CN105699623B - 一种土壤水分动态监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤水分动态监测系统及方法，属于土壤水分动态监测技术领域，其系统中包括在土壤指定深度区域设置的自动湿度传感器装置、取样器、在自动湿度传感器装置设置的远程传输模块、及以设定的时间间隔接收由远程传输模块发来的土壤湿度信息的远程管理中心，关键是增设土壤储样装置，还在自动湿度传感器装置中设置了节约用电模块。该系统和方法有效地解决了土壤监测用的土壤样品的保存问题，且还解决了土壤监测中遇到的自动湿度传感器装置设置于露天环境中的防水、不便于目标搜索及其用电问题。
Description
技术领域
本发明属于土壤水分监测技术领域，涉及一种土壤水分动态监测系统及方法。
背景技术
土壤时植物生长发育的基础，土壤供给植物正常生长发育所需要的水、肥、气、热的能力，称为土壤肥力。土壤的这些条件互相影响，互相制约，如水分多了，土壤的通气性就差，有机质分解慢，有效养分少，而且容易流失；相反，土壤水分过少，又不能满足农作物生长所需要的水分，同时由于好气菌活动强烈，土壤的有机质分解过快，也会造成养分不足。针对我国北方特有雨量小的环境条件，土壤水分极易出现水分过少的情况，如何及时的发现问题以采取有效地灌溉措施而减少农作物死亡的情况，研究土壤水分动态已成为热议话题。土壤水分动态监测用的土壤样品一般需要保存半年至一年，以备必要时查核之用。储样样品应尽量避免日光、潮湿、高温和酸碱气体等的影响。如何寻求用于土壤水分动态监测用的储样设备也已成为亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，设计了土壤水分动态监测系统及方法，该系统和方法有效地解决了土壤监测用的土壤样品的保存问题，且还解决了土壤监测中遇到的自动湿度传感器装置设置于露天环境中的防水、不便于目标搜索及其用电问题。
本发明所采用的技术方案为：一种土壤水分动态监测系统，其系统中包括在土壤指定深度区域设置的自动湿度传感器装置、取样器、在自动湿度传感器装置设置的远程传输模块、及以设定的时间间隔接收由远程传输模块发来的土壤湿度信息的远程管理中心，关键是增设土壤储样装置，其装置结构中包括由上、下胶囊壳体啮合形成的胶囊状结构，取样器的受控端与远程管理中心的控制端连接，取样器从设置有自动湿度传感器装置的位置区域取出土壤样本存储至土壤储样装置的胶囊状空腔内，在上胶囊壳体上设置有用于隔氧充氮的输气口。
所述的上胶囊壳体与下胶囊壳体的原料组分中包括：
以上均为重量份。
优选地，所述的上胶囊壳体与下胶囊壳体的原料组分中包括：
以上均为重量份。
所述的自动湿度传感器装置结构中包括外壳、位于外壳内部的检测模块、从外壳上伸出的湿度感应头，湿度感应头将土壤水分信息同步传输至外壳内的检测模块处理，所述的检测模块还设置有与其内部CPU连接的由存储器和滤波器组成的节约用电装置。
所述的自动湿度传感器装置结构中外壳上设置有防水漆，该防水漆按照以下重量份数配比形成：
优选地，所述的防水漆按照以下重量份数配比形成：
基于上述的监测系统的一种土壤水分动态监测方法，所述的监测方法步骤中包括：
A、存储器中存储有该地理位置质地土壤的萎蔫系数，该萎蔫系数为一范围值，CPU将每一采样周期内土壤水分测量参数数据的采样值以表格形式均存储于存储器中，其表格中包含有特征表项，之后CPU将存储器中的土壤水分测量参数数据发送至滤波器；
B、滤波器根据自身设置的数据过滤条件函数对土壤水分测量参数数据进行过滤以得到滤后数据，并将滤后数据发送至CPU，所述的数据过滤条件函数为土壤水分测量参数数据-max(萎蔫系数)≥0.5，当土壤水分测量参数数据-max(萎蔫系数)≥0.5时，滤波器将该土壤水分测量参数数据丢弃；而当土壤水分测量参数数据-max(萎蔫系数)＜0.5时，将其土壤水分测量参数数据发送至CPU；
C、CPU接收到土壤水分测量参数数据后，则将特征表项置为1，并将该特征表项对应的土壤水分测量参数数据发送至远程监控中心，远程监控中心控制取样器动作取出土壤样本，然后人为将土壤样本存储至土壤储样装置中。
所述的萎蔫系数是根据该地理位置的土壤质地设定的，当土壤质地为粗砂壤土时，萎蔫系数为0.96-1.11；当土壤质地为细砂土时，萎蔫系数为2.7-3.6；当土壤质地为砂壤土时，萎蔫系数为5.6-6.9；当土壤质地为壤土时，萎蔫系数为9.-12.4；当土壤质地为粘壤土时，萎蔫系数为13.0-16.6。
