CN115687853B - 土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法和装置，涉及农田灌溉技术领域，该方法包括：获取土壤墒情传感器的初始率定模型；根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式；第二时刻实际含水量与第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。本发明实施例的方法实现了土壤墒情传感器率定模型的快速、准确的确定，从而也就可以对土壤墒情进行精准监测。
Description
技术领域
本发明涉及农田灌溉技术领域，尤其涉及一种土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法和装置。
背景技术
土壤水分的精准测量是土壤墒情监测数据可靠的关键，然而目前市场上现有的土壤墒情传感器器普遍存在“测不准、不稳定、可靠性差”等问题。土壤墒情传感器与其它均匀介质中参数测量设备不同，其测量误差有5个来源：传感器本身固有的误差、安装时造成的误差、土壤容重的测量误差、田间率定公式的误差、取土烘干误差。其中安装误差、容重误差及取土烘干误差是可以尽量减小甚至消除的，田间率定如果方法不当不仅不能消除误差，还会浪费大量的人力、物力成本。由于土壤空间变异性大的缘故，与实验室均质土壤不同，被测土壤不同分层的质地、容重差异大，实验室率定公式测量值会偏离真实值，因此在田间首次安装或更换安装位置时均需对率定公式进行田间校准，因此对传感器率定方程的田间校准至关重要。
通常在实验室传感器的率定方法为：人工做8~10个不同含水量的土壤样本，将传感器分别插入各样本中，将每个样本对应的传感器输出信号值与土壤样本含水量采用最小二乘法进行回归分析，并拟合出函数关系式。田间率定方法也参考实验室方法，通过田间环刀取样、烘干法计算土壤含水量。但田间取土工作量大、耗时耗力，经济成本高。以目前主流的3层管式传感器取8次样本为例：1次取土每层5个点，3层15个点；8次共计120盒土，每次烘干12小时，共计96小时；共需要288度电、24人时工作量。如果自然条件下（不人为灌水）耗时1年以上时间，人为灌溉也需要半年时间。
本专利提出一种如何在田间快速、经济、精准的校准传感器的方法，能将传统的田间率定取8~10次样土的方法减少为只取2次样土，即可通过解二元一次方程确定出原来的率定公式平移系数，从而用平移系数来计算校准后的率定公式。该方法大大节省了人工取样成本，缩短了田间率定时间，提高了效率。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法和装置。
具体地，本发明实施例提供了以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法，包括：
实验室条件下获取土壤墒情传感器的初始率定模型；
在田间条件下根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式；所述第一时刻测量含水量和所述第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用所述初始率定模型对所述土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；所述第一时刻实际含水量和所述第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得所述被测点土壤的实际含水量；所述第二时刻实际含水量与所述第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
进一步地，所述根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式之前，还包括：
在第一时刻，基于土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第一时刻电压值；
根据所述土壤墒情传感器的初始率定模型和所述第一时刻电压值，确定所述被测点土壤的第一时刻测量含水量；
在第二时刻，基于土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第二时刻电压值；
根据所述土壤墒情传感器的初始率定模型和所述第二时刻电压值，确定所述被测点土壤的第二时刻测量含水量；所述第一时刻测量含水量与所述第二时刻测量含水量的差值大于或等于阈值。
进一步地，所述根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式之前，还包括：
在第一时刻，基于人工取土烘干方式确定所述被测点土壤的第一时刻实际含水量；
在第二时刻，基于人工取土烘干方式确定所述被测点土壤的第二时刻实际含水量。
进一步地，所述根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式，包括：
根据所述第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量，确定率定公式的平移系数；所述率定公式的平移系数用于对所述土壤墒情传感器的初始率定模型进行校准；
根据所述率定公式的平移系数和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式。
进一步地，所述根据所述第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量，确定率定公式的平移系数，包括：
利用如下公式确定所述率定公式的平移系数：
