TWI707294B - 田間湛水感測裝置、田間湛水感測系統、及田間湛水感測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種田間湛水感測系統，其係包含：一雲端伺服器；至少一田間湛水感測裝置，其係與該雲端伺服器經由無線網路連接並傳送至少一個偵測點的電導度資訊至該雲端伺服器；以及一遠端監控平台，其係以無線網路連接該雲端伺服器，藉以控制該田間湛水感測裝置並取得該至少一個偵測點的電導度資訊，然後基於該至少一個偵測點的位置及電導度資訊生成一湛水檢測資訊。藉此，能夠即時監測之水田湛水深及比電導度以求達到最佳化水資源利用、節省水田用水量，降低植物損失率，同時可管理水田肥料施用量，提高產量，質量和利潤等效果。若有工業廢水污染水田灌溉用水，本系統可作為預警之用。

Description

田間湛水感測裝置、田間湛水感測系統、及田間湛水感測方法

本發明係涉及田間用水偵測領域，特別關於一種整合物聯網架構、感測裝置及監控平台之湛水感測裝置、系統、及感測方法。

台灣是世界排名第十八位的缺水地區，儘管台灣地區平均每年有二千多毫米的降雨量，應該屬於水資源不虞匱乏之國家，但因為台灣地區地狹人稠、山坡陡峭、雨勢集中，再加上河川短促，所以大部分的雨水都迅速地流入海洋。因此，台灣地區每人每年平均可以分配到的水量，只有全世界平均的七分之一而已，因此，台灣地區是屬於缺水國家。

台灣的水資源規劃依照經濟部水利署的統計資料，農業用水約占全台總用水量之 71.3%，其中灌溉用水約佔農業用水之 91.2%，而水稻田之灌溉用水約占總灌溉用水之 79.2%；依此推估，水稻田之灌溉用水約占全台總用水量之 50%。而現今的台灣環境污染問題、都市化效應、濫墾濫伐以及降雨型態的改變導致國內可利用水資源越來越少，如何因應自然界的氣候變遷，是全球必須共同面對的課題，必須加以調整水資源的經營和管理方式；另外，人為的不當破壞，則須藉由嚴格的規範和徹底的執行，才能有效提高管理的效率來改善。因此，必須加強水資源的管理，經由有效的調配和管理不但可以減少水資源的浪費，更能提升水資源的使用效率。

台灣目前水稻田之灌溉多以人工操作配水，因此導致灌溉水量無法精密控管，調控過程之輸水損失亦無法精確計算。而隨著氣候變遷導致豐枯水期降雨不均現象更加遽烈，若能由用水量最大來源的水稻田用水，以精準調配水量之技術，節省用水，應可大量提升不同用水標的之水資源調配空間，為目前極重要之發展領域與方向。

田間用水管理，以維持適當之湛水深度為關鍵，即於水稻插秧後，在水田維持適當之淹水深度，以緩衝環境對水稻生育初期所造成的不利影響。維持湛水深度之時間一期作約30-35天，二期作約20-25天，水深約為4-6公分。除此之外，適當之湛水深度有助於提升水稻吸收所需的水分及養分，並保持土壤的還原狀態使雜草種子不能獲得足夠生長機會，以達到有效控制雜草的目的。因此，水稻田之湛水深度管理除了關係到農作灌溉之水資源利用外，對稻作之生長亦十分重要，也就是農夫在稻作期間每天巡田水的主要原因。

由於面臨因氣候變遷或原本水資源不足區域，近年，國際間推動稻作強化體系(System of rice intensification, SRI)或在雨季使用深水密植栽培(Deepwater management practice, DMP)；其中，SRI採用乾濕交替灌溉(Alternative Wet and Dry, AWD)，並於不同水稻生長期時期保持不同湛水深度，可以有效節省灌溉用水量，且土壤通氣性措施，改善水田生態環境，提高回歸水品質，提高稻米品質等好處，惟該方法對湛水深度之管控更嚴格，是推動的主要困難之一。

