一種土壤水分動態監測系統及方法與流程
2023-05-29 08:57:51
本發明屬於土壤水分監測技術領域，涉及一種土壤水分動態監測系統及方法。
背景技術：
土壤時植物生長發育的基礎，土壤供給植物正常生長發育所需要的水、肥、氣、熱的能力，稱為土壤肥力。土壤的這些條件互相影響，互相制約，如水分多了，土壤的通氣性就差，有機質分解慢，有效養分少，而且容易流失；相反，土壤水分過少，又不能滿足農作物生長所需要的水分，同時由於好氣菌活動強烈，土壤的有機質分解過快，也會造成養分不足。針對我國北方特有雨量小的環境條件，土壤水分極易出現水分過少的情況，如何及時的發現問題以採取有效地灌溉措施而減少農作物死亡的情況，研究土壤水分動態已成為熱議話題。土壤水分動態監測用的土壤樣品一般需要保存半年至一年，以備必要時查核之用。儲樣樣品應儘量避免日光、潮溼、高溫和酸鹼氣體等的影響。如何尋求用於土壤水分動態監測用的儲樣設備也已成為亟待解決的技術難題。
技術實現要素：
本發明為了解決上述問題，設計了土壤水分動態監測系統及方法，該系統和方法有效地解決了土壤監測用的土壤樣品的保存問題，且還解決了土壤監測中遇到的自動溼度傳感器裝置設置於露天環境中的防水、不便於目標搜索及其用電問題。本發明所採用的技術方案為：一種土壤水分動態監測系統，其系統中包括在土壤指定深度區域設置的自動溼度傳感器裝置、取樣器、在自動溼度傳感器裝置設置的遠程傳輸模塊、及以設定的時間間隔接收由遠程傳輸模塊發來的土壤溼度信息的遠程管理中心，關鍵是增設土壤儲樣裝置，其裝置結構中包括由上、下膠囊殼體嚙合形成的膠囊狀結構，取樣器的受控端與遠程管理中心的控制端連接，取樣器從設置有自動溼度傳感器裝置的位置區域取出土壤樣本存儲至土壤儲樣裝置的膠囊狀空腔內，在上膠囊殼體上設置有用於隔氧充氮的輸氣口。所述的上膠囊殼體與下膠囊殼體的原料組分中包括：以上均為重量份。優選地，所述的上膠囊殼體與下膠囊殼體的原料組分中包括：以上均為重量份。所述的自動溼度傳感器裝置結構中包括外殼、位於外殼內部的檢測模塊、從外殼上伸出的溼度感應頭，溼度感應頭將土壤水分信息同步傳輸至外殼內的檢測模塊處理，所述的檢測模塊還設置有與其內部CPU連接的由存儲器和濾波器組成的節約用電裝置。所述的自動溼度傳感器裝置結構中外殼上設置有防水漆，該防水漆按照以下重量份數配比形成：優選地，所述的防水漆按照以下重量份數配比形成：基於上述的監測系統的一種土壤水分動態監測方法，所述的監測方法步驟中包括：A、存儲器中存儲有該地理位置質地土壤的萎蔫係數，該萎蔫係數為一範圍值，CPU將每一採樣周期內土壤水分測量參數數據的採樣值以表格形式均存儲於存儲器中，其表格中包含有特徵表項，之後CPU將存儲器中的土壤水分測量參數數據發送至濾波器；B、濾波器根據自身設置的數據過濾條件函數對土壤水分測量參數數據進行過濾以得到濾後數據，並將濾後數據發送至CPU，所述的數據過濾條件函數為土壤水分測量參數數據-max(萎蔫係數)≥0.5，當土壤水分測量參數數據-max(萎蔫係數)≥0.5時，濾波器將該土壤水分測量參數數據丟棄；而當土壤水分測量參數數據-max(萎蔫係數)＜0.5時，將其土壤水分測量參數數據發送至CPU；C、CPU接收到土壤水分測量參數數據後，則將特徵表項置為1，並將該特徵表項對應的土壤水分測量參數數據發送至遠程監控中心，遠程監控中心控制取樣器動作取出土壤樣本，然後人為將土壤樣本存儲至土壤儲樣裝置中。所述的萎蔫係數是根據該地理位置的土壤質地設定的，當土壤質地為粗砂壤土時，萎蔫係數為0.96-1.11；當土壤質地為細砂土時，萎蔫係數為2.7-3.6；當土壤質地為砂壤土時，萎蔫係數為5.6-6.9；當土壤質地為壤土時，萎蔫係數為9.-12.4；當土壤質地為粘壤土時，萎蔫係數為13.0-16.6。本發明的有益效果在於:1、本發明中增設了土壤儲樣裝置,該裝置可以將土壤樣本保存至少一年而不受日光、潮溼、高溫等環境因素的影響，以備監測數據的覆核、土壤中其他成分的檢測等之用，膠囊狀結構因為不存在死角便於清洗、及存儲土壤樣本前的除水、乾燥等工作；2、根據本發明中膠囊狀結構的配方製得的材料具有避光、殺菌、及抗微生物等功能，有效地保證了土壤樣本得以保存的有力條件；3、本發明中的濾波器的使用並不是要去除幹擾數據，而是為了實現了節約用量的目的。因為我們在實踐中發現，自動溼度傳感器裝置在傳輸數據的過程中會浪費大量的電能，如果土壤水分測量參數數據沒有大的變化，這些傳輸至遠程控制中心的伺服器端反而是冗餘數據，所以我們巧妙地利用濾波器將瀕臨萎蔫係數的數據保留，傳輸至遠程監控中心作為有用的數據供後序處理。