其中，m、n表示率定公式的平移系数；表示第一时刻测量含水量、表示第二时刻测量含水量、表示第一时刻实际含水量、表示第二时刻实际含水量。
进一步地，所述根据所述率定公式的平移系数和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式，包括：
利用如下公式确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式：
；
其中，表示土壤墒情传感器校准后的率定公式，用于确定校准后的土壤墒情传感器输出的被测点土壤含水量测量值；m、n表示率定公式的平移系数；y表示所述土壤墒情传感器的初始率定模型，用于确定校准前的土壤墒情传感器输出的被测点土壤含水量测量值。
进一步地，利用如下公式确定所述土壤墒情传感器的初始率定模型：
y=Ax3+Bx2-Cx+D；
其中，y表示所述土壤墒情传感器的初始率定模型；A、B、C、D表示初始率定模型系数；x表示土壤墒情传感器对土壤进行测量所输出的电压值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准装置，包括：
获取模块，用于获取土壤墒情传感器的初始率定模型；
确定模块，用于根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式；所述第一时刻测量含水量和所述第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用所述初始率定模型对所述土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；所述第一时刻实际含水量和所述第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得所述被测点土壤的实际含水量；所述第二时刻实际含水量与所述第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法。
第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法。
本发明实施例提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法和装置，在田间首次安装或移动土壤墒情传感器的安装位置时，首先在土壤墒情传感器的初始率定模型基础上，分别获取第一时刻和第二时刻土壤含水量测量值和土壤含水量实际值，进而就可以通过土壤含水量测量值和土壤含水量实际值之间的偏移关系，确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系，从而在初始率定模型已知的情况下，也就可以快速、准确的得到土壤墒情传感器校准后的率定公式，降低了田间取土的工作量和经济成本，提高了土壤墒情传感器的校准效率，进一步基于校准后的率定公式也就可以快速、准确的进行被测点的土壤墒情的测量值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的土壤墒情传感器在不同土壤中的偏移关系的示意图；
图3是本发明实施例提供的土壤墒情传感器安装方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法的另一流程示意图；
图5是本发明实施例提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的方法可以应用于农田灌溉、土壤墒情监测及水文预报场景中，实现对被测点土壤墒情的快速准确的确定。
相关技术中，通常在实验室传感器的率定方法为：人工做8~10个不同含水量的土壤样本，将传感器分别插入各样本中，将每个样本对应的传感器输出信号值与土壤样本含水量采用最小二乘法进行回归分析，并拟合出函数关系式。田间率定方法也参考实验室方法，通过田间环刀取样、烘干法计算土壤含水量。但田间取土工作量大、耗时耗力，经济成本高。以目前主流的3层管式传感器取8次样本为例：1次取土每层5个点，3层15个点；8次共计120盒土，每次烘干12小时，共计96小时；共需要288度电、24人时工作量。如果自然条件下（不人为灌水）耗时1年以上时间，人为灌溉也需要几月时间。
导致土壤墒情传感器的校准效率较低。例如，我国今年多省的大面积干旱而土壤墒情传感器又普遍测不准，该问题一直在本领域内没有有效的解决方法。
本发明实施例的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法，在田间首次安装或移动土壤墒情传感器的安装位置时，首先通过实验室条件下获取土壤墒情传感器的初始率定模型，田间安装好传感器后在土壤含水量不同的第一时刻和第二时刻分别获取土壤含水量测量值和土壤含水量实际值，进而就可以通过土壤含水量测量值和土壤含水量实际值之间的偏移关系，确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系，从而在初始率定模型已知的情况下，也就可以快速、准确的得到土壤墒情传感器校准后的率定公式，降低了田间取土的工作量和经济成本，提高了土壤墒情传感器的校准效率，进一步基于校准后的率定公式也就可以快速、准确的进行被测点的土壤墒情的测量和确定。
下面结合图1-图6以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1是本发明实施例提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法一实施例的流程示意图。如图1所示，本实施例提供的方法，包括：
步骤101、获取土壤墒情传感器的初始率定模型；