由上述可知，水稻田之湛水深度管理除了關係到農作灌溉之水資源利用外，對稻作之生長均十分重要，然而目前仍缺乏有效即時的管理方式，對水稻田的水資源管理與稻作生產確實是亟待解決的問題。

除了上述所說關於水資源的管控之外，精確農業(Precision Agriculture)被認為是現代農業(Modern agricultural)第三波革命之關鍵，精確農業中利用大量的即時監測器/感知器(Real-time sensors)監測農作物之用水狀況、濕度、NP營養鹽、pH、EC等資料，使農業生產之效率得以提昇。精確農業事實上是物聯網應用在現在農業的實踐之一。以提昇水稻田之灌溉用水管理效率外，提高台灣地區水資源的調配之彈性。

有鑑於此，本發明人藉由開發智慧化電導度尺及進一步結合物聯網建立即時智慧化水稻田用水及水質管理系統，以即時監測水稻田之湛水深度及比電導度以求達到最佳化水資源利用、降低植物損失率，縮短生產時間，減少農藥施用，提高產量、質量和利潤等效果。另外，本發明亦可以做為國內推動水稻田精確農業化之基礎。

換言之，本發明可以提供一種田間湛水感測裝置，其係包含：一電導度尺，其係設有至少一個偵測點，並且該至少一個偵測點設有電導度電極組；一電路單元，其係與該電導度尺電性連接，用以提供該電導度尺所需的電壓信號及/或電流信號，並接收來自該電導度尺的偵測信號；該電路單元包含有激勵信號源模組、信號處理與控制模組、微處理器、顯示模組、資料儲存模組、輸出模組、以及控制節點模組；其中該激勵信號源模組和該電導度電極組電性連接；該激勵信號源模組和該信號處理與控制模組電性連接；該微處理器和該信號處理與控制模組、該顯示模組、該資料儲存模組、該輸出模組、以及該控制節點模組電性連接；以及一電源供應單元模組，其係與該電路單元電性連接，用以提供所需電源。

根據本發明之一實施例，該電導度尺進一步設有至少一個溫度偵測點，且該至少一個溫度偵測點設有與該激勵信號源模組電性連接的溫度電極組，用以偵測該待測區域的水溫。

根據本發明之一實施例，該至少一個偵測點為複數個，且各該偵測點的間距為在0.5cm~5cm之範圍；較佳為在0.5~2.5cm之範圍；更佳為在0.5~2.0cm之範圍；最佳為在0.5~1.0cm之範圍。

根據本發明之一實施例，該激勵信號源模組是以並聯方式與該複數個偵測點中的電導度電極組電性連接。

根據本發明之一實施例，該偵測信號為類比信號或數位信號。

另外，本發明還可以提供一種田間湛水感測系統，其係包含：一雲端伺服器；至少一田間湛水感測裝置，其係經由無線網路與該雲端伺服器連接，並傳送至少一個偵測點的電導度資訊至該雲端伺服器；以及一遠端監控平台，其係以無線網路連接該雲端伺服器，藉以控制該田間湛水感測裝置並取得該至少一個偵測點的電導度資訊，然後基於該至少一個偵測點的位置及該電導度資訊生成一湛水檢測資訊。

根據本發明之一實施例，該湛水檢測資訊至少包含水位高度、底泥深度、施肥狀況、降雨情形、及水質污染狀況中所選出之任一種或一種以上。

根據本發明之一實施例，該田間湛水感測系統係進一步包含有與該遠端監控平台連接的一輸入水閘控制器、以及一輸出水閘控制器，用以調整輸入或輸出待測區域中的水流量。

根據本發明之一實施例，該遠端監控平台為智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、或桌上型電腦。

又，本發明亦可以提供一種田間湛水感測方法，其步驟包括:1.將田間湛水感測裝置中的電導度尺垂直插入待測區域中直到該電導度尺的底端接觸地面進行偵測，取得該至少一個偵測點的電導度資訊；以及2.基於該至少一個偵測點的位置以及與該電導度資訊獲得湛水檢測資訊。