本发明的有益效果在于:1、本发明中增设了土壤储样装置,该装置可以将土壤样本保存至少一年而不受日光、潮湿、高温等环境因素的影响，以备监测数据的复核、土壤中其他成分的检测等之用，胶囊状结构因为不存在死角便于清洗、及存储土壤样本前的除水、干燥等工作；2、根据本发明中胶囊状结构的配方制得的材料具有避光、杀菌、及抗微生物等功能，有效地保证了土壤样本得以保存的有力条件；3、本发明中的滤波器的使用并不是要去除干扰数据，而是为了实现了节约用量的目的。因为我们在实践中发现，自动湿度传感器装置在传输数据的过程中会浪费大量的电能，如果土壤水分测量参数数据没有大的变化，这些传输至远程控制中心的服务器端反而是冗余数据，所以我们巧妙地利用滤波器将濒临萎蔫系数的数据保留，传输至远程监控中心作为有用的数据供后序处理。这样，我们自动湿度传感器需要传输至远程的数据明显减少，将大大节省用电量；4、数据过滤条件函数的设置是我们长期实践过程中，经过了大量的实验与探索而结合省电量与监测数据的准确率、及后续处理预留时间而确定的；5、给自动湿度传感器装置结构中的外壳上设置防水漆可以避免保证其使用寿命，防水漆的配制无论从选材，还是到各个组分之间的配比关系都是经过长期的试验及摸索得来的，其防水效果显著，另外在其中加入了发光颜料，便于工作人员在黑暗环境快速地找到自动湿度传感器的位置。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明所用的土壤水分动态监测系统，其系统中包括在土壤指定深度区域设置的自动湿度传感器装置、与自动湿度传感器成对设置的取样器、在自动湿度传感器装置设置的远程传输模块、及以设定的时间间隔接收由远程传输模块发来的土壤湿度信息的远程管理中心，重要的是增设土壤储样装置，其装置结构中包括由上、下胶囊壳体啮合形成的胶囊状结构，取样器的受控端与远程管理中心的控制端连接，取样器从设置有自动湿度传感器装置的位置区域取出土壤样本存储至土壤储样装置的胶囊状空腔内，在上胶囊壳体上设置有用于隔氧充氮的输气口。在具体实施时，土壤储样装置放置在室内。在储存土壤样本之前，先将胶囊状结构中清洗干净、晾至干燥，因为胶囊状结构没有死角清洗特别方便。
自动湿度传感器装置结构中包括外壳、位于外壳内部的检测模块、从外壳上伸出的湿度感应头，湿度感应头将土壤水分信息同步传输至外壳内的检测模块处理，所述的检测模块还设置有与其内部CPU连接的由存储器和滤波器组成的节约用电装置。
基于上述系统结构进行土壤水分动态监测的方法步骤中包括：
A、上述检测模块中的存储器中存储有该地理位置质地土壤的萎蔫系数，所述的萎蔫系数是根据该地理位置的土壤质地设定的，当土壤质地为粗砂壤土时，萎蔫系数为0.96-1.11；当土壤质地为细砂土时，萎蔫系数为2.7-3.6；当土壤质地为砂壤土时，萎蔫系数为5.6-6.9；当土壤质地为壤土时，萎蔫系数为9.-12.4；当土壤质地为粘壤土时，萎蔫系数为13.0-16.6。CPU将每一采样周期内土壤水分测量参数数据的采样值以表格形式均存储于存储器中，其表格中包含有特征表项，之后CPU将存储器中的土壤水分测量参数数据发送至滤波器；
B、滤波器根据自身设置的数据过滤条件函数对土壤水分测量参数数据进行过滤以得到滤后数据，并将滤后数据发送至CPU，所述的数据过滤条件函数为土壤水分测量参数数据-max(萎蔫系数)≥0.5，当土壤水分测量参数数据-max(萎蔫系数)≥0.5时，滤波器将该土壤水分测量参数数据丢弃；而当土壤水分测量参数数据-max(萎蔫系数)＜0.5时，将其土壤水分测量参数数据发送至CPU；
C、CPU接收到土壤水分测量参数数据后，则将特征表项置为1，并将该特征表项对应的土壤水分测量参数数据发送至远程监控中心，远程监控中心控制取样器动作取出土壤样本，然后人为将土壤样本存储至土壤储样装置中。存入胶囊状结构中之后，利用隔氧充氮的输气口向其中充入氮气，以避免氧气的存在而滋生微生物，影响土壤样本的保存。
本发明巧妙地利用滤波器，将出现大的波动的数据保留，传输至远程作为有用的数据供后序处理。这样，我们需要传输至远程的数据明显减少，将大大节省用电量。
其中，胶囊状结构中的上、下胶囊壳体采用自主研发配置的避光及抗菌、抗微生物材料制得，在其中加入了中药成分鱼腥草素钠使其抗微生物效果更加显著，有效地避免了土壤样本受光照、菌类的影响。该材料按照以下重量份数配比形成，参见表1：
