Региональная автоматизированная система мониторинга почвенной влаги

1: Функциональность системы

Почва представляет собой сложную гетерогенную систему, традиционные методы сушки, нейтронный метод, диэлектрическая константа и другие методы мониторинга влажности почвы, хотя и могут более точно отражать содержание воды в почве в точке измерения, но широкий диапазон содержания воды в почве часто может быть выведен только с помощью данных ограниченной точки измерения; Дистанционное зондирование позволяет быстро определять содержание воды в поверхностном слое почвы в регионе, однако продукты дистанционного зондирования, как правило, требуют расширения во времени и проверки с использованием данных наземных наблюдений. Таким образом, в малых и средних масштабах, таких как сельскохозяйственные угодья, небольшие водосборные бассейны и т. д., эти методы часто не могут удовлетворить растущий спрос на обширную, быструю и точную информацию о динамике почвенной влаги для исследований почвы и современного точного сельского хозяйства.

Американские ученые разработали систему, основанную на зависимости концентрации быстрых нейтронов космических лучей в околоземной среде от содержания воды в почве, без вреда, без контакта, без разрушения структуры почвы, без влияния текстуры почвы, солености или физического состояния почвенной влаги, с широким диапазоном измерений и с умеренной глубиной измерения./ Система мониторинга глубины снежного покрова, которая позволяет непрерывно и автоматически определять содержание воды в почве или эквивалентную глубину снежного покрова на больших площадях, является эффективным средством проверки содержания воды в почве с помощью дистанционного зондирования.

2: Основные принципы

Частицы космических лучей в окружающей среде сталкиваются с атомными ядрами, создавая высокоэнергетические нейтроны, которые при прохождении через воздух и почву изменяют направление при упругих столкновениях с атомными ядрами в среде, особенно с атомами водорода, и теряют часть своей энергии, постепенно замедляясь. Быстрые и медленные нейтроны, возвращающиеся на поверхность после столкновения, достигают равновесия на поверхности очень быстро, и их концентрация в значительной степени зависит от влажности поверхностного слоя почвы. С помощью нейтронного детектора, который обнаруживает интенсивность быстрых или медленных нейтронов в определенном энергетическом диапазоне вблизи поверхности Земли, можно рассчитать среднее содержание воды в почве на большой площади путем коррекции соотношения. Интенсивность быстрых нейтронов используется для расчета содержания воды в почве, а интенсивность медленных нейтронов используется для расчета глубины поверхностного снега.

3: Области применения

В основном применяются в измерении влажности почвы, мониторинге засухи, измерении глубины снега, руководстве по орошению в сельском хозяйстве, анализе устойчивости склонов, прогнозировании внезапных наводнений, управлении водоснабжением, численном прогнозировании, климатических моделях и так далее. Кроме того, они могут быть установлены на мобильных платформах для составления обширных карт почвенной влаги.

4: Особенности системы

Удобная установка, прочная и долговечная, простая в эксплуатации, не требует профессионалов, подходит для длительных непрерывных автоматических измерений в полевых условиях;

Диапазон измерений * большой700 м (40 га), глубина измерений * до 70 см;

Отсутствие опасности, бесконтактного воздействия, без разрушения структуры почвы;

Практически не подвержены влиянию физико - химических свойств, таких как текстура почвы, плотность, соленость и т.д.;

Может использоваться для измерения глубины снега;

Дистанционное зондирование инверсии содержания воды в почве обеспечивает наземную проверку в соответствии с масштабами изображений;

Дополнительное программное обеспечение для обработки данных облегчает обработку данных.

Параметры системы

Системное питание:6～26VDC；

Потребление электроэнергии в системе:95mA@12V *

Интервал сбора:От 1 мин. до 1 года;

Хранение данных: внутреннееSD - карты, внешние заменяемые SD - карты;

Интерфейс данных:USB、RS232；

Диапазон измерений: * Большой диапазон измерений700 м, * большая глубина измерений 70 см;

А Чэн:0 - Насыщение;

Неопределенность:0 - 4%;

Особенности программного обеспечения: визуальный графический интерфейс отображения, удобный для пользователя;

Функции программного обеспечения: контроль качества данных, выбор коэффициентов сравнения, расчет влажности почвы;

Формат ввода данных программного обеспечения:Txt или Excel;

Формат вывода данных программного обеспечения:txt；

С интервалом в один час программное обеспечение может обрабатываться одновременно не менееДанные за 3 года;

Программное обеспечение может линейно отображать результаты вычислений влажности почвы.

5: Состав системы

В основном нейтронные детекторы, сборщики данных, солнечные системы питания, монтажные кронштейны, коробки,Модуль передачи GSM, программное обеспечение для обработки данных и другие компоненты, вы можете выбрать с влажностью почвы, количеством осадков и другими датчиками.

Специальное программное обеспечение для обработки данных

Программное обеспечение для обработки данных Системы наблюдения за влажностью почвы на основе нейтронных космических лучей представляет собой программное обеспечение для обработки данных для измерения влажности почвы с помощью нейтронных методов космических лучей. Программное обеспечение с помощью датчиков нейтронов космических лучей(The cosmic - ray sensing sensor) Количество нейтронов, измеренное вместе с соответствующими метеорологическими данными, в сочетании с соответствующими формулами расчета, вычисляет и выводит региональные значения влажности почвы.

Интерфейс результатов обработки данных программного обеспечения показан на рисунке ниже:

6: Ссылки

M. Zreda, W. J. Shuttleworth, X. Zeng, C. Zweck, D. Desilets, T. Franz, et al.(2012): COSMOS: The COsmic-ray Soil Moisture Observing System, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 9, 4505–4551.

Rivera Villarreyes, C. A., Baroni, G., and Oswald, S. E. (2011): Integral quantification of seasonal soil.

moisture changes in farmland by cosmic-ray neutrons, Hydrol. Earth Syst. Sci., 15, 3843–3859,

Desilets, D., Zreda, M., and Ferre, T. (2010): Nature’s neutron probe: land-surface hydrology at an elusive scale with cosmic rays, Water Resour. Res., 46, W11505.

Zreda, M. Desilets, D. Ferré, T. P. A., and Scott, R. L. (2008): Measuring soil moisture content non-invasively at intermediate spatial scale using cosmic-ray neutrons, Geophys. Res. Lett., 23(9), 949-952.

Цзяо Цишунь, Чжу Чжунли, Лю Шаомин и др. Исследования и применение метода быстрых нейтронов космических лучей в измерении влаги почвы на сельскохозяйственных угодьях [J]. Прогресс науки о Земле, 2013, 28 (10): 1136 - 1143.

Цзя Сяоцзюнь, Ши Шэнцзинь, Хуан Бинсян и другие, принцип и применение нейтронного метода космических лучей для измерения влаги в почве, Циркуляр китайской агрономии,2014,21: 113 - 117.