[发明专利]基于无线地下传感器网络的土壤水分频域测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及土壤含水量测量领域，特别涉及一种基于无线地下传感器网络的土壤水分频域测量方法及装置。

背景技术

土壤含水量的有效测定，对于提高农业用水效率、缓解我国农业用水危机、实现农业可持续发展具有重要意义。

目前，获得土壤含水量的方法主要有两种，一种是传统的田间观察，即农户亲自到农田里根据其经验做出判断，因为这种方法与农户本身的经验有关，且监测范围有限，所以准确性很低；另一种方法是通过采用土壤水分传感器来进行测定。这种方法准确度较第一种方法比较客观准确，但是目前采用的测定技术大多属于小尺度点测量方法，测量范围只局限在土壤水分传感器测量点周围，因此，如果要实现较大范围的土壤含水量测量就需要用到大量的土壤水分传感器，大大增加了测量成本。目前用于土壤环境信息监测的无线传感器网络多属于地上无线传感器网络系统，通常是采用有线的方式将传感器连接到地面上的无线收发设备来进行工作的，这些暴露在地面上的设备不但影响耕作，无线节点本身可能也会因为地理、气象等自然因素使得自身的无线发射功能受到严重影响。

基于这些弊端，一种无线地下传感器网络（wireless underground sensor networks，WUSN）为地下监测提供了新的手段，成为土壤环境信息监测研究的新方向。

无线地下传感器网络是指大部分传感器节点位于地下土壤中，以无线电作为通信媒质的一种全新的传感器网络，由美国佐治亚理工学院宽带无线通信(Broadband Wireless Networks，BWN)实验室(Akyildiz and Stuntebeck 2006)于2006年率先提出。与现有的地上无线传感器网络相比，无线地下传感器网络具有隐藏性强，易于布设，数据及时，可靠性强，覆盖范围大，监测效果均匀，容易升级等特点。

因此，如何在无线地下传感器网络基础上，设计出一种成本较低，可靠性较高的土壤水分测量方法和装置具有极高的理论和实际意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无线地下传感器网络的土壤水分频域测量方法，该方法利用无线信号在土壤里面传输时衰减量与土壤含水量之间的关系，通过测量无线信号衰减情况来获得土壤含水量信息，该方法无需使用大量的土壤水分传感器，可以大大减少土壤含水量的测定成本。本发明的另一个目的在于提供一种实现上述方法的基于无线地下传感器网络的土壤水分频域测量装置。

本发明的一个目的通过以下的技术方案实现：基于无线地下传感器网络的土壤水分频域测量方法，由若干个部署在土壤里面的无线地下节点组成无线地下传感器网络，利用无线信号在土壤里面传输时信号接收强度变化、节点之间的距离、节点工作频率与土壤含水量之间的关系得到土壤含水量信息。

包括以下步骤：

（1）任取两个用于测量的无线地下节点，将二者天线相互贴紧，选择其中一个地下节点，连续多次测量二者零距离时的RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信号强度）值，然后取其平均值L₀；将无线地下节点按照预先设定的无线地下传感器网络部署图部署在待测的土壤里面，组成无线地下传感器网络；

（2）无线地下传感器网络选择两个未用来检测含水量、且相互距离固定为d的无线地下节点，即一个无线地下节点对组成测量节点对，并将其中一个设定为测量主节点，另外一个设定为测量副节点；

（3）测量主节点和测量副节点之间相互发送信号，在信号传递过程中分别记录下各自的RSSI值；

（4）连续测量n次后，根据下式计算测量过程中RSSI信号的平均值L：