[发明专利]一种基于无线电磁波的农田土壤墒情实时监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种农田土壤墒情监测方法，尤其是涉及一种对整块农田土壤平均墒情进行实时监测的监测方法及其装置。

背景技术

目前，农业用水已占到全球淡水资源消耗量的92%。在我国，全国平均灌溉水利用率仅为45%，而55%的水以渠道渗漏、过量灌溉后大量渗漏渗透等方式被浪费。在45%被保存在农田土壤的水中，又因盲目灌溉、非按需灌溉、水肥一体化不到位等原因，很多的水未能被作物有效利用。因此，实时获取农田土壤墒情，掌握土壤墒情随着时间的变化情况，为科学灌溉提供决策支持，进而按需、按时地进行有效的节水灌溉，对提高农作物的产量，节约水资源，缓解我国水资源危机具有十分重要的意义。

传统成熟的农田土壤墒情测量方法有烘干称重法、γ射线法、中子仪法、TDR（时域反射）法、FDR（频域反射）法等，这些传统方法的主要缺点在于：

这些传统方法获取的只是所取土样或者传感器探针周边很小范围的土壤墒情，无法实现整块农田土壤墒情的有效获取；

烘干称重法简单直观，但无法进行实时监测，而且土钻取样会干扰农田土壤水分的连续性，在农田会留下取样孔，会切断作物的某些根系；

中子仪法虽然可以在原地不同深度上反复测定土壤墒情，但是，中子仪法需要预先在农田埋设导管，而且仪器垂直分辨率较差、表层测量困难、辐射危害健康、价格贵；

γ射线法也有许多中子仪法所具有的优点，且比中子仪法的垂直分辨率高，但是γ射线也危害健康；

TDR法、FDR法准确性高、性能稳定，但是安装需要开挖剖面埋设，地面上还需要架设通讯、供电等设备，不仅会严重影响农耕作业，而且由于价格昂贵，也不适合大面积监测。

因此，如何设计出一种无需埋设在农田土壤中的、不影响农耕作业的、能够对整块农田土壤墒情进行实时监测的、低成本的、具有较高可靠性的农田土壤墒情实时监测方法及其装置，具有极高的理论和实际意义。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出了一种基于无线电磁波的农田土壤墒情实时监测方法和装置，能够对整块农田土壤墒情进行实时监测，只需安装于田埂上，不破坏农田土壤环境。技术先进，使用方便。

本发明所采用的技术方案：

一种基于无线电磁波的农田土壤墒情实时监测方法，包括如下步骤：

1）在农田一侧田埂上部署一套信号发射端，其中无线电磁波信号发射探头埋设在农田田埂地下50cm深度处；

2）在农田另一侧田埂上等间距部署多套信号接收端，其中无线电磁波信号接收探头埋设在农田田埂地下50cm深度处；

3）信号发射端向农田土壤发射433MHz频率的电磁波信号；

信号接收端接收电磁波信号，并根据在待测农田土壤中实验预先确定的电磁波信号强度和通信距离与土壤墒情之间的回归方程，将接收到的电磁波信号强度以及敷设时确定的信号发射端到信号接收端之间的距离代入回归方程，计算得到信号发射端到信号接收端之间的农田土壤平均墒情；

信号接收端将计算得到的农田土壤平均墒情通过GPRS无线数据终端实时发送到监测中心；

4）监测中心通过GPRS无线数据终端实时接收农田土壤平均墒情数据，并将接收到的多个信号接收端发来的农田土壤平均墒情再做平均，得出整块农田土壤墒情。

一种实现所述农田土壤墒情实时监测方法的农田土壤墒情实时监测装置，其组成包括：

1）一套部署在农田一侧田埂的信号发射端；所述信号发射端由无线电磁波信号发射探头、数据采集控制器以及太阳能供电设备组成；

2）多套以5米等间距部署在农田另一侧田埂的信号接收端；所述信号接收端由无线电磁波信号接收探头、数据采集控制器、太阳能供电设备以及GPRS无线数据终端组成；

3）部署在监测室的监测中心；所述监测中心由服务器、GPRS无线数据终端、大屏幕和打印机组成；

信号发射端的无线电磁波信号发射探头向农田土壤发射433MHz频率的电磁波信号；所述信号接收端的无线电磁波信号接收探头接收所述无线电磁波信号，经数据采集控制器处理后通过GPRS无线数据终端传送到监测中心。

根据在待测农田土壤中实验预先确定的电磁波信号强度和通信距离与土壤墒情之间的回归方程写入信号接收端数据采集控制器的存储器，信号接收端测得电磁波信号强度后，通过所述回归方程计算得到信号发射端到信号接收端之间的农田土壤平均墒情。

本发明的有益效果：