具体地，在实验室中人工做6~8个不同含水量的土壤样本，将传感器分别插入各样本中，将每个样本对应的传感器输出信号值与土壤样本含水量采用最小二乘法进行回归分析，并拟合出函数关系式，从而得到土壤墒情传感器的初始率定模型。
步骤102、根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式；第一时刻测量含水量和第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用初始率定模型对土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；第一时刻实际含水量和第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得被测点土壤的实际含水量；第二时刻实际含水量与第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
具体地，在获取土壤墒情传感器的初始率定模型后，本发明实施例中根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式；其中，第一时刻测量含水量为第一时刻利用土壤墒情传感器和初始率定模型对被测点土壤进行测量确定的；第二时刻测量含水量为第二时刻利用土壤墒情传感器和初始率定模型对被测点土壤进行测量确定的；可选地，第一时刻可以为土壤较干的时刻，第二时刻可以为土壤较湿的时刻，也就是第一时刻和第二时刻土壤的含水量差距较大；可选地，第一时刻实际含水量可以为第一时刻基于人工取土烘干方式确定的土壤含水量，第二时刻实际含水量可以为第二时刻基于人工取土烘干方式确定的土壤含水量。可选地，第二时刻实际含水量与第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值；可选地，阈值可以为3%，即第二时刻实际含水量与第一时刻实际含水量的差值大于或等于3%；可选地，阈值也可以为其他差值，以提高两次测试之间测量样本的有效性和差异性。
为了解决现有技术中，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式时，田间取土工作量大、耗时耗力，经济成本高的问题，本发明实施例中，在田间首次安装或移动土壤墒情传感器的安装位置时，首先通过获取土壤墒情传感器的初始率定模型，并在土壤含水量不同的第一时刻和第二时刻分别获取土壤含水量测量值和土壤含水量实际值，进而就可以通过土壤含水量测量值和土壤含水量实际值之间的偏移关系，确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系，从而在初始率定模型已知的情况下，也就可以快速、准确的得到土壤墒情传感器校准后的率定公式，降低了田间取土的工作量和经济成本，提高了土壤墒情传感器的校准效率，进一步基于校准后的率定公式也就可以快速、准确的进行被测点土壤墒情的测量和确定。
在一实施例中，根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式之前，还包括：
在第一时刻，基于土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第一时刻电压值；
根据土壤墒情传感器的初始率定模型和第一时刻电压值，确定被测点土壤的第一时刻测量含水量；
在第二时刻，基于土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第二时刻电压值；
根据土壤墒情传感器的初始率定模型和第二时刻电压值，确定被测点土壤的第二时刻测量含水量；第一时刻测量含水量与第二时刻测量含水量的差值大于或等于阈值。
具体地，本发明实施例中，通过第一时刻、第二时刻土壤含水量测量值和第一时刻、第二时刻土壤含水量实际值之间的偏移关系，确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系；其中，第一时刻土壤含水量的测量值是通过土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第一时刻电压值，进而根据土壤墒情传感器的初始率定模型和第一时刻电压值确定的；可选地，可以将第一时刻电压值输入土壤墒情传感器的初始率定模型，得到第一时刻土壤含水量的测量值；可选地，土壤墒情传感器的初始率定模型可以在实验室中快速的获得。可选地，第二时刻土壤含水量的测量值可以通过类似的方法得到，本发明实施例中不再赘述。可选地，第一时刻土壤测量含水量与第二时刻土壤测量含水量差距较大；可选地，第一时刻可以为土壤较干的时刻，第二时刻可以为土壤较湿的时刻，可选地，第一时刻测量含水量与第二时刻测量含水量的差值大于或等于阈值；可选地，阈值可以为3%，即第一时刻测量含水量与第二时刻测量含水量的差值大于或等于3%；可选地，阈值也可以为大于或大于3%的其他差值；从而避免第一时刻和第二时刻的土壤含水量相同的情况下进行土壤墒情的测量，提高了两次测试之间测量样本的有效性和差异性。
上述实施例的方法，通过第一时刻、第二时刻土壤含水量测量值和第一时刻、第二时刻土壤含水量实际值之间的偏移关系，确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系，进而也就可以可以快速、准确的得到土壤墒情传感器校准后的率定公式，降低了田间取土的工作量和经济成本，提高了土壤墒情传感器校准后的率定公式的确定效率。
在一实施例中，根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式之前，还包括：
在第一时刻，基于人工取土烘干方式确定被测点土壤的第一时刻实际含水量；
在第二时刻，基于人工取土烘干方式确定被测点土壤的第二时刻实际含水量。
