Hệ thống giám sát độ ẩm đất tự động trong khu vực

1: Chức năng hệ thống

Đất là một hệ thống không đồng nhất phức tạp, phương pháp sấy truyền thống, phương pháp neutron, phương pháp hằng số điện môi và các phương pháp giám sát độ ẩm đất khác mặc dù có thể phản ánh chính xác hơn hàm lượng nước của đất tại điểm đo, nhưng hàm lượng nước của đất trên phạm vi rộng thường chỉ có thể được suy ra thông qua dữ liệu điểm đo hạn chế; Mặc dù cảm biến từ xa có thể nhanh chóng xác định hàm lượng nước bề mặt đất trong khu vực, các sản phẩm cảm biến từ xa thường yêu cầu mở rộng quy mô thời gian và áp dụng dữ liệu quan sát mặt đất để xác minh. Do đó, ở quy mô vừa và nhỏ như đất nông nghiệp, lưu vực sông nhỏ, các phương pháp nói trên thường không đáp ứng được nhu cầu ngày càng phát triển của nghiên cứu khoa học đất và nông nghiệp chính xác hiện đại đối với lượng lớn, nhanh chóng và chính xác thông tin động lực về độ ẩm đất.

Các nhà khoa học Mỹ đã thiết kế một mối quan hệ giữa nồng độ neutron nhanh của tia vũ trụ dựa trên môi trường gần mặt đất và hàm lượng nước của đất, không gây hại, không tiếp xúc, không phá hủy cấu trúc đất, không bị ảnh hưởng bởi kết cấu đất, độ mặn hoặc trạng thái vật lý của độ ẩm đất, v.v., phạm vi đo lớn và độ sâu phù hợp để đo độ ẩm đất trong khu vực/Hệ thống giám sát độ sâu tuyết, có thể liên tục tự động xác định độ ẩm của đất trên diện tích lớn hoặc độ sâu tuyết tương đương trong tự nhiên, là phương tiện xác minh hiệu quả để đảo ngược độ ẩm của đất bằng viễn thám.

2: Nguyên tắc cơ bản

Các hạt tia vũ trụ trong môi trường va chạm với hạt nhân nguyên tử tạo ra neutron năng lượng cao, những neutron năng lượng cao này khi đi qua không khí và đất, va chạm đàn hồi với hạt nhân nguyên tử trong môi trường, đặc biệt là nguyên tử hydro, thay đổi hướng và mất một phần năng lượng, dần dần chậm lại. Các neutron nhanh, chậm quay trở lại phần bề mặt sau vụ va chạm sẽ đạt đến trạng thái cân bằng trên bề mặt với tốc độ cực nhanh, nồng độ của chúng bị ảnh hưởng đáng kể bởi độ ẩm của đất ở lớp bề mặt. Thông qua máy dò neutron, phát hiện cường độ neutron nhanh hoặc chậm trong một phạm vi năng lượng cụ thể gần bề mặt, hàm lượng nước trung bình của một khu vực rộng lớn của đất có thể được tính toán bằng cách điều chỉnh các mối quan hệ. Cường độ neutron nhanh được sử dụng để tính toán độ ẩm của đất, trong khi cường độ neutron chậm được sử dụng để tính toán độ sâu của tuyết trên bề mặt.

3: Lĩnh vực ứng dụng

Chủ yếu được sử dụng trong đo độ ẩm đất, giám sát điều kiện hạn hán, đo độ sâu tuyết, hướng dẫn tưới tiêu nông nghiệp, phân tích độ ổn định của sườn núi, dự báo lũ quét, quản lý cấp nước, dự báo số, mô hình khí hậu, v.v. Ngoài ra, bạn có thể cài đặt trên nền tảng di động để lấy bản đồ tình hình đất rộng rãi.

4: Tính năng hệ thống

Dễ dàng cài đặt, mạnh mẽ và bền bỉ, dễ vận hành, không cần nhân viên chuyên nghiệp, thích hợp để đo tự động liên tục trong thời gian dài trong tự nhiên;

Phạm vi đo * Lớn có thể đạt được700 mét (40 ha) với độ sâu đo * lên đến 70 cm;

Không gây hại, không tiếp xúc, không phá hủy cấu trúc đất;

Hầu như không bị ảnh hưởng bởi kết cấu đất, mật độ, muối và các tính chất vật lý và hóa học khác;

Có thể được sử dụng để đo độ sâu của tuyết;

Viễn thám đảo ngược độ ẩm của đất cung cấp xác minh mặt đất phù hợp với quy mô phần tử điểm ảnh;

Đi kèm với phần mềm xử lý dữ liệu, thuận tiện cho việc xử lý dữ liệu.

Thông số hệ thống

Hệ thống cung cấp điện:6～26VDC；

Hệ thống tiêu thụ điện:95mA@12V ；

Khoảng thời gian thu thập:1 phút đến 1 năm tùy chọn;

Lưu trữ dữ liệu: Nội bộThẻ SD, thẻ SD có thể thay thế bên ngoài;

Giao diện dữ liệu:USB、RS232；

Phạm vi đo: * Phạm vi đo lớn700 mét, * Độ sâu đo lớn 70 cm;

Số lượng Trình:0 - bão hòa;

Không chắc chắn:0～4%；

Tính năng phần mềm: Giao diện hiển thị đồ họa trực quan, thuận tiện cho hoạt động của người dùng;

Chức năng phần mềm: kiểm soát chất lượng dữ liệu, lựa chọn hệ số so sánh, tính toán độ ẩm của đất;

Định dạng dữ liệu đầu vào phần mềm:txt hoặc excel;

Định dạng dữ liệu đầu ra phần mềm:txt；

Nếu một giờ đếm khoảng cách, phần mềm có thể xử lý một lần không ít hơn3 năm dữ liệu;

Phần mềm có thể hiển thị tuyến tính kết quả tính toán độ ẩm của đất.

5: Thành phần hệ thống

Chủ yếu bao gồm máy dò neutron, bộ thu thập dữ liệu, hệ thống cung cấp năng lượng mặt trời, giá đỡ lắp đặt, khung máy,Mô-đun truyền tải GSM, phần mềm xử lý dữ liệu và các thành phần khác, tùy chọn với độ ẩm đất, lượng mưa và các cảm biến khác.

Phần mềm xử lý dữ liệu chuyên dụng

Cosmic Ray Neutron Soil Moisture Observation System Data Processing Software là phần mềm xử lý dữ liệu để xác định độ ẩm của đất bằng cách sử dụng phương pháp Cosmic Ray Neutron. Phần mềm bởi Cosmic Ray Neutron SensorSố lượng neutron đo được và dữ liệu khí tượng liên quan, kết hợp với công thức tính toán liên quan, tính toán và xuất ra giá trị độ ẩm của đất trong khu vực.

Giao diện kết quả xử lý dữ liệu của phần mềm như sau:

6: Tài liệu tham khảo

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.

Ký hợp đồng cung cấp Phần mềm tính toán định lượng rủi ro ngoài khơi – Safeti Offshore cho Trung tâm nghiên cứu và phát triển An toàn và Môi trường Dầu khí (CPSE) (J). Tiến bộ trong Khoa học Trái đất, 2013, 28 (10): 1136-1143.

Jia Xiaojun, Shi Shengjin, Huang Bingxiang, vv, nguyên tắc và ứng dụng của phương pháp neutron tia vũ trụ để đo độ ẩm của đất, thông báo nông học Trung Quốc,2014,21:113-117.