土壤墑情智能監(jiān)測系統(tǒng)研究

李云偉

摘 要：土壤墑情智能監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)土壤溫度、土壤濕度、土壤鹽度以及環(huán)境溫度、濕度、光照、雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等空間信息的自動采集、顯示和存儲。通過長期的數(shù)據(jù)積累和挖掘，可以實現(xiàn)根據(jù)每個地區(qū)、地塊的土壤透水率及環(huán)境氣候狀況，科學(xué)調(diào)整灌溉渠網(wǎng)，實現(xiàn)節(jié)水、和節(jié)能的目標(biāo)，又可以根據(jù)土地特點調(diào)整農(nóng)作物種類，提高單產(chǎn)和品質(zhì)，最終達(dá)到增收的目的;同時還可避免耕地的荒漠化和鹽堿化。

關(guān)鍵詞：墑情;通信方式;監(jiān)控平臺;傳感器

近些年來，隨著全球氣候的升溫，干旱發(fā)生的頻率逐漸增加，并且區(qū)域性的擴(kuò)散明顯，對市政綠化和農(nóng)作物生長影響顯著。為了提高市政綠化效果和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，對土壤墑情的狀況進(jìn)行實時監(jiān)測是非常有必要的。而以傳統(tǒng)的人工采樣分析土壤墑情在時效性和便捷性方面存在欠缺，以智能自動采集的土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)是未來的趨勢。

1 智能監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備和土壤墑情檢測設(shè)備四部分構(gòu)成。監(jiān)控中心的硬件主要由服務(wù)器、計算機(jī)、交換機(jī)、打印機(jī)等組成。軟件主要有操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)軟件組成。通信網(wǎng)絡(luò)，包括中國移動GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和INTERNET公網(wǎng);遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備可根據(jù)供電類型分為市電供電土壤墑情監(jiān)測終端、太陽能供電土壤墑，情監(jiān)測終端和電池供電土壤墑情監(jiān)測終端，建議選用太陽能供電型監(jiān)測設(shè)備;土壤墑情檢測設(shè)備根據(jù)監(jiān)測需求，可采用1路土壤水分傳感器實現(xiàn)單點墑情檢測;也可采用多路土壤水分傳感器，并將傳感器布置在不同的深度，實現(xiàn)監(jiān)測點的剖面土壤墑情檢測。同時可根據(jù)監(jiān)測需求增加對應(yīng)傳感器，監(jiān)測土壤溫度、土壤電導(dǎo)率、土壤pH值、地下水水位、地下水水質(zhì)以及空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速風(fēng)向、雨量、環(huán)境CO2濃度等信息，從而滿足系統(tǒng)功能升級的需要。

2 系統(tǒng)功能

土壤墑情智能監(jiān)測終端可實現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)測?，F(xiàn)場遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備自動采集土壤墑情實時數(shù)據(jù)，并利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸;監(jiān)控中心自動接收、自動存儲各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)主要的功能有：實時監(jiān)測土壤水分，各監(jiān)測點可靈活進(jìn)行單路測量或多路剖面測量;可以對土壤水分超過預(yù)先設(shè)定的限值時，立刻上傳報警信息;采用模塊化設(shè)計，可以監(jiān)測土壤溫度、電導(dǎo)率、PH值以及地下水參數(shù)、氣象參數(shù);數(shù)據(jù)的采集和存儲頻率可以靈活的調(diào)整，同時能夠遠(yuǎn)程設(shè)置監(jiān)測設(shè)備的工作參數(shù);程監(jiān)測設(shè)備只在采集數(shù)據(jù)時才給傳感器供電，一方面節(jié)約了能源，另一方面避免了因長期供電導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)變化所形成的測量誤差。通信方式的多樣化，支持GPRS、短消息、局域網(wǎng)等多種通訊方式，推薦采用GPRS無線通訊，可同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)上報至多個中心;具備遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)功能，可擴(kuò)展遠(yuǎn)程拍照功能;具備監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析功能，數(shù)據(jù)報表可導(dǎo)出、可打印輸出。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具備GIS功能，可在地圖上顯示各監(jiān)測點的詳細(xì)分布位置。

3 土壤墑情檢測設(shè)備（LK23A）

LK23A土壤溫濕度檢測RTU是專業(yè)的土壤溫度、濕度值監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集器，集成4G/3G/GPRS無線通信功能，超低功耗。內(nèi)部集成高精度模擬量采集和開關(guān)量、脈沖量采集。產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)定可靠，體積小巧，安裝方便，采用銅燒結(jié)網(wǎng)的防護(hù)，加強(qiáng)了探頭的耐溫、耐壓、耐損能力，適合于市政綠化地、農(nóng)業(yè)溫室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要檢測土壤溫濕度環(huán)境的場合使用。