具体地，本发明实施例中，通过第一时刻、第二时刻土壤含水量测量值和第一时刻、第二时刻土壤含水量实际值之间的偏移关系，确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系；其中，第一时刻实际含水量是基于人工取土烘干方式确定出的被测点土壤的含水量；可选地，人工取土烘干方式为本领域常用的确定土壤墒情的方法，本发明实施例中不再赘述。可选地，第二时刻实际含水量可以通过类似的方法得到，本发明实施例中不再赘述。可选地，在获取第一时刻的被测点土壤的实际含水量、第二时刻的被测点土壤的实际含水量后，进而也就可以确定第一时刻的被测点土壤的实际含水量与第一时刻的被测点土壤的测量含水量之间的偏移关系，确定第二时刻的被测点土壤的实际含水量与第二时刻的被测点土壤的测量含水量之间的偏移关系，进一步根据实际值和测量值之间的偏移关系，也就可以准确地确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系。
上述实施例的方法，通过第一时刻、第二时刻土壤含水量测量值和第一时刻、第二时刻土壤含水量实际值之间的偏移关系，确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系，从而也就可以可以快速、准确的得到土壤墒情传感器校准后的率定公式，降低了田间取土的工作量和经济成本，提高了土壤墒情传感器的校准效率。其中，第一时刻、第二时刻土壤含水量实际值是通过人工取土烘干方式确定的，进而根据实际值和测量值之间的偏移关系，也就可以准确的确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系。
在一实施例中，利用如下公式确定土壤墒情传感器的初始率定模型：
y=Ax3+Bx2-Cx+D；
其中，y表示土壤墒情传感器的初始率定模型；A、B、C、D表示初始率定模型系数；x表示土壤墒情传感器对土壤进行测量所输出的电压值。
具体地，本发明实施例中，通过第一时刻、第二时刻土壤含水量测量值和第一时刻、第二时刻土壤含水量实际值之间的偏移关系，确定土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系；其中，土壤墒情传感器的初始率定模型可以在实验室中快速的获得；可选地，土壤墒情传感器的初始率定模型的确定方法可以为：在实验室中人工做6~8个不同含水量的土壤样本，将传感器分别插入各样本中，将每个样本对应的传感器输出信号值与土壤样本含水量采用最小二乘法进行回归分析，并拟合出函数关系式，从而得到土壤墒情传感器的初始率定模型。可选地，地土壤墒情传感器的初始率定模型可以表示为
y=Ax3+Bx2-Cx+D；
其中，y表示土壤墒情传感器的初始率定模型；A、B、C、D表示初始率定模型系数；x表示土壤墒情传感器对土壤进行测量所输出的电压值。
在一实施例中，根据率定公式的平移系数和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式，包括：
利用如下公式确定土壤墒情传感器校准后的率定公式：
；
其中，表示土壤墒情传感器校准后的率定公式，用于校准后的土壤墒情传感器输出土壤含水量测量值；m、n表示率定公式的平移系数；y表示所述土壤墒情传感器的初始率定模型。可选地，土壤墒情传感器的初始率定模型y是传感器在实验室条件下拟合出的通用方程的测量值。
具体地，如图2所示，本发明实施例中土壤墒情传感器在不同土壤中的率定模型是存在偏移关系的；可选地，y表示土壤墒情传感器的初始率定模型，土壤墒情传感器的初始率定模型进行偏移后得到土壤墒情传感器校准后的率定公式；可选地，土壤墒情传感器校准后的率定公式；可选地，土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式的偏移关系可以通过率定公式的平移系数m、n准确的表达和确定。
其中，图2中表示第一时刻取土时土壤墒情传感器对土壤进行测量输出的电压值；表示第一时刻取土时采用初始率定模型计算的土壤质量含水量；表示第一时刻取土时刻采用烘干法获得的野外待测土壤实际质量含水量；表示第二时刻取土时土壤墒情传感器对土壤进行测量输出的电压值；表示第二时刻取土时采用初始率定模型计算的土壤质量含水量；表示第二时刻取土时刻采用烘干法获得的野外待测土壤实际质量含水量。
上述实施例的方法，土壤墒情传感器在不同土壤中的率定模型是存在偏移关系的，且通过率定公式的平移系数m、n可以准确的表示土壤墒情传感器的初始率定模型y和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系，进而在确定率定公式的平移系数m、n后，也就可以基于土壤墒情传感器的初始率定模型准确快速的确定土壤墒情传感器校准后的率定公式，实现对被测点土壤墒情的准确测量。
在一实施例中，根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式，包括：
根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量，确定率定公式的平移系数；率定公式的平移系数用于对土壤墒情传感器的初始率定模型进行校准；
根据率定公式的平移系数和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式。
具体地，本发明实施例中，土壤墒情传感器在不同土壤中的率定模型是存在偏移关系的，且通过率定公式的平移系数m、n可以准确的表示土壤墒情传感器的初始率定模型y和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系。其中，率定公式的平移系数是通过第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量确定的。