以下，針對本發明的實施態樣列舉不同的具體實施例而更加詳盡地敘述與說明，以便使本發明的精神與內容更為完備而易於瞭解；然而，本項技藝中具有通常知識者應當明瞭本發明當然不受限於此等實例而已，亦可利用其他相同或均等的功能與步驟順序來達成本發明。

在本文中，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。

在本文中，對於用以界定本發明範圍的數值與參數，本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差，因而大多是以約略的數量值來表示，然而於具體實施例中則盡可能精確呈現的相關數值。在本文中，「約」通常視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定，一般係指代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，例如，該實際數值為在一特定數值或範圍的±10%、±5%、±1%、或±0.5%以內。

首先，請參閱圖1，其為顯示本發明之田間湛水感測系統的系統架構圖。該田間湛水感測系統係用以提供至少一用戶取得湛水檢測資訊，其係包含有田間湛水感測裝置1、雲端伺服器2、以及遠端監控平台3，以構成一種分散式監控系統。

該田間湛水感測裝置1包含有電導度尺10、電路單元11、電源供應單元12。請參閱圖2，其為顯示電導度尺10的結構示意圖。該電導度尺10是做為感測探頭，能夠垂直插入於待測區域中偵測電流訊號，並且將該電流訊號傳送至該電路單元11中進行分析處理。而電源供應單元12與該電路單元11電性連接，用以提供電路單元11運作時的所需電源。

請參閱圖2，其為導度尺10的結構示意圖。該電導度尺10設有刻度，並且在尺面上設有複數個偵測點，且該些偵測點上分別設有電導度電極組101、及溫度電極組102。不同位置的電導度電極組101是用以偵測不同水位的電導度值，溫度電極組102則是用來偵測湛水的溫度。

另外，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，圖2所示之電導度電極組101和溫度電極組102的圖例及設置數量僅僅為例示而已，電極組的數量、材質、外觀形狀、排列方式、與間距可以基於液體種類、湛水深度、湛水位置進行調整，在此不限制。舉例來說，各個電導度電極組101設置的間距可以是在0.5cm~5cm之範圍；較佳為在0.5~2.5cm之範圍；更佳為在0.5~2.0cm之範圍；最佳為在0.5~1.0cm之範圍。另外，電導度電極組和溫度電極組的種類可以是雙極式電極或四級式電極。

根據本發明之技術思想，當將該電導度尺10垂直插入待測區域時，在尺身底端可利用金屬墊圈、螺絲、或釘子將尺身加以連結固定於地面，防止尺身傾倒；另外，該電導度尺10的底部也可以視情形加裝具有尖端結構的元件，使該電導度尺10能夠輕易插入底泥或是土壤層之中。

接著，請再參閱圖3，其為顯示電路單元11的內部結構示意圖。該電路單元11包含有激勵信號源模組111、信號處理與控制模組112、微處理器113、顯示模組114、資料儲存模組115、輸出模組116、以及控制節點模組117。其中，電導度尺10中的電導度電極組101和溫度電極組102是以並聯方式與激勵信號源模組111電性連接；激勵信號源模組111與信號處理與控制模組112電性連接；微處理器113與信號處理與控制模組112、顯示模組114、資料儲存模組115、輸出模組116、以及控制節點模組117電性連接。

激勵信號源模組111用於將電壓信號及/或電流信號傳送給電導度尺10中的電導度電極組101、及/或溫度電極組102；電導度電極組101、及/或溫度電極組102接收到電壓信號及/或電流信號後，會產生對應的偵測信號並經由激勵信號源模組111將偵測信號傳送給信號處理與控制模組112，該偵測信號可以是類比信號或是數位信號。然後，信號處理與控制模組112再將電導度電極組101、及/或溫度電極組102傳送過來的偵測信號處理後發送給微處理器113。

