土壤墒情自动测报系统建设思路

邹文安 章树安 杨建青

近年，我国干旱灾害发生频繁，对经济社会造成的影响不断加剧，旱情监测作用日益突出。然而我国墒情自动测报建设起步较晚，目前墒情监测工作相对薄弱，土壤水分信息采集手段较落后，土壤墒情自动测报系统存在建设标准不统一、建设内容不规范、建设成果千差万别等问题，不利于墒情工作管理和运行维护。本文从生产实际出发，根据多年工作经验，在有关项目规划设计和有关技术规范制定成果基础上，系统阐述了土壤墒情自动测报系统建设的基本思路与做法，为土壤墒情工程设计、站网建设、监测与评价、运行管理等提供借鉴和参考。

系统组成

土壤墒情自动测报系统主要由信息采集系统、信息传输系统、信息接收处理系统和辅助设备设施组成。

其中，信息采集系统以固定埋设自动墒情站建设为主。主要环节为信息监测、记录与存储，需要的设备有传感器、数据线、固态存储器等。

信息传输系统主要完成信息传输控制，并通过通信设备、信道完成数据传输，需要的设备有遥测终端设备、通信模块、电源和天馈线等。

信息接收处理系统主要完成节点信息接收和存储、信息处理、信息服务等工作内容，需配置通信接收设备、计算机、网络设备、信息接收处理软件、数据管理软件、监视管理软件和信息服务软件等。

辅助设备设施是指固定埋设自动墒情站建设时配置的必要设施、设备，主要有蓄电池、太阳能板、围栏、避雷设备、立杆、仪器箱等。

仪器设备安装

1.传感器

探针式传感器分为固定埋设和便携式两类。其中，固定埋设是指传感器安装在固定监测地块，并长期埋设于地下的监测方式，以水平式插入土壤中为主；便携式是指利用便携式土壤水分采集仪（以巡测的方式）自动监测土壤含水量，以垂直式插入土壤中为主。

导管式传感器安装分为有护管安装和无护管安装两种。安装时，应保证护管垂直，护管与土壤间要保持严密接触，不应有缝隙。

（具体安装步骤与要求，应参阅相应的产品说明书。）

2.立杆支架

⑴双杆支架。土壤有冻胀的北方高寒地区、野外无人值守管理模式的固定自动墒情站，宜选用双杆支架结构。架杆材质要求坚硬稳固，不易生锈变形，抗冻胀耐腐蚀，能抗雨雪、风沙侵蚀。立杆需设置支架平台，用于搁置和固定仪器设备箱，平台距地面高度不低于2.5m。支架平台应选用坚硬稳固、不易生锈变形、经过热镀锌处理的金属材质。

⑵单杆支架。适用于南方地区、野外无人值守管理模式的固定自动墒情站。架杆材质要求坚硬稳固，不易生锈变形，抗风雨侵蚀，埋入土壤部分支架需加固。立杆需设置直角型金属支架，用于搁置和固定仪器设备箱，支架距地面高度不低于2.5m。支架应选用坚硬稳固、不易生锈变形、经过热镀锌处理的金属材质。

⑶直立矮桩式支架。适用于有人值守、庭院式管理模式的固定自动墒情站。支架应选用抗冻胀、耐腐蚀、不易生锈变形的金属材质。支架顶端应设置支架平台，用于搁置和固定仪器设备箱，平台距地面高度宜为0.7～1m。支架平台应选用坚硬稳固、不易生锈变形、经过热镀锌处理的金属材质。

3.仪器箱

仪器箱用于存放遥测终端设备、蓄电池等，需长期设置在固定自动墒情站监测现场。仪器箱应按照购置的遥测终端设备、蓄电池等尺寸统一订做，宜采用不易生锈变形的金属材质，具有防雨、防潮、防盗等功能。

仪器箱两侧应设有百叶式通风口，设置拉门，安装暗锁。为防止积水腐蚀仪器箱顶盖，顶盖宜采用斜面散雨结构。机箱底部设有螺栓，用于连接、固定支架平台使用。仪器箱应固定在立杆支架平台上。

