CN111999318A - 一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法 - Google Patents

一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111999318A
CN111999318A CN202010632863.6A CN202010632863A CN111999318A CN 111999318 A CN111999318 A CN 111999318A CN 202010632863 A CN202010632863 A CN 202010632863A CN 111999318 A CN111999318 A CN 111999318A
Authority
CN
China
Prior art keywords
detected
moisture content
soil moisture
detection
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010632863.6A
Other languages
English (en)
Inventor
乔云峰
李发东
张秋英
杜锟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Original Assignee
Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS filed Critical Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority to CN202010632863.6A priority Critical patent/CN111999318A/zh
Publication of CN111999318A publication Critical patent/CN111999318A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/025—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material using neutrons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法，其包括多个检测终端及监测终端，多个所述检测终端分别用于检测不同待测区域在检测时间段内的实测快中子数及该待测区域的环境参数；监测终端用于根据多个检测终端检测的实测快中子数及环境参数获取与检测终端对应的待测区域的土壤水分含量。本发明通过多个检测终端以对多个待测区域的快中子数及环境参数进行检测，通过监测终端获取多个检测终端的检测数据并根据检测数据得到对应待测区域的土壤水分含量，其可通过监测终端随时获取待测区域的土壤水分含量，避免了测试人员往返检测，大幅度提高了检测效率。

Description

一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法
技术领域
本发明涉及土壤水分监测技术，尤其是涉及一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法。
背景技术
目前，利用宇宙射线中子检测地表土壤水分含量因其不破坏土壤结构、测量范围广、测量深度大等特点，逐渐引起了大家的注意。而现有的利用宇宙射线中子检测地表土壤水分含量的方式多通过土壤水分测定仪实现，其依赖于测试人员进行现场检测，而当对多个区域进行监测时则依赖于测试人员不断的往返于不同区域进行检测，其检测效率低下、费时费力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法，解决现有技术中监测效率低下的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案一方面提供一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统，包括：
多个检测终端，多个所述检测终端分别用于检测不同待测区域在检测时间段内的实测快中子数及该待测区域的环境参数；
监测终端，其用于根据多个检测终端检测的实测快中子数及环境参数获取与检测终端对应的待测区域的土壤水分含量。
本发明另一方面还提供一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测方法，包括如下步骤：
检测不同待测区域在检测时间段内的实测快中子数及该待测区域的环境参数；
根据不同待测区域检测的实测快中子数及环境参数获取该不同待测区域的土壤水分含量。
与现有技术相比，本发明通过多个检测终端以对多个待测区域的快中子数及环境参数进行检测，通过监测终端获取多个检测终端的检测数据并根据检测数据得到对应待测区域的土壤水分含量，其可通过监测终端随时获取待测区域的土壤水分含量，避免了测试人员往返检测，大幅度提高了检测效率。
附图说明
图1是本发明的基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统的连接框图；