微處理器113接收來自信號處理與控制模組112的偵測信號並進行運算分析後獲得電導度資訊及溫度資訊，然後將電導度資訊及溫度資訊發送給顯示模組114和資料儲存模組115；顯示模組114用於接受微處理器113發送的電導度資訊及溫度資訊並進行顯示，而資料儲存模組115則是用於接受微處理器113發送的電導度資訊及溫度資訊並進行儲存。

輸出模組116是用於接收微處理器113的電導度資訊及溫度資訊，並以類比信號或是以數位信號輸出發送給遠端監控平台2；控制節點模組117是用於接收來自微處理器113的控制信號，並採取相應的輸出信號斷開(open)或閉合(close)。

接著，說明電路單元11實際運作流程如下：

激勵信號源模組111提供電導度電極組101、及/或溫度電極組102所需的電壓信號及/或電流信號，電導度電極組101、及/或溫度電極組102偵測待測區域進而產生類比或數位信號，並經由激勵信號源模組111傳送至信號處理與控制模組112並轉化為可處理的數位或類比數據至微處理器113，微處理器113經過內部運算和分析後，得到測量值如電導度(或比電組值)與溫度值，並將量測值傳送到顯示模組114顯示、儲存於資料儲存模組115中、以及經由輸出模組116傳送到遠端監控平台2。另外，微處理器113也可以接受遠端監控平台2的控制命令來操控電路操作，並自動依測量值去驅動控制節點模組117，使得輸出信號斷開或閉合。

遠端監控平台3可通過雲端伺服器2獲得田間湛水感測裝置1中各個偵測點的電導度資料以及溫度資料，並且進行資訊儲存、分析、及處理，藉以產生待測區域的湛水檢測資訊並進行展示，該湛水檢測資訊包含水位高度、湛水溫度、底泥深度、施肥狀況、降雨情形、及水質污染狀況中所選出之至少一種。設置水田中的田間湛水感測裝置1運行後，通過互聯網的形式傳送至雲端伺服器2，遠端監控平台3可通過雲端伺服器2獲取上述資料，而任一用戶透過應用程式的帳號登入，並經操作取得遠端監控平台3的資料處理後的該湛水檢測資訊。若該用戶所使用遠端監控平台為手機，該湛水檢測資訊可以在手機上的應用程式被該用戶讀取。

由於電路單元11施加於各個電導度電極組101的電壓及/或電流信號為固定值，微處理器113將電導度尺10取得的偵測信號處理分析後可經由歐姆定律算換乘獲得電阻值，再利用以下的電導度公式進行換算獲得電導度：

其中k為電導度(S/cm)； G為電導(S)，並且G=I÷V=1÷R，(R為電阻)， K為電極常數。

接著，以下具體實施例說明使用本發明之田間湛水感測裝置進行偵測的方法。 《實施例1至3》

在實施例1至3中是選擇位於苗栗市之灌溉區，是以水稻之主要耕種作物。然後根據google地圖確定比例尺之整體面積大小，而後去往實地勘察，先確定進水渠道與排水溝渠之位置，並且描繪出該地之模擬圖，建立一個質量守恆之系統。

而此水稻田的水平衡系統其原理主要是藉由水文學中水平衡系統的定義而建立的。在本實施例中，將一地之數個區塊的田地與其灌排之溝渠假設為一封閉之水平衡系統，並假設其系統當下所儲存的水量為W ₀，而後假設灌溉溝渠入流量為Q _in，出流量為Q _out，而在輸水損失及田中水稻之損失將其分為蒸發散量(ET _corp)、滲漏量(P _t+L _t)以及溝渠損失(Q _lost)，而將這些參數計算至本實施例中水平衡系統中，可得出以下方程式I，並繪製成如圖4所示之水平衡系統圖，並且根據其所需參數亦進行了實地之量測。 W ₀=Q _in-[ET _corp+Q _lost+(P _t+L _t)]- Q _out………..I 其中 W ₀是灌溉區中之的水滯留量； Q _in是溝渠輸入該灌溉區的水流量； Q _out是溝渠輸出該灌溉區的水流量； ET _corp是該灌溉區中之作物的水蒸發散量； Q _lost是該溝渠中之湛水的損失量； (P _t+L _t) 是該灌溉區中之的滲漏量；P _t為垂直滲漏量，L _t為測向滲漏量。