設(shè)備具有RTU的采集控制能力和DTU的無線通信能力，完全可替代PLC+DTU或者RTU+DTU的傳統(tǒng)組網(wǎng)方式。支持多種工業(yè)通信協(xié)議，可與組態(tài)軟件連接組網(wǎng)，方便用戶架構(gòu)整個測控系統(tǒng)。采用專用土壤溫濕度檢測模塊對土壤溫度、濕度數(shù)據(jù)檢測及分析功能;一個檢測終端支持多采樣點數(shù)據(jù)采集和檢測，最大支持3，支持4G/3G/2G無線傳輸;高精度檢測：濕度：±4.5%RH，溫度：±0.5℃，鹽分分辨率：1mg/L;自動定時上報，逢變上報，周期可設(shè)定。

服務(wù)器地址可為IP地址，可遠(yuǎn)程配置設(shè)備的工作參數(shù);可通過鍵盤和顯示接口配置設(shè)備的工作參數(shù)，時鐘與服務(wù)器自動同步;設(shè)備在空閑時自動進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)，支持鍵盤喚醒、DI輸入喚醒、串口喚醒、GPRS/SMS/電話喚醒、定時自動喚醒等。該設(shè)備支持外擴(kuò)功能檢測，如土壤鹽分、電導(dǎo)率等。

4 監(jiān)控平臺軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件采用B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以通過實現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)訪問，同時需要滿足以下要求：

4.1 對監(jiān)控平臺軟件系統(tǒng)應(yīng)該具備高度的可靠性、安全性和易用性等基本要求

1）可靠性：系統(tǒng)須采用全組件化的技術(shù)架構(gòu)，核心模塊具有良好的繼承性，試用并行處理技術(shù);

2）安全性：采用多級保密措施，每一部涉及到控制設(shè)備的操作均需要秘密認(rèn)證，無權(quán)限的人員無法操作設(shè)備;客戶端和服務(wù)器的連接以及終端設(shè)備到服務(wù)器的連接均需要層層認(rèn)證，確保系統(tǒng)的高度安全。

3）先進(jìn)性：軟件的每一部分均采用當(dāng)今最流行的技術(shù)，保證系統(tǒng)的先進(jìn)性。

4）易用性：采用電子地圖（MAPINFO），設(shè)備的地理位置一目了然，用戶對設(shè)備的操作均可通過電子地圖完成，每一步操作均有中文提示，使用便捷。

4.2 能夠?qū)崿F(xiàn)土壤墑情分析、無線傳輸、報警管理、設(shè)備管理等功能

1）土壤墑情分析：能夠?qū)崿F(xiàn)每一個監(jiān)控區(qū)環(huán)境的溫濕度、二氧化碳、土壤水分、光照度等的數(shù)據(jù)采集，針對土壤墑情信息進(jìn)行分析、統(tǒng)計和展現(xiàn)。系統(tǒng)進(jìn)行不間斷監(jiān)測，對土壤墑情比較分析功能并配合圖表形式進(jìn)行展現(xiàn)，通過比較可以預(yù)測墑情波動帶來的影響，協(xié)助管理者及早發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

2）無線傳輸：系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控的數(shù)據(jù)4G/3G/2G進(jìn)行傳輸。

3）報警管理：園林綠地的監(jiān)控環(huán)境、設(shè)備異常報警，會通過告警提示/通知管理人員及時做出響應(yīng)。

4）設(shè)備管理：設(shè)備管理，平臺支持多種有線、無線傳感設(shè)備的接入，隨著項目的需要，可隨時增減硬件設(shè)備。

系統(tǒng)的硬件和軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)、主要功能可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行配置，在實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計分析功能同時，可以選配實時頻譜分析功能，也可以加入氣象模塊和GPS全球定位模塊，實現(xiàn)噪聲的移動式監(jiān)測。

5 小結(jié)

文章介紹了土壤墑情的智能監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成和主要功能，重點對監(jiān)測系統(tǒng)中的核心設(shè)備——土壤墑情監(jiān)測設(shè)備LK32A的功能進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并對監(jiān)測系統(tǒng)平臺軟件的主要功能提出了具體要求。

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