图2是本发明的基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统，包括监测终端10及多个检测终端20，多个检测终端20可一一对应布置于不同的待测区域，以分别用于检测不同待测区域在检测时间段内的实测快中子数及该待测区域的环境参数；监测终端10则可布置于任意设定位置，其与多个检测终端20无线通讯连接即可，可其用于根据多个检测终端20检测的实测快中子数及环境参数获取与检测终端20对应的待测区域的土壤水分含量。由于基于宇宙射线中子的土壤水分含量检测方式具备测量范围广的优点，故在多个检测终端20实际布置的时，若满足测量要求，可结合现有的环境监测站布置，其可一方面利用环境监测站监测得到的数据，降低土壤水分含量监测系统的建造成本，另一方面也可将得到的待测区域的土壤水分含量反馈给环境监测站，以提高环境监测站监测的完整性。
同时，本实施例的检测终端20仅限于检测中子数及环境参数，其可简化检测终端20的结构，同时监测终端10可用于对多个检测终端20的检测数据进行处理，其可一定程度降低成本。
本实施例每个所述检测终端20均包括供电模块21、中子探测模块22、环境参数检测模块23及无线通讯模块24，所述供电模块21用于为所述中子探测模块22、环境参数检测模块23及无线通讯模块24供电，供电模块21可采用太阳能光伏板与高能蓄电池配合的方式；所述中子探测模块22用于检测某一待测区域在检测时间段内的实测快中子数，其采用现有的宇宙射线中子计数器；所述环境参数检测模块23用于检测该待测区域的环境参数，所述无线通讯模块24用于将检测的实测快中子数和环境参数发送至所述监测终端10，而监测终端10根据实测快中子数和环境参数获取该待测区域的土壤水分含量。
需要说明的是，由于基于宇宙射线中子的土壤水分含量计算方法有多种，而不同种类的方法其需求的环境参数不同，故本实施例的环境参数一般根据监测终端10处理过程中的需求数据进行设置。
本实施例所述监测终端10包括数据接收模块11、数据预处理模块12、处理模块13，所述数据接收模块11用于接收所述无线通讯模块24发送的实测快中子数和环境参数，所述数据预处理模块12用于根据环境参数对实测快中子数进行修正，所述处理模块13用于根据修正后的快中子数获取该待测区域的土壤水分含量。
由于对该待测区域的土壤水分含量影响较大的两个因素是气压和空气中的水分，故本实施例所述环境参数至少包括待测区域实时检测的检测气压、待测区域实时检测的地表绝对湿度，通过环境参数对实测快中子数进行修正以提高测量的准确性。
本实施例所述数据预处理模块12按如下公式处理：
Figure BDA0002566126530000031
fw＝1+0.054(ρv0-ρprf，v0)
Figure BDA0002566126530000032
N＝Nm*fp*fw*fi
其中，fp为气压修正系数，p0为参考气压，p为检测气压，L为高能中子的质量衰减长度，fw为大气水汽修正参数，ρv0为地表绝对湿度，ρprf，v0为参考条件下的地表绝对湿度，fi为太阳中子修正系数，Nm为设定时间段内实测的快中子密度，Na为参考中子密度，N为修正后的快中子数。
需要说明的是，参考气压p0通常会采用一个标准大气压，也可根据不同待测区域的实际情况，采用对应的参考值；参考条件下的地表绝对湿度ρprf，v0，一般指干燥空气下，故其取值一般为0。
本实施例所述处理模块13按如下公式处理：
Figure BDA0002566126530000041
θ为该待测区域的土壤水分含量，N0该待测区域干燥条件下的快中子数，a0为0.0808，a1为0.372，a2为0.115。其中，待测区域干燥条件下的快中子数N0可通过田间测试标定。
需要说明的是，本实施例数据预处理模块12和处理模块13也可采用现有的其他公式进行处理，以能够计算获取待测区域的土壤水分含量即可。
本实施例每个所述检测终端20还包括一用于采集待测区域的实时位置的定位模块25，该定位模块25可采用GPS定位系统或北斗定位系统，所述处理模块13还用于根据定位模块25采集的实时位置调用与之的对应的相关参数，并将获取的土壤水分含量与该待测区域关联。具体来说，所述监测终端10还包括一存储模块14，该存储模块14可用于存储多个不同待测区域的相关参数，例如，不同地区的参考气压p0、参考条件下的地表绝对湿度ρprf，v0、参考中子密度Na、待测区域干燥条件下的快中子数N0。当对不同待测区域的土壤水分含量进行计算时，在获取该待测区域的实测快中子数、环境参数后，可对应根据其携带的定位信息调用该待测区域的相关参数，进而对不同待测区域可采用对应的相关参数计算，其利于提高不同待测区域的土壤水分含量计算的准确性。
如图2所示，本实施例还挺一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测方法，包括如下步骤：
S1、检测不同待测区域在检测时间段内的实测快中子数及该待测区域的环境参数；
S2、根据不同待测区域检测的实测快中子数及环境参数获取该不同待测区域的土壤水分含量。
本实施例的土壤水分含量监测方法可与上述土壤水分含量监测系统相对应，以实现对多个不同待测区域的土壤水分含量进行监测。
本发明通过多个检测终端以对多个待测区域的快中子数及环境参数进行检测，通过监测终端获取多个检测终端的检测数据并根据检测数据得到对应待测区域的土壤水分含量，其可通过监测终端随时获取待测区域的土壤水分含量，避免了测试人员往返检测，大幅度提高了检测效率。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统，其特征在于，包括：
多个检测终端，多个所述检测终端分别用于检测不同待测区域在检测时间段内的实测快中子数及该待测区域的环境参数；