另外，根據如圖5所示之田區模擬圖可以了解田區之進出流位置，並加以測量，根據進出流量的水位測量與流速測量，可藉由曼寧公式換算流量，並藉此算出系統的水量，而水稻田中除了系統的輸出入之外，仍有其餘的系統外之損失，包括溝渠、滲漏及作物蒸發散量等等。若於一較大之田區當中以電導度尺測量區域A、及區域C兩處之水位差便可求得該田區之系統輸入，並且在於特定的系統輸出點觀測其輸出差值，便可求得該區域之系統變化量，盡可能達到質量守恆。

掌握測量區域之後，將本發明之田間湛水感測裝置中的電導度尺垂直插入進水渠道、水田進水口處、及水田中央處直到電導度尺的底端接觸地面並進行偵測。

在實施例1至3中所使用的該田間湛水感測裝置中之電導度尺具有10個偵測點，其中偵測點1位於距離電導度尺底端2公分的位置，偵測點2至10則以間距1公分依序設置。然後，將田間湛水感測裝置所測得之電導度數值經由無線網路傳送至遠端監控平台中(智慧型手機或平板電腦)。

各個區域分別量測20次後，將所測得之電導度值加以平均並將數值紀錄於表1。由於空氣的電導度趨近於0、水體的電導度約在300-400μS/cm之間、以及底泥的電導度約在100-200μS/cm之間，因此可由所測得的電導度得知湛水的深度。 《比較例1至3》

在比較例1至3中，是使用市售電導度計固定於塑膠直尺上進行量測，量測區域與前述實施例1至3相同，各個區域分別量測20次後，將所測得之電導度值加以平均並將數值紀錄於表1。

表1

	實施例1	實施例2	實施例3	比較例1	比較例2	比較例3
偵測位置	進水 渠道	水田進水口處	水田 中央處	進水 渠道	水田進水口處	水田 中央處
電導度 (μS/cm)	偵測點1 (距離水底2cm)	408.25	161.58	209.02	404.2	155.4	176.2
偵測點2 (距離水底3cm)	400.95	150.40	186.69	404.2	134.6	155
偵測點3 (距離水底4cm)	403.4	150.30	187.50	404.2	134.6	155
偵測點4 (距離水底5cm)	402.15	147.86	189.01	404.2	134.6	155
偵測點5 (距離水底6cm)	403.25	147.54	74.33	404.2	134.6	155
偵測點6 (距離水底7cm)	326.42	141.425	0	0	134.6	0
偵測點7 (距離水底8cm)	0	0	0	0	0	0
偵測點8 (距離水底9cm)	0	0	0	0	0	0
偵測點9 (距離水底10cm)	0	0	0	0	0	0
偵測點10 (距離水底11cm)	0	0	0	0	0	0

接著，將表1之數據結果分別繪製成圖6A至圖6C，其中圖6A為實施例1與比較例1的結果數據比較圖、圖6B為實施例2與比較例2的結果數據比較圖、以及圖6C為實施例3與比較例3的結果數據比較圖。

由圖6A至6C的結果可知，當以本發明之田間湛水感測裝置進行量測時，進水渠道的水位高度約在7~8公分之間，並且水中無汙泥存在；水田進水口處的水位高度約在7~8公分之間，並且水中有大量底泥存在；以及水田中央處的水位高位約在5~6公分之間，並且水中有大量底泥存在。

另外，由圖6A至6C的結果亦可看出，分別以本發明之田間湛水感測裝置和市售電導度計進行量測時，可獲得相近的結果，顯示本發明之田間湛水感測裝置能夠取代市售電導度計，並且進一步能夠與物聯網連接構成田間湛水感測系統。 《實施例4至5》

