[发明专利]智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测系统及方法

权利要求书

1.一种智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测方法，其特征在于，所述智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测方法包括：

第一步，利用基于直线拟合的最小二乘方法进行温度补偿的水分传感器检测非饱和土的水分数据；利用土壤张力传感器检测非饱和土的张力数据；利用基于牛顿插值算法进行温度补偿的压力传感器检测非饱和土中水压、气压数据；

第二步，利用数据处理软件绘制土水特性曲线；

第三步，利用数据处理软件根据检测的数据构建渗透函数；

第四步，利用数据处理软件根据检测的数据计算非饱和土动力数值；

第五步，利用存储器存储检测的水分、张力、水压、气压、渗透函数、动力数据信息；

第六步，利用显示器显示检测系统界面及采集的水分、张力、水压、气压、渗透函数、动力数据信息。

2.如权利要求1所述的智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测方法，其特征在于，所述第一步中直线拟合的最小二乘算法如下：利用线性最小二乘法拟合出直线方程，在最终求得关系式中加上参量系数ξ补偿温度产生微小影响，根据A/D转换后的输出直接用直线方程比较准确地求得对应的输入信号x，简化输出信号的处理方式：有一组测量实验值，

(x_i，y_i)，i＝1，2，…，n

n＞2，t_i∈[t₁，t₂]，数据分布接近直线，其近似函数设为y＝α+βx+e，式中α和β为最小二乘估计值，e是观测值与拟合模型之间的残差，运用最小二乘法时，误差采用最小化残差的平方和，即：

计算出α和β的值，对上式未知数进行微分：

令这两组微分式等于0，求得：

用相关系数λ作为衡量指标，

理想情况下，S＝0，λ²＝1表明能够准确反映数据的变化。

3.如权利要求1所述的智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测方法，其特征在于，孔隙气压误差的相对误差表示为：

其中，η^a(t+Δt)为孔隙气压的相对误差，为孔隙气压的最大值；

所述孔隙气压误差e^a(t+Δt)表示为：

其中，为t+Δt时刻孔隙气压的二阶精度解，为t+Δt时刻孔隙气压的一阶精度解。

4.一种实现权利要求1所述智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测方法的智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测系统，其特征在于，所述智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测系统包括：

水分检测模块，与主控模块连接，用于通过水分传感器检测非饱和土的水分数据；

张力检测模块，与主控模块连接，用于通过土壤张力传感器检测非饱和土的张力数据；

水气压检测模块，与主控模块连接，用于通过压力传感器检测非饱和土中水压、气压数据；

主控模块，与水分检测模块、张力检测模块、水气压检测模块、曲线绘制模块、渗透函数构建模块、动力计算模块、存储模块、数据显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

曲线绘制模块，与主控模块连接，用于通过数据处理软件绘制土水特性曲线；

渗透函数构建模块，与主控模块连接，用于通过数据处理软件根据检测的数据构建渗透函数；

动力计算模块，与主控模块连接，用于通过数据处理软件根据检测的数据计算非饱和土动力数值；

存储模块，与主控模块连接，用于通过存储器存储检测的水分、张力、水压、气压、渗透函数、动力数据信息；

数据显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示检测系统界面及采集的水分、张力、水压、气压、渗透函数、动力数据信息。

5.一种应用权利要求1～3任意一项所述智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测方法的非饱和土检测平台。