度数采仪、雨量数采仪、腾发力数采仪、土壤水分数采仪依次连接而成，所述中心管理站由无线接收系统、数据存储系统以及数据显示系统通过电缆线依次连接而成。所述冠层温度仪为红外冠层温度仪。

观测站各传感器通过电缆线与中心数据采送站和DT80数采机联接，数采机通过电缆与无线信号发送设备联接，中心管理站应用专用无线接收设备即时接收、存储系统信号，并在需要时适时输出，以供应用。

如图3所示，一种腾散力自动测试方法，包括以下步骤：

1)指标获取：通过蒸散力、冠层温度、空气温湿度、土壤温湿度、降水量等专用传感器，获得设定时段内的蒸散发量、降水量，以及设定时间点的瞬间冠层温度、田间空气温湿度、土壤温湿度指标；

2)指标采集与转发：通过DT80数采机将蒸散发量、降水量、冠层温度、田间空气温湿度、土壤温湿度传感器输出信号转化为无线网络传输信号，并通过发送设备定时发送；

3)指标接收与下载：通过专用的网络空间接收并存储数据，通过登录网络空间查看、下载数据，并下载到专用存储设备中，在需要时进行数据输出；

4)指标分析与调控指令下达：在指标分析的基础上，远程设定设备观测时间间隔等监管参数，进行系统管理；也可下达“灌溉设备启动”等调控指令。

系统主要技术参数：

1.观测站：

观测站主要由腾散力传感器、红外冠层温度传感器、近地层空气温湿度传感器、土壤水分传感器以及雨量传感器组成。

(1)3710E蒸腾蒸发力传感器

1)精度：±1％蒸发水。

2)分辨率：0.01英寸。

3)输出：单一脉冲/0.01英寸ET，输出的脉冲信号是类似于一个标准雨量桶输出的脉冲信号。

4)工作环境：温度，0℃～70℃，如果使用电池最大到54℃；湿度，0～100％RH；结构，防水。

(2)SI-111冠层红外温度传感器

1)数据采集器通道：一个差分(热电堆)，一个单端(热敏电阻)；

2)输入电源：2.5V激发，用于热敏电阻；

3)绝对精度：±0.2℃-10-65℃；±0.5℃-40-70℃；

4)一致性：±0.1℃-10-65℃；±-。3℃-40-70℃；

5)可重复性：±0.05℃-10-65℃；±0.1℃-40-70℃；

6)响应时间：小于1秒目标温度变化；

7)目标温度输出信号：60μV/℃，不同于传感器体温；

8)体温输出信号：0-2500mV；

9)光学镜头：锗镜头；

10)波长范围：8-14μm(相当于大气环境窗口)；

11)视角(FOV)：22半角，FOV是圆锥体顶点的半角，通过目标(圆锥体底部)和探测器(圆锥体顶点)形成该FOV；

12)工作环境：-55-80℃；0-100％RH；

(3)PHT2v-O₂空气温湿度传感器

1)电压输出：5mA，8-24VDC；

2)电流输出：20mA，12-30VDC；

3)温度：校准测量范围，-50-50℃；在0℃情况下的精度为，由美国NIST颁布的标定证书，精度为±0.3℃**±0.1℃(可选)；

4)传感器类型：10000hm铂电阻

5)输出信号：4线铂电阻(只有41342有)

6)电压输出：0-1VDC

7)电流输出：4-20mA

(4)TRIME PICO32土壤水分温度传感器

1)测量范围：0-100％体积含水量；

2)测量精度：±1％；

3)测量重复精度：±0.2％；

4)工作温度：-15℃～+50℃(可定制其他温度范围)；

5)供电：7-24V DC；

6)耗电：待机1mA，测量时100mA(持续2～3秒)。

(5)3525R数字式翻斗雨量传感器

1)采用自排水设计；

2)圆筒形雨水收集器直径20.5cm；

3)翻斗式雨量记录，每翻一次室内计数器自动增加读数；

4)单次最大记录雨量254mm；

5)单位mm或in可选；

6)测量精度：±2％(当降雨量小于5cm/h时)；

7)Reset键可以将读数置零；

8)内置锂电池，使用寿命长；

9)外接电缆长可达18m。

2.中心数据采送站

DT80数据采集器由澳大利亚Datataker公司生产，是一款坚固、独立、低能耗的数据采集器，具有支持USB盘、18位分辨率、通讯性能可扩展及内嵌显示屏等特性。DT80的双通道隔离概念可同时使用多达10个隔离或15个共用参考模拟输入。