在實施例4及5中，分別在苗栗市地區之兩處不同灌溉水道(區域A及區域B)以本發明之田間湛水感測裝置進行量測，將田間湛水感測裝置中的電導度尺垂直插入直到電導度尺的底端接觸地面並進行偵測，並將所測得之電導度數值經由無線網路傳送至遠端監控平台中(智慧型手機或平板電腦)。

在實施例4及5中所使用的該田間湛水感測裝置中之電導度尺具有7個偵測點，其中偵測點1位於距離電導度尺底端的位置，偵測點2至7則以間距5公分依序設置。

分別量測20次後，將所測得之電導度值加以平均並將數值紀錄於表2。

表2

	實施例4	實施例5
區域	A	B
電導度 (μS/cm)	偵測點1 (距離水底0cm)	199	122
偵測點2 (距離水底5cm)	197	120
偵測點3 (距離水底10cm)	335	369
偵測點4 (距離水底15cm)	334	370
偵測點5 (距離水底20cm)	330	368
偵測點6 (距離水底25cm)	0	369
偵測點7 (距離水底30cm)	0	0

接著，將表2之數據結果分別繪製成圖7A及圖7B。由表2及圖7A的結果可看出，區域A的水位高度約在20~25公分之間，底泥深度約在5~10公分之間；另外，由表2及圖7B的結果可知，區域A的水位高度約在25~30公分之間，底泥深度約在5~10公分之間。 《實施例6》

將灌溉用水與肥料配製成如表3所示之濃度，然後分別以本發明之田間湛水感測裝置及市售電導度計量測其電導度，並將所得數值紀錄於表3中。

表3

	施肥量 (以氨氮濃度計， mg/L)	田間湛水感測裝置	市售電導度計
電導度 (μS/cm)	0	525	555
2.5	549	585
5	586	613
10	632	674
15	700	735
20	765	792
25	820	851

然後，將表3之數值結果繪製成圖8進行迴歸分析後，以本發明之田間湛水感測裝置所測得的電導度數值結果符合以下方程式II(R ²=0.9981)： y = 11.943x + 521.63…….II

另外，以市售電導度計所測得的電導度數值結果符合以下方程式III(R ²=0.9999) y = 11.943x + 521.63 11.868x + 555.04…..III

由上述結果可知，在湛水中的肥料含量也會影響電導度之數值，灌溉用水的電導度值會隨著肥料含量增加而上升，因此可以利用在湛水中的肥料含量與導電度之相對關係繪製成檢量線，並以本發明之田間湛水感測裝置進行實地感測所得導電值換算獲得實地湛水中的肥料含量。藉此，判斷水稻田之前後回歸水中是否含有前端之殘餘肥料，同時作為下游灌溉田之氮磷肥料添加管理。 《實施例7》

以本發明之田間湛水感測裝置量測下雨前後灌溉溝渠的電導度變化，將所測得之電導度數值經由無線網路傳送至遠端監控平台中(智慧型手機或平板電腦)，並將數值紀錄於表4中。

在本實施例中所使用的該田間湛水感測裝置中之電導度尺具有8個偵測點，其中偵測點1位於距離電導度尺底端的位置，偵測點2至7則以間距5公分依序設置。

表4

	偵測點	下雨前	下雨後
電導度(μS/cm)	偵測點1 (距離水底0cm)	180	122
偵測點2 (距離水底5cm)	177	120
偵測點3 (距離水底10cm)	230	142
偵測點4 (距離水底15cm)	228	140
偵測點5 (距離水底20cm)	229	139
偵測點6 (距離水底25cm)	227	140
偵測點7 (距離水底30cm)	0	140
偵測點8 (距離水底35cm)	0	0