在一实施例中，根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量，确定率定公式的平移系数，包括：
利用如下公式确定率定公式的平移系数：
其中，m、n表示率定公式的平移系数；表示第一时刻测量含水量、表示第二时刻测量含水量、表示第一时刻实际含水量、表示第二时刻实际含水量。
具体地，本发明实施例中土壤墒情传感器在不同土壤中的率定模型是存在偏移关系的；可选地，y表示土壤墒情传感器的初始率定模型，土壤墒情传感器的初始率定模型进行偏移后得到土壤墒情传感器校准后的率定公式；可选地，土壤墒情传感器校准后的率定公式；可选地，土壤墒情传感器的初始率定模型和土壤墒情传感器校准后的率定公式的偏移关系可以通过率定公式的平移系数m、n准确的表达和确定。即通过率定公式的平移系数m、n表示土壤墒情传感器的初始率定模型y和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系，从而在确定率定公式的平移系数m、n后，也就可以基于土壤墒情传感器的初始率定模型准确快速的确定土壤墒情传感器校准后的率定公式，实现对被测点土壤墒情的准确测量。
可选地，第一时刻土壤较干时，利用初始定模型得到的第一时刻测量含水量为，利用烘干法得到第一时刻实际含水量为，满足如下关系：
；
可选地，第二时刻土壤较湿时，利用初始定模型得到的第二时刻测量含水量为，利用烘干法得到第二时刻实际含水量为，满足如下关系：
从而利用第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量，就可以通过如下方式确定率定公式的平移系数：
在确定率定公式的平移系数m、n后，也就可以基于土壤墒情传感器的初始率定模型准确快速的确定土壤墒情传感器校准后的率定公式，实现对被测点土壤墒情的准确测量。
上述实施例的方法，土壤墒情传感器在不同土壤中的率定模型是存在偏移关系的，本发明实施例中通过率定公式的平移系数m、n表示土壤墒情传感器的初始率定模型y和土壤墒情传感器校准后的率定公式之间的偏移关系，进而在确定率定公式的平移系数m、n后，也就可以基于土壤墒情传感器的初始率定模型准确快速的确定土壤墒情传感器校准后的率定公式，实现对被测点土壤墒情的准确测量。
示例性的，如图2所示，本发明实施例中提出一种在田间快速、经济、精准的校准传感器的方法，其中，图2中的实线是土壤墒情传感器的实验室初始率定模型，虚线是对初始率定模型平移校准后校准后的率定公式。
可选地，土壤墒情传感器的实验室初始率定模型作为田间首次安装的初始公式：
初始率定模型平移校准后校准后的率定公式如下：
(1)
分别在被测点土壤较干和较湿时各取1次土，并分别带入如下公式(3)、(4)确定率定公式的平移系数m、n。
(2)
(3)
(4)
其中，图2中表示第一时刻取土时土壤墒情传感器对土壤进行测量输出的电压值；表示第一时刻取土时采用初始率定模型计算的土壤质量含水量；表示第一时刻取土时刻采用烘干法获得的野外待测土壤实际质量含水量；表示第二时刻取土时土壤墒情传感器对土壤进行测量输出的电压值；表示第二时刻取土时采用初始率定模型计算的土壤质量含水量；表示第二时刻取土时刻采用烘干法获得的野外待测土壤实际质量含水量。通过公式(3)、(4)可以确定出在新的待测土壤中校准后的率定公式的平移系数m、n，再将m、n带入公式(3)得到为校准后的土壤墒情传感器校准后的率定公式。
示例性的，在实际应用场景中，可以通过如下步骤确定土壤墒情传感器率定模型：
如图3,首先平整土地，使用配套安装土钻在预定点位打孔，将取出的土壤过筛，加适量水搅拌均匀成黏稠泥浆，将泥浆倒入孔洞，插入传感器，上下移动排气后，对照传感器外壳上的零刻线，将传感器安装到指定深度，太阳能面板转向东南面。测得土壤容重并且安装完传感器后，以传感器为圆心半径0.75米至1米修筑围堰，连续灌水至各个土层饱和，可通过观察传感器采集的数值变化确定不同土层含水量是否饱和，当土层中含水量饱和后，传感器测量值保持稳定或微小变化。灌水至传感器周围的土壤含水量饱和后，等待重力水排出。
示例性的如图3所示，按照传感器厂家要求安装设备，确保传感器探头紧密接触土壤，再以传感器为中心建一个圆形围堰以备灌水用，采用人工取土方法在土壤较湿时和较干时各取一次样土，用以田间快速校准。
采样需用专用采样工具（筒钻）。每次需在5条垂线上各取相应深度的土样（每个土样50 g左右），土样采集完即刻称重。剩余土柱不要丢弃，要按结构装回原来的土层中并用筒钻压实。如果钻孔尚未填满，需另外取土将其填平、压实，并用小木棍做上标记，下次取样应避开这些采样点。在采样过程中如果钻土时明显感觉轻或碰到硬物时，要废弃此孔重新选择其它取样点。废弃的钻孔要恢复原状并做上标记。每次取完土样后定量向土壤墒情传感器周围注水，8至10 h后再取样，再注水；再取样，再注水，直到土壤饱和。一般注水3～4次后能满足40 cm层也能达到饱和。
在对比观测期间，实时观察土壤墒情传感器含水量变化的过程线及测量值的变化，确定土壤水分有较大变化时再取样（体积含水量变化百分数不小于3）。每次取样的同时，现场填写田间最大允许相对误差原始记载簿，现场记录人工采样时刻的土壤墒情传感器监测数据（如表1-表3所示）。
表1
表2
表3
田间校准过程中的测量公式及平移系数计算见表4。将表1两次人工取土烘干值及传感器电压值填入表4，计算平移系数m、n。
表4
下面对本发明提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准装置进行描述，下文描述的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准装置与上文描述的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法可相互对应参照。