DT80支持SDI-12传感器组网，还支持SCADA系统的Modbus、FTP和Web接口、具有可控12V电源为传感器供电。数据采送器技术及参数：

1)标准配件：①DT80数采机箱(内含DT80数采，CEM20通道扩展模块，电池，电源适配器，太阳能充电控制模块，GPRS通讯模块)；②太阳能板及安装支架。

2)通道：模拟输入：5-15个单端通道(10个差分)；脉冲通道：12个；数字I/O口：8个。

3)处理器：采用18位A/D转换器，精度±0.025％；

4)存储：内存可存储130，000个读数，可使用PC卡或闪存可存储(可存储65，000个读数)；

5)U盘存储：兼容USB1.1或USB2.0驱动，每兆约90，000采集数字点；

6)LCD液晶显示，2线16字母的LCD液晶显示和6个按键用于查看通道及数采状态和功能执行；

7)通讯：RS232、USB、以太网等；

8)采样间隔：10ms至天，可自定义；

9)输出值种类：平均值，最大值，最小值，取样值(Sample)，向量值，累计值(Totalize)等；

10)工作温度范围：-45～70℃；

11)时钟精准度：约±1分钟/年0-40℃；约±4分钟/年-40～70℃；

12)供电电压：10～30V DC；

13)工作湿度：85％(无水汽凝结)。

3.中心管理站

中心管理站由无线网络接收系统、数据存储以及数据显示系统组成，通过计算机实现人机交换，进行系统管理。

系统数据传输通过网络进入“ENVIDATA远程数据传输管理系统”，进行远程系统参数测定时间间隔设置、获取系统监测指标数据，并对系统运行状况进行监测。正常情况下，登陆网址：www.envidata.net，输入用户名和设定的密码，即可进入工作界面，进行数据下载等管理工作以及系统维护等。

本发明的技术方案用于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗治沙站的玉米、紫花苜蓿(人工草地)、天然草地的耗水量测定研究之中，经多种方法校核验证，发现系统具有较高的精准度。系统的应用使的试验观测用工减少70％以上，人为的实验误差较人工取土称重减少80％以上，较传统的TDR法减少40％以上，使研究的精确度大幅度提高。

项目研究所取得的技术成果(玉米、紫花苜蓿、天然草地需水规律需水量以及灌溉制度)在当地(内蒙古乌审旗)进行了一定规模的技术示范推广(面积约1万亩)，有效地提高了饲草料作物高效节水灌溉管理的精确度，实现了节水20％、增产30％、水分生产率提高15％的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种腾散力自动测试系统，其特征在于，包括观测站、中心数据采送站和中心管理站，所述观测站由腾散力传感器、冠层温度仪、TDR土壤水分仪以及自计雨量计依次连接而成，所述中心数据采送站内设有数字采集发送系统，所述数字采集发送系统由冠层温度数采仪、雨量数采仪、腾发力数采仪、土壤水分数采仪依次连接而成，所述中心管理站由无线接收系统、数据存储系统以及数据显示系统通过电缆线依次连接而成。

2.根据权利要求1所述的腾散力自动测试系统，其特征在于，所述冠层温度仪为红外冠层温度仪。

3.一种腾散力自动测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)指标获取：通过蒸散力、冠层温度、空气温湿度、土壤温湿度、降水量的专用传感器，获得设定时段内的蒸散发量、降水量，以及设定时间点的瞬间冠层温度、田间空气温湿度、土壤温湿度指标；

2)指标采集与转发：通过DT80数采机将蒸散发量、降水量、冠层温度、田间空气温湿度、土壤温湿度传感器输出信号转化为无线网络传输信号，并通过发送设备定时发送；

3)指标接收与下载：通过专用的网络空间接收并存储数据，通过登录网络空间查看、下载数据，并下载到专用存储设备中，在需要时进行数据输出；

4)指标分析与调控指令下达：在指标分析的基础上，远程设定设备观测时间间隔等监管参数，进行系统管理；下达“灌溉设备启动”的调控指令。

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