接著，將表4之結果分別繪製成圖9A及圖9B，圖9A為下雨前的溝渠水深與電導度變化曲線圖，圖9B為下雨後的溝渠水深與電導度變化曲線圖。

由圖9A及圖9B可觀察到在下雨前後溝渠中之電導度與水位皆產生了變化。可看出下雨後的溝渠水位上升，且雨水稀釋原有的肥料，使得各個偵測點的電導度數值下降。

因此，本發明之田間湛水感測系統中的遠端監控平台還可以進一步和一輸入水閘控制器、以及一輸出水閘控制器通訊連接，用以調整輸入或輸出該灌溉區之溝渠中的水流量。藉此能夠遠端控制水位與水閘門開閉，並且針對某些溝渠段進行調整，不須經由人員前往實地勘查。

再者，利用本發明之田間湛水感測裝置定時定點量測電導度，配合現場採樣分析，並將相關資料傳送至雲端伺服器，同時配合一般狀況下之監測資料，能夠建立一大數據資料庫，以調配區域水稻田之供水量之最佳化分配。並可由監測值判斷是否有外來污染(尤其是工業排水)改變水質而造成電導度之變化。

因而，藉由本發明之田間湛水感測裝置及系統，能夠獲得有關水位高度、汙泥深度、施肥情形、降雨情形、及水質變化等湛水檢測資訊。

是以，由上述實施例之結果可以確認本發明具有以下優點：

1. 在台灣面臨水資源的缺乏與調配困難之情況下，對於高比例用水的水稻田用水，本發明可提供一個系統化(Systematic)、即時化(Real-time)的水稻田用水管理系統。

2.藉由本發明之田間湛水感測裝置所測得之電導度於灌溉渠道及農田水面之垂直變化，可以同時得知農業灌排及水稻田之水位及底泥深度。另外，農業用水常受工業廢水之排放污染，此電導度之時間變化常跟農業用水水質異常有關，因此，此電導度亦可作為農業用水之水質異常之預警用。

3. 本發明之田間湛水感測系統具有即時監測、運算、推估之功能，能夠因應各區域灌溉系統之水田高程變化、土壤性質、作物栽種情形、氣候狀況之不同，有效管理田間用水。

4. 本發明之田間湛水感測系統同時利用物聯網之概念，可提供給農民藉由手機APP可監測其所耕種農田之水深及電導度(P2M)，以降低農民巡水之工作負荷，同時農田水利管理單位可藉由本系統提供之資訊最佳化管理水稻田之供水及水質之監控(P2M)及(M2M)。若結合自動水閘門之開啟深度控制，就可達到田間湛水深度之管理，對水堤水資源管理更有助益。

5. 由於降雨量不同與農業用水之水資源可用量亦逐年逐季不同，本發明之田間湛水感測系統能夠建立灌溉區域在不同灌溉水資源量條件下作情境之模擬，建立水稻田之灌溉用水之最佳管理策略與水資源管理效益之分析。

綜上所述，在上述文中已經以各個實施例舉例說明了本發明的具體內容，然而本發明所屬技術領域中具有通常知識者應當明白：本發明並非僅限定於此等實施方式而已，並且在不脫離本發明的精神和範圍內能夠再進行各種的更動與修飾；例如，將前述實施例中所例示的各技術內容加以組合或變更而成為新的實施方式，此等實施方式也當然視為本發明所屬內容。因此，本案所欲保護的範圍也包括後述的申請專利範圍及其所界定的範圍。

