土壤墑情智能監測系統研究

李云偉

摘 要：土壤墑情智能監測系統，可實現土壤溫度、土壤濕度、土壤鹽度以及環境溫度、濕度、光照、雨量、風速、風向等空間信息的自動采集、顯示和存儲。通過長期的數據積累和挖掘，可以實現根據每個地區、地塊的土壤透水率及環境氣候狀況，科學調整灌溉渠網，實現節水、和節能的目標，又可以根據土地特點調整農作物種類，提高單產和品質，最終達到增收的目的;同時還可避免耕地的荒漠化和鹽堿化。

關鍵詞：墑情;通信方式;監控平臺;傳感器

近些年來，隨著全球氣候的升溫，干旱發生的頻率逐漸增加，并且區域性的擴散明顯，對市政綠化和農作物生長影響顯著。為了提高市政綠化效果和促進農業生產的效率，對土壤墑情的狀況進行實時監測是非常有必要的。而以傳統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測系統是未來的趨勢。

1 智能監測系統構成

系統主要由監控中心、通信網絡、遠程監測設備和土壤墑情檢測設備四部分構成。監控中心的硬件主要由服務器、計算機、交換機、打印機等組成。軟件主要有操作系統軟件、數據庫軟件、土壤墑情監測系統軟件組成。通信網絡，包括中國移動GPRS無線網絡和INTERNET公網;遠程監測設備可根據供電類型分為市電供電土壤墑情監測終端、太陽能供電土壤墑，情監測終端和電池供電土壤墑情監測終端，建議選用太陽能供電型監測設備;土壤墑情檢測設備根據監測需求，可采用1路土壤水分傳感器實現單點墑情檢測;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，實現監測點的剖面土壤墑情檢測。同時可根據監測需求增加對應傳感器，監測土壤溫度、土壤電導率、土壤pH值、地下水水位、地下水水質以及空氣溫度、空氣濕度、光照強度、風速風向、雨量、環境CO2濃度等信息，從而滿足系統功能升級的需要。

2 系統功能

土壤墑情智能監測終端可實現全天候不間斷監測。現場遠程監測設備自動采集土壤墑情實時數據，并利用GPRS無線網絡實現數據遠程傳輸;監控中心自動接收、自動存儲各監測點的監測數據到數據庫中。系統主要的功能有：實時監測土壤水分，各監測點可靈活進行單路測量或多路剖面測量;可以對土壤水分超過預先設定的限值時，立刻上傳報警信息;采用模塊化設計，可以監測土壤溫度、電導率、PH值以及地下水參數、氣象參數;數據的采集和存儲頻率可以靈活的調整，同時能夠遠程設置監測設備的工作參數;程監測設備只在采集數據時才給傳感器供電，一方面節約了能源，另一方面避免了因長期供電導致土壤物理性質變化所形成的測量誤差。通信方式的多樣化，支持GPRS、短消息、局域網等多種通訊方式，推薦采用GPRS無線通訊，可同時將監測數據上報至多個中心;具備遠程設備維護功能，可擴展遠程拍照功能;具備監測數據、報警數據的統計、分析功能，數據報表可導出、可打印輸出。監測系統軟件具備GIS功能，可在地圖上顯示各監測點的詳細分布位置。

3 土壤墑情檢測設備（LK23A）

LK23A土壤溫濕度檢測RTU是專業的土壤溫度、濕度值監測用數據采集器，集成4G/3G/GPRS無線通信功能，超低功耗。內部集成高精度模擬量采集和開關量、脈沖量采集。產品技術先進，穩定可靠，體積小巧，安裝方便，采用銅燒結網的防護，加強了探頭的耐溫、耐壓、耐損能力，適合于市政綠化地、農業溫室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要檢測土壤溫濕度環境的場合使用。

設備具有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的傳統組網方式。支持多種工業通信協議，可與組態軟件連接組網，方便用戶架構整個測控系統。采用專用土壤溫濕度檢測模塊對土壤溫度、濕度數據檢測及分析功能;一個檢測終端支持多采樣點數據采集和檢測，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，周期可設定。

服務器地址可為IP地址，可遠程配置設備的工作參數;可通過鍵盤和顯示接口配置設備的工作參數，時鐘與服務器自動同步;設備在空閑時自動進入低功耗休眠狀態，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。該設備支持外擴功能檢測，如土壤鹽分、電導率等。

4 監控平臺軟件系統

系統軟件采用B/S結構設計，可以通過實現遠程聯網訪問，同時需要滿足以下要求：

4.1 對監控平臺軟件系統應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：系統須采用全組件化的技術架構，核心模塊具有良好的繼承性，試用并行處理技術;

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

3）先進性：軟件的每一部分均采用當今最流行的技術，保證系統的先進性。

4）易用性：采用電子地圖（MAPINFO），設備的地理位置一目了然，用戶對設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 能夠實現土壤墑情分析、無線傳輸、報警管理、設備管理等功能

1）土壤墑情分析：能夠實現每一個監控區環境的溫濕度、二氧化碳、土壤水分、光照度等的數據采集，針對土壤墑情信息進行分析、統計和展現。系統進行不間斷監測，對土壤墑情比較分析功能并配合圖表形式進行展現，通過比較可以預測墑情波動帶來的影響，協助管理者及早發現問題并解決問題。

2）無線傳輸：系統的環境監控的數據4G/3G/2G進行傳輸。

3）報警管理：園林綠地的監控環境、設備異常報警，會通過告警提示/通知管理人員及時做出響應。

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

系統的硬件和軟件采用模塊化結構、主要功能可根據用戶的需要進行配置，在實現環境參數統計分析功能同時，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，實現噪聲的移動式監測。

5 小結

文章介紹了土壤墑情的智能監測系統構成和主要功能，重點對監測系統中的核心設備——土壤墑情監測設備LK32A的功能進行了詳細的闡述，并對監測系統平臺軟件的主要功能提出了具體要求。

參考文獻

[1]王珂，張繼榮，吳晶晶.基于GIS的土壤墑情監測系統[J].計算機測量與控制，2016，24（5）.

[2]鐘國才，郝澤亮等.土壤墑情遠程監測系統軟件設計[J].物聯網技術，2018，8（3）.

[3]顏士敏，劉林旺等.加強土壤墑情監測推進農業綠色發展[J].江蘇農村經濟，2019，（9）：54-56.

[4]高子樂，孫晉鍇，張子敬，翟晉浩.土壤墑情實時監測系統在柳園口灌區的應用[J].河南水利與南水北調，2019，48（4）.

[5]郝曉麗.土壤墑情自動監測及地下水自動監測系統的開發與利用[J].水能經濟，2018，000（003）.

[6]王東旭，王杰等.云南省土壤墑情監測系統的設計與實現[J].灌溉排水學報，2016，35（10）.