這樣，我們自動溼度傳感器需要傳輸至遠程的數據明顯減少，將大大節省用電量；4、數據過濾條件函數的設置是我們長期實踐過程中，經過了大量的實驗與探索而結合省電量與監測數據的準確率、及後續處理預留時間而確定的；5、給自動溼度傳感器裝置結構中的外殼上設置防水漆可以避免保證其使用壽命，防水漆的配製無論從選材，還是到各個組分之間的配比關係都是經過長期的試驗及摸索得來的，其防水效果顯著，另外在其中加入了發光顏料，便於工作人員在黑暗環境快速地找到自動溼度傳感器的位置。具體實施方式下面結合實施例對本發明進行詳細說明。本發明所用的土壤水分動態監測系統，其系統中包括在土壤指定深度區域設置的自動溼度傳感器裝置、與自動溼度傳感器成對設置的取樣器、在自動溼度傳感器裝置設置的遠程傳輸模塊、及以設定的時間間隔接收由遠程傳輸模塊發來的土壤溼度信息的遠程管理中心，重要的是增設土壤儲樣裝置，其裝置結構中包括由上、下膠囊殼體嚙合形成的膠囊狀結構，取樣器的受控端與遠程管理中心的控制端連接，取樣器從設置有自動溼度傳感器裝置的位置區域取出土壤樣本存儲至土壤儲樣裝置的膠囊狀空腔內，在上膠囊殼體上設置有用於隔氧充氮的輸氣口。在具體實施時，土壤儲樣裝置放置在室內。在儲存土壤樣本之前，先將膠囊狀結構中清洗乾淨、晾至乾燥，因為膠囊狀結構沒有死角清洗特別方便。自動溼度傳感器裝置結構中包括外殼、位於外殼內部的檢測模塊、從外殼上伸出的溼度感應頭，溼度感應頭將土壤水分信息同步傳輸至外殼內的檢測模塊處理，所述的檢測模塊還設置有與其內部CPU連接的由存儲器和濾波器組成的節約用電裝置。基於上述系統結構進行土壤水分動態監測的方法步驟中包括：A、上述檢測模塊中的存儲器中存儲有該地理位置質地土壤的萎蔫係數，所述的萎蔫係數是根據該地理位置的土壤質地設定的，當土壤質地為粗砂壤土時，萎蔫係數為0.96-1.11；當土壤質地為細砂土時，萎蔫係數為2.7-3.6；當土壤質地為砂壤土時，萎蔫係數為5.6-6.9；當土壤質地為壤土時，萎蔫係數為9.-12.4；當土壤質地為粘壤土時，萎蔫係數為13.0-16.6。CPU將每一採樣周期內土壤水分測量參數數據的採樣值以表格形式均存儲於存儲器中，其表格中包含有特徵表項，之後CPU將存儲器中的土壤水分測量參數數據發送至濾波器；B、濾波器根據自身設置的數據過濾條件函數對土壤水分測量參數數據進行過濾以得到濾後數據，並將濾後數據發送至CPU，所述的數據過濾條件函數為土壤水分測量參數數據-max(萎蔫係數)≥0.5，當土壤水分測量參數數據-max(萎蔫係數)≥0.5時，濾波器將該土壤水分測量參數數據丟棄；而當土壤水分測量參數數據-max(萎蔫係數)＜0.5時，將其土壤水分測量參數數據發送至CPU；C、CPU接收到土壤水分測量參數數據後，則將特徵表項置為1，並將該特徵表項對應的土壤水分測量參數數據發送至遠程監控中心，遠程監控中心控制取樣器動作取出土壤樣本，然後人為將土壤樣本存儲至土壤儲樣裝置中。存入膠囊狀結構中之後，利用隔氧充氮的輸氣口向其中充入氮氣，以避免氧氣的存在而滋生微生物，影響土壤樣本的保存。本發明巧妙地利用濾波器，將出現大的波動的數據保留，傳輸至遠程作為有用的數據供後序處理。這樣，我們需要傳輸至遠程的數據明顯減少，將大大節省用電量。其中，膠囊狀結構中的上、下膠囊殼體採用自主研發配置的避光及抗菌、抗微生物材料製得，在其中加入了中藥成分魚腥草素鈉使其抗微生物效果更加顯著，有效地避免了土壤樣本受光照、菌類的影響。該材料按照以下重量份數配比形成，參見表1：表1我們通過設計驗證試驗發現，利用我們設計的加入中藥成分的抗菌、避光材料製得的膠囊狀結構保存的土壤樣本，分別經半年、一年、一年半後，土壤樣本中的水分、其他成分含量保持與取樣時的土壤樣本相比差距不大。所述的自動溼度傳感器裝置結構中的外殼上塗覆有防水漆，該防水漆按照以下重量份數配比形成，參見表2：表2實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5彈性乳液20份25份30份35份40份有機矽防水劑10份5份10份13份12份防腐劑3份1份2份4份2份增稠劑10份8份10份12份12份鈦白粉30份10份20份23份15份增韌劑8份9份8份10份8份二硫化鉬10份8份9份9份8份磷酸銨13份20份22份28份21份緩蝕劑8份9份10份9份8份發光顏料10份4份6份8份7份水20份15份28份18份30份