1:田間湛水感測裝置

10:電導度尺

101:電導度電極組

102:溫度電極組

11:電路單元

111:激勵信號源模組

112:信號處理與控制模組

113:微處理器

114:顯示模組

115:資料儲存模組

116:輸出模組

117:控制節點模組

12:電源供應單元

2:雲端伺服器

3:遠端監控平台

圖1為顯示本發明之田間湛水感測系統的系統架構圖。 圖2為顯示圖1中之電導度尺10的結構示意圖。 圖3為顯示圖1中之電路單元11的內部架構示意圖。 圖4為顯示本發明之實施例1至3中的水平衡系統圖。 圖5為顯示之實施例1至3中的田區模擬圖。 圖6A為顯示實施例1及比較例1中之偵測點位置與電導度關係變化圖。 圖6B為顯示實施例2及比較例2中之偵測點位置與電導度關係變化圖。 圖6C為顯示實施例3及比較例3中之偵測點位置與電導度關係變化圖。 圖7A為顯示實施例4中之偵測點位置與電導度關係變化圖。 圖7B為顯示實施例5中之偵測點位置與電導度關係變化圖。 圖8為顯示實施例6中之施肥量與電導度關係變化圖。 圖9A及圖9B為分別顯示實施例7中下雨前及下雨後之偵測點位置與電導度關係曲線圖。

1:田間湛水感測裝置

10:電導度尺

11:電路單元

12:電源供應單元

2:雲端伺服器

3:遠端監控平台

Claims (9)

1. 一種田間湛水感測裝置，其係用以偵測灌溉渠道及農田水面在不同水位高度的電導度，該田間湛水感測裝置包含：一電導度尺，其係設有複數個偵測點，各該偵測點的間距為在0.5~5cm之範圍，並且該些偵測點分別設有電導度電極組；一電路單元，其係與該電導度尺電性連接，用以提供該電導度尺所需的電壓信號及/或電流信號，並接收來自該電導度尺的偵測信號；該電路單元包含有激勵信號源模組、信號處理與控制模組、微處理器、顯示模組、資料儲存模組、輸出模組、以及控制節點模組；其中該激勵信號源模組和該電導度電極組電性連接；該激勵信號源模組和該信號處理與控制模組電性連接；該微處理器和該信號處理與控制模組、該顯示模組、該資料儲存模組、該輸出模組、以及該控制節點模組電性連接；以及一電源供應單元模組，其係與該電路單元電性連接，用以提供所需電源。
2. 如請求項1所記載之田間湛水感測裝置，其中該電導度尺進一步設有至少一個溫度偵測點，且該至少一個溫度偵測點設有與該激勵信號源模組電性連接的溫度電極組，用以偵測該待測區域的水溫。
3. 如請求項1所記載之田間湛水感測裝置，其中該激勵信號源模組是以並聯方式與該複數個偵測點中的電導度電極組電性連接。
4. 如請求項1所記載之田間湛水感測裝置，其中該偵測信號為類比信號或數位信號。
5. 一種田間湛水感測系統，其係包含：一雲端伺服器；至少一如請求項1至4中任一項所記載之田間湛水感測裝置，其係經 由無線網路與該雲端伺服器連接並傳送複數個偵測點的電導度資訊至該雲端伺服器；以及一遠端監控平台，其係以無線網路連接該雲端伺服器，藉以控制該湛水感測裝置，並取得該些偵測點的電導度資訊，然後基於該些偵測點的位置及電導度資訊生成一湛水檢測資訊。
6. 如請求項5所記載之田間湛水感測系統，其中該湛水檢測資訊至少包含水位高度、底泥深度、施肥狀況、降雨情形、及水質污染狀況中所選出之任一種或一種以上。
7. 如請求項5記載之田間湛水感測系統，其係進一步包含有與該遠端監控平台連接的一輸入水閘控制器、以及一輸出水閘控制器，用以調整輸入或輸出待測區域中的水流量。
8. 如請求項5所記載之田間湛水感測系統，其中該遠端監控平台為智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、或桌上型電腦。
9. 一種田間湛水感測方法，其係包括以下步驟：1.將請求項1至4中任一項所記載之田間湛水感測裝置中的電導度尺垂直插入待測區域中直到該電導度尺的底端接觸地面進行偵測，取得複數個偵測點的電導度資訊；以及2.基於該些偵測點的位置以及與該電導度資訊獲得一湛水檢測資訊；其中該湛水檢測資訊至少包含水位高度、底泥深度、施肥狀況、降雨情形、及水質污染狀況中所選出之任一種或一種以上。

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