监测终端，其用于根据多个检测终端检测的实测快中子数及环境参数获取与检测终端对应的待测区域的土壤水分含量。
2.根据权利要求1所述的土壤水分含量监测系统，其特征在于，每个所述检测终端均包括供电模块、中子探测模块、环境参数检测模块及无线通讯模块，所述供电模块用于为所述中子探测模块、环境参数检测模块及无线通讯模块供电，所述中子探测模块用于检测某一待测区域在检测时间段内的实测快中子数，所述环境参数检测模块用于检测该待测区域的环境参数，所述无线通讯模块用于将检测的实测快中子数和环境参数发送至所述监测终端。
3.根据权利要求1所述的土壤水分含量监测系统，其特征在于，所述环境参数至少包括待测区域实时检测的检测气压、待测区域实时检测的地表绝对湿度。
4.根据权利要求2所述的土壤水分含量监测系统，其特征在于，所述监测终端包括数据接收模块、数据预处理模块、处理模块，所述数据接收模块用于接收所述无线通讯模块发送的实测快中子数和环境参数，所述数据预处理模块用于根据环境参数对实测快中子数进行修正，所述处理模块用于根据修正后的快中子数获取该待测区域的土壤水分含量。
5.根据权利要求4所述的土壤水分含量监测系统，其特征在于，所述数据预处理模块按如下公式处理：
Figure FDA0002566126520000011
fw＝1+0.054(ρv0-ρprf，v0)
Figure FDA0002566126520000012
N＝Nm*fp*fw*fi
其中，fp为气压修正系数，p0为参考气压，p为检测气压，L为高能中子的质量衰减长度，fw为大气水汽修正参数，ρv0为地表绝对湿度，ρprf，v0为参考条件下的地表绝对湿度，fi为太阳中子修正系数，Nm为设定时间段内实测的快中子密度，Na为参考中子密度，N为修正后的快中子数。
6.根据权利要求5所述的土壤水分含量监测系统，其特征在于，所述处理模块按如下公式处理：
Figure FDA0002566126520000021
θ为该待测区域的土壤水分含量，N0该待测区域干燥条件下的快中子数，a0为0.0808，a1为0.372，a2为0.115。
7.根据权利要求6所述的土壤水分含量监测系统，其特征在于，每个所述检测终端还包括一用于采集待测区域的实时位置的定位模块，所述处理模块还用于根据定位模块采集的实时位置调用与之的对应的相关参数，并将获取的土壤水分含量与该待测区域关联。
8.一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
检测不同待测区域在检测时间段内的实测快中子数及该待测区域的环境参数；
根据不同待测区域检测的实测快中子数及环境参数获取该不同待测区域的土壤水分含量。
CN202010632863.6A 2020-07-02 2020-07-02 一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法 Pending CN111999318A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010632863.6A CN111999318A (zh) 2020-07-02 2020-07-02 一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010632863.6A CN111999318A (zh) 2020-07-02 2020-07-02 一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111999318A true CN111999318A (zh) 2020-11-27

Family

ID=73466398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010632863.6A Pending CN111999318A (zh) 2020-07-02 2020-07-02 一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111999318A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112697815A (zh) * 2020-12-04 2021-04-23 兰州大学 一种利用宇宙射线缪子监测土壤含水量的方法
CN113076645A (zh) * 2021-04-01 2021-07-06 中国水利水电科学研究院 一种结合遥感数据的宇宙射线中子仪空间特征模拟方法
CN117907578A (zh) * 2024-03-19 2024-04-19 北京华云东方探测技术有限公司 一种土壤水分观测数据处理方法和系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3602713A (en) * 1970-07-08 1971-08-31 Jacob Kastner Passive moisture meter
CN2826423Y (zh) * 2005-08-31 2006-10-11 江苏省无线电科学研究所有限公司 土壤水分测量仪
CN201138345Y (zh) * 2008-01-07 2008-10-22 北京农业信息技术研究中心 土壤墒情监测终端及由该终端组成的监测系统
EP3324182A1 (en) * 2016-11-22 2018-05-23 Universität Heidelberg Moisture measurement apparatus