示例性的，如图4所示，为本发明实施例提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法的另一流程示意图，具体流程如下：
首先确定土壤墒情传感器的初始率定模型，然后分别在第一时刻获取利用初始率定模型计算得到被测点土壤的第一时刻的测量含水量，并采用人工取土烘干法测得被测点土壤的第一时刻实际含水量，在第二时刻获取利用初始率定模型计算得到被测点土壤的第二时刻的测量含水量，并采用人工取土烘干法测得被测点土壤的第二时刻实际含水量，进而根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量，确定率定公式的平移系数，从而也就可以确定土壤墒情传感器校准后的率定公式。
图5是本发明提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准装置的结构示意图。本实施例提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准装置，包括：
获取模块710，用于获取土壤墒情传感器的初始率定模型；
确定模块720，用于根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式；第一时刻测量含水量和第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用初始率定模型对土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；第一时刻实际含水量和第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得被测点土壤的实际含水量；第二时刻实际含水量与第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
可选地，所述确定模块720，具体用于：在第一时刻，基于土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第一时刻电压值；
根据土壤墒情传感器的初始率定模型和第一时刻电压值，确定被测点土壤的第一时刻测量含水量；
在第二时刻，基于土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第二时刻电压值；
根据土壤墒情传感器的初始率定模型和第二时刻电压值，确定被测点土壤的第二时刻测量含水量；第一时刻测量含水量与第二时刻测量含水量的差值大于或等于阈值。
可选地，所述确定模块720，具体用于：在第一时刻，基于人工取土烘干方式确定被测点土壤的第一时刻实际含水量；
在第二时刻，基于人工取土烘干方式确定被测点土壤的第二时刻实际含水量。
可选地，所述确定模块720，具体用于：根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量，确定率定公式的平移系数；率定公式的平移系数用于对土壤墒情传感器的初始率定模型进行校准；
根据率定公式的平移系数和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式。
可选地，所述确定模块720，具体用于：利用如下公式确定率定公式的平移系数：
其中，m、n表示率定公式的平移系数；表示第一时刻测量含水量、表示第二时刻测量含水量、表示第一时刻实际含水量、表示第二时刻实际含水量。
可选地，所述确定模块720，具体用于：利用如下公式确定土壤墒情传感器校准后的率定公式：
；
其中，表示土壤墒情传感器校准后的率定公式，用于确定校准后的土壤墒情传感器输出的被测点土壤含水量测量值；m、n表示率定公式的平移系数；y表示所述土壤墒情传感器的初始率定模型。
可选地，所述获取模块710，具体用于：利用如下公式确定土壤墒情传感器的初始率定模型：
y=Ax3+Bx2-Cx+D；
其中，y表示土壤墒情传感器的初始率定模型；A、B、C、D表示初始率定模型系数；x表示土壤墒情传感器对土壤进行测量所输出的电压值。
本发明实施例的装置，其用于执行前述任一方法实施例中的方法，其实现原理和技术效果类似，此次不再赘述。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法，该方法包括：获取土壤墒情传感器的初始率定模型；根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式；第一时刻测量含水量和第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用初始率定模型对土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；第一时刻实际含水量和第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得被测点土壤的实际含水量；第二时刻实际含水量与第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法，该方法包括：获取土壤墒情传感器的初始率定模型；根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式；第一时刻测量含水量和第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用初始率定模型对土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