表1
我们通过设计验证试验发现，利用我们设计的加入中药成分的抗菌、避光材料制得的胶囊状结构保存的土壤样本，分别经半年、一年、一年半后，土壤样本中的水分、其他成分含量保持与取样时的土壤样本相比差距不大。
所述的自动湿度传感器装置结构中的外壳上涂覆有防水漆，该防水漆按照以下重量份数配比形成，参见表2：
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 弹性乳液 | 20份 | 25份 | 30份 | 35份 | 40份 |
| 有机硅防水剂 | 10份 | 5份 | 10份 | 13份 | 12份 |
| 防腐剂 | 3份 | 1份 | 2份 | 4份 | 2份 |
| 增稠剂 | 10份 | 8份 | 10份 | 12份 | 12份 |
| 钛白粉 | 30份 | 10份 | 20份 | 23份 | 15份 |
| 增韧剂 | 8份 | 9份 | 8份 | 10份 | 8份 |
| 二硫化钼 | 10份 | 8份 | 9份 | 9份 | 8份 |
| 磷酸铵 | 13份 | 20份 | 22份 | 28份 | 21份 |
| 缓蚀剂 | 8份 | 9份 | 10份 | 9份 | 8份 |
| 发光颜料 | 10份 | 4份 | 6份 | 8份 | 7份 |
| 水 | 20份 | 15份 | 28份 | 18份 | 30份 |
Claims (6)
1.一种土壤水分动态监测方法，本方法是借助土壤水分动态监测系统实现的，所述系统中包括在土壤指定深度区域设置的自动湿度传感器装置、取样器、在自动湿度传感器装置设置的远程传输模块、及以设定的时间间隔接收由远程传输模块发来的土壤湿度信息的远程管理中心，其特征在于：增设土壤储样装置，其装置结构中包括由上、下胶囊壳体啮合形成的胶囊状结构，取样器的受控端与远程管理中心的控制端连接，取样器从设置有自动湿度传感器装置的位置区域取出土壤样本存储至土壤储样装置的胶囊状空腔内，在上胶囊壳体上设置有用于隔氧充氮的输气口；
所述的自动湿度传感器装置结构中包括外壳、位于外壳内部的检测模块、从外壳上伸出的湿度感应头，湿度感应头将土壤水分信息同步传输至外壳内的检测模块处理，所述的检测模块还设置有与其内部CPU连接的由存储器和滤波器组成的节约用电装置；
在此基础上，所述的监测方法步骤中包括：
A、存储器中存储有所测地理位置质地土壤的萎蔫系数，该萎蔫系数为一范围值，CPU将每一采样周期内土壤水分测量参数数据的采样值以表格形式均存储于存储器中，其表格中包含有特征表项，之后CPU将存储器中的土壤水分测量参数数据发送至滤波器；
B、滤波器根据自身设置的数据过滤条件函数对土壤水分测量参数数据进行过滤以得到滤后数据，并将滤后数据发送至CPU，所述的数据过滤条件函数为土壤水分测量参数数据-max萎蔫系数≥0.5，当土壤水分测量参数数据-max萎蔫系数≥0.5时，滤波器将该土壤水分测量参数数据丢弃；而当土壤水分测量参数数据-max萎蔫系数＜0.5时，将其土壤水分测量参数数据发送至CPU；
C、CPU接收到土壤水分测量参数数据后，则将特征表项置为1，并将该特征表项对应的土壤水分测量参数数据发送至远程监控中心，远程监控中心控制取样器动作取出土壤样本，然后人为将土壤样本存储至土壤储样装置中。
2.根据权利要求1所述的一种土壤水分动态监测方法，其特征在于：所述的萎蔫系数是根据所测地理位置的土壤质地设定的，当土壤质地为粗砂壤土时，萎蔫系数为0.96-1.11；当土壤质地为细砂土时，萎蔫系数为2.7-3.6；当土壤质地为砂壤土时，萎蔫系数为5.6-6.9；当土壤质地为壤土时，萎蔫系数为9.-12.4；当土壤质地为粘壤土时，萎蔫系数为13.0-16.6。
3.根据权利要求1所述的一种土壤水分动态监测方法，其特征在于：所述的上胶囊壳体与下胶囊壳体的原料组分中包括：
以上均为重量份。
4.根据权利要求3所述的一种土壤水分动态监测方法，其特征在于：所述的上胶囊壳体与下胶囊壳体的原料组分中包括：
以上均为重量份。
5.根据权利要求1所述的一种土壤水分动态监测方法，其特征在于：所述的自动湿度传感器装置结构中外壳上设置有防水漆，该防水漆按照以下重量份数配比形成：
6.根据权利要求5所述的一种土壤水分动态监测方法，其特征在于：所述的防水漆按照以下重量份数配比形成：
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