4.太阳能极板

为方便检修和维护，太阳能极板宜安装在设备箱顶部，或安装在立杆支架上；安装时，按当地纬度，选择太阳能极板安装朝向和方向角。太阳能极板与仪器箱内设备连接电线应设有外壳保护，防止磨损、漏电。

5.避雷设备

避雷针应设置在架杆顶部，通过带状金属引线连接接地体。

接地体包括水平接地体和垂直接地体两部分。

接地体应距离建筑物3～5m，当地方受限时可适当减小。

水平和垂直接地体应埋入地下不低于0.5m，垂直接地体长2m，每隔3～5m设置一个垂直接地体。

垂直接地体可选用不易生锈、不易弯曲变形的金属材质，水平接地体则选用不易生锈带状金属材质。

回填土必须是导电状态较好的新黏土，土壤导电性能差时采用敷设降阻剂法，使接地电阻R≤10Ω。

通信信道与数据规约

通信信道设计思路：①土壤墒情监测站到地市水情分中心（或省水情中心）可采用公网的通信资源进行传输；②在公网信号不好的情况下，可采用备用通信信道；③地市水情分中心到省水情中心之间通过国家防汛抗旱指挥系统广域网（NFCnet）传输。

系统应满足20min内完成一次全国实时数据收集、处理和转发的要求。系统规模过大时，可增设分中心或集合转发站进行分级处理。

主要通信方式的数据传输信道误码率应低于1×10-6。

数据采集通信规约应符合SL 651规定。

信息接收与存储

省（自治区、直辖市）水情中心或地市水情分中心是墒情监测信息接收节点，需配置通信接收设备、计算机、网络设备，以及信息接收处理软件、数据管理软件、监视管理软件和信息服务软件等。

墒情信息接收和管理软件应具有以下基本功能：①实现对土壤墒情监测站远程参数修改、电压检测、遥测、召测；②实现对采集信息的自动接收，并解析成内部数据格式；③实现对墒情采集信息的汇总、审核、存储、检索查询；④实现对各类信息的发放功能和显示；⑤实现对墒情信息向上级管理部门的实时传送。

各节点接收到的信息应及时存储到相应的数据库，数据库表结构及标识符应符合SL 437有关规定。

系统调试

（1）建设系统所需的设备配齐，土建工程竣工后，方可进行系统设备的安装和调试。

（2）设备进场安装前，应对土建工程进行一次全面检查，并根据检查结果提出应进行的补充工作，拟定详细的设备安装计划。应对各项设备及附件的机械和电气性能进行全面检查、测试和联试，做好安装准备。

（3）传感器的输出线应按规定连接固定，严防插头座进水。传感器功能应正常，并应进行现场准确度考核（拟参数变化），若准确度达不到要求，应检查原因，加以排除，否则不得投入系统运行。

（4）传输设备的安装应注意如下事项：

①检查遥测终端设备与各种电缆的连接，防止因漏水或沿电缆、电源线入口进水造成故障。②检查蓄电池的密封性，连接线路极性是否正确。③测量太阳能电池的开路电压、短路电流，并保证接线正确。④注意检查天馈线接头是否上紧，天线和馈线是否紧固，防水措施是否可靠，并用功率计测试其输出功率及系统驻波系数，检查其工作是否正常。⑤检查避雷针、接地设备等防雷装置的安装是否正确，接地电阻是否满足要求。⑥完成一个站点的设备安装后，应使用多功能测试仪等辅助设备，对测站设备工作是否正常做一次全面检查。⑦在整个系统安装结束后，应进行系统联调和性能测试。

（5）系统联调和性能测试主要包括：监测信息远程接收、存储，远程参数修改、遥测、召测，信息传输时效，监测数据准确性、入库等。

(6)安装过程中出现的问题和处理结果应详做记录备查。

运行维护

①固定埋设自动墒情站应定期进行维护，常规检测维护每年至少1次。②当系统正常运行1～2年，应进行土壤水分自动监测仪器公式率定；当系统出现异常或监测数据偏差较大时，应及时维护与率定。③埋设类传感器的报废年限应不低于5年。④传感器等易损设备可按建设数量10%的比例备品。