CN208350681U (zh) * 2018-06-22 2019-01-08 西京学院 一种用于土壤水分变化监测的宇宙射线中子监测装置
CN110530901A (zh) * 2019-09-11 2019-12-03 中国科学院南京土壤研究所 融合宇宙射线中子法和无人机遥感的中小尺度土壤水监测系统及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3602713A (en) * 1970-07-08 1971-08-31 Jacob Kastner Passive moisture meter
CN2826423Y (zh) * 2005-08-31 2006-10-11 江苏省无线电科学研究所有限公司 土壤水分测量仪
CN201138345Y (zh) * 2008-01-07 2008-10-22 北京农业信息技术研究中心 土壤墒情监测终端及由该终端组成的监测系统
EP3324182A1 (en) * 2016-11-22 2018-05-23 Universität Heidelberg Moisture measurement apparatus
CN208350681U (zh) * 2018-06-22 2019-01-08 西京学院 一种用于土壤水分变化监测的宇宙射线中子监测装置
CN110530901A (zh) * 2019-09-11 2019-12-03 中国科学院南京土壤研究所 融合宇宙射线中子法和无人机遥感的中小尺度土壤水监测系统及方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. ZREDA等: "COSMOS: the COsmic-ray Soil Moisture Observing System", 《HYDROL. EARTH SYST. SCI.》 *
武强等: "宇宙射线中子法在复杂下垫面土壤水分测量中的应用", 《中国农业气象》 *
贾晓俊等: "宇宙射线中子法测量土壤水分的原理及应用", 《中国农学通报》 *
赵原: "基于宇宙射线中子法的中小尺度土壤水分监测方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 农业科技辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112697815A (zh) * 2020-12-04 2021-04-23 兰州大学 一种利用宇宙射线缪子监测土壤含水量的方法
CN112697815B (zh) * 2020-12-04 2023-12-01 兰州大学 一种利用宇宙射线缪子监测土壤含水量的方法
CN113076645A (zh) * 2021-04-01 2021-07-06 中国水利水电科学研究院 一种结合遥感数据的宇宙射线中子仪空间特征模拟方法
CN117907578A (zh) * 2024-03-19 2024-04-19 北京华云东方探测技术有限公司 一种土壤水分观测数据处理方法和系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111999318A (zh) 一种基于宇宙射线中子的土壤水分含量监测系统及方法
CN108627741A (zh) 一种基于故障指示器的行波—阻抗法双端带支路配电网故障定位方法
CN109324241B (zh) 一种变电站接地网腐蚀诊断预警方法及系统
CN106053724A (zh) 基于云计算的气体传感器精度补偿方法及装置
CN103517285A (zh) 一种天线覆盖性能评估方法及系统
CN109813857B (zh) 基于物联网水质监测系统监测方法
CN107462905A (zh) 一种北斗gps双模定位方法、定位终端及定位系统
CN103837866A (zh) 一种岸对海雷达自动录取能力的测评方法及系统
CN213846610U (zh) 一种光伏组件测试装置
CN109991519A (zh) 基于神经网络和无线传感阵列的局部放电测向方法及系统
CN103869096B (zh) 一种超声波风速仪量程拓宽方法
CN111693828B (zh) 一种基于mle的变电站空间局部放电定位系统及方法
CN116990746A (zh) 用于无线电监测测向系统及方法
CN106802158A (zh) 一种漂流观测仪测试评估方法
CN103308565B (zh) 一种棉包水分测定方法
CN111239560A (zh) 基于多传感器的局部放电定位方法
CN113077628B (zh) 一种复合地磁车辆检测器的算法
CN213748896U (zh) 一种传感器测试标定系统
CN106856417B (zh) 用于检测天馈安装问题的方法和装置
CN111024297B (zh) 一种基于多压力传感器的内腔压力检测校准方法
CN210109301U (zh) 数字电能表与功率源量值溯源远程校验系统
CN210005043U (zh) 一种气候变化对涉水鸟类影响的检测设备及检测系统
CN114199304A (zh) 光伏电站通信机房的异常检测方法、装置及计算机设备
CN209399971U (zh) 一种天线姿态信息采集装置
CN106226800A (zh) 一种无人机航迹精度检测装置及检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201127