；第一时刻实际含水量和第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得被测点土壤的实际含水量；第二时刻实际含水量与第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法，该方法包括：获取土壤墒情传感器的初始率定模型；根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和土壤墒情传感器的初始率定模型，确定土壤墒情传感器校准后的率定公式；第一时刻测量含水量和第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用初始率定模型对土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；第一时刻实际含水量和第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得被测点土壤的实际含水量；第二时刻实际含水量与第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法，其特征在于，包括：
利用如下公式确定土壤墒情传感器的初始率定模型：
；
其中，y表示土壤墒情传感器的初始率定模型；A、B、C、D表示初始率定模型系数；x表示土壤墒情传感器对土壤进行测量所输出的电压值；
利用如下公式确定率定公式的平移系数：
；
其中，m、n表示率定公式的平移系数；表示第一时刻测量含水量、表示第二时刻测量含水量、表示第一时刻实际含水量、表示第二时刻实际含水量；
利用如下公式确定土壤墒情传感器校准后的率定公式：
；
其中，表示土壤墒情传感器校准后的率定公式，用于校准后的土壤墒情传感器输出土壤含水量测量值；m、n表示率定公式的平移系数；y表示土壤墒情传感器的初始率定模型；
所述第一时刻测量含水量和所述第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用所述初始率定模型对所述土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；所述第一时刻实际含水量和所述第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得被测点土壤的实际含水量；所述第二时刻实际含水量与所述第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
2.根据权利要求1所述的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法，其特征在于，所述根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式之前，还包括：
在第一时刻，基于土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第一时刻电压值；
根据所述土壤墒情传感器的初始率定模型和所述第一时刻电压值，确定所述被测点土壤的第一时刻测量含水量；
在第二时刻，基于土壤墒情传感器对被测点土壤进行测量，获取土壤墒情传感器输出的第二时刻电压值；
根据所述土壤墒情传感器的初始率定模型和所述第二时刻电压值，确定所述被测点土壤的第二时刻测量含水量；所述第一时刻测量含水量与所述第二时刻测量含水量的差值大于或等于阈值。
3.根据权利要求1所述的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法，其特征在于，所述根据第一时刻测量含水量、第一时刻实际含水量、第二时刻测量含水量、第二时刻实际含水量和所述土壤墒情传感器的初始率定模型，确定所述土壤墒情传感器校准后的率定公式之前，还包括：
在第一时刻，基于人工取土烘干方式确定所述被测点土壤的第一时刻实际含水量；
在第二时刻，基于人工取土烘干方式确定所述被测点土壤的第二时刻实际含水量。
4.一种土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于利用如下公式确定土壤墒情传感器的初始率定模型：
；
其中，y表示土壤墒情传感器的初始率定模型；A、B、C、D表示初始率定模型系数；x表示土壤墒情传感器对土壤进行测量所输出的电压值；
确定模块，用于利用如下公式确定率定公式的平移系数：
；
其中，m、n表示率定公式的平移系数；表示第一时刻测量含水量、表示第二时刻测量含水量、表示第一时刻实际含水量、表示第二时刻实际含水量；
利用如下公式确定土壤墒情传感器校准后的率定公式：
；
其中，表示土壤墒情传感器校准后的率定公式，用于校准后的土壤墒情传感器输出土壤含水量测量值；m、n表示率定公式的平移系数；y表示土壤墒情传感器的初始率定模型；
所述第一时刻测量含水量和所述第二时刻测量含水量分别是在第一时刻和第二时刻利用所述初始率定模型对所述土壤墒情传感器的电信号计算得到的被测点土壤的含水量测量值；所述第一时刻实际含水量和所述第二时刻实际含水量分别表示第一时刻和第二时刻采用人工取土烘干法测得被测点土壤的实际含水量；所述第二时刻实际含水量与所述第一时刻实际含水量的差值大于或等于阈值。
5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法。
6.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的土壤墒情传感器率定公式的田间快速校准方法。
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