土壤墒情智能监测系统研究

2020-03-23李云伟

卷宗 2020年1期

李云伟

摘要：土壤墒情智能监测系统，可实现土壤温度、土壤湿度、土壤盐度以及环境温度、湿度、光照、雨量、风速、风向等空间信息的自动采集、显示和存储。通过长期的数据积累和挖掘，可以实现根据每个地区、地块的土壤透水率及环境气候状况，科学调整灌溉渠网，实现节水、和节能的目标，又可以根据土地特点调整农作物种类，提高单产和品质，最终达到增收的目的;同时还可避免耕地的荒漠化和盐碱化。

关键词：墒情;通信方式;监控平台;传感器

近些年来，随着全球气候的升温，干旱发生的频率逐渐增加，并且区域性的扩散明显，对市政绿化和农作物生长影响显著。为了提高市政绿化效果和促进农业生产的效率，对土壤墒情的状况进行实时监测是非常有必要的。而以传统的人工采样分析土壤墒情在时效性和便捷性方面存在欠缺，以智能自动采集的土壤墒情监测系统是未来的趋势。

1 智能监测系统构成

系统主要由监控中心、通信网络、远程监测设备和土壤墒情检测设备四部分构成。监控中心的硬件主要由服务器、计算机、交换机、打印机等组成。软件主要有操作系统软件、数据库软件、土壤墒情监测系统软件组成。通信网络，包括中国移动GPRS无线网络和INTERNET公网;远程监测设备可根据供电类型分为市电供电土壤墒情监测终端、太阳能供电土壤墒，情监测终端和电池供电土壤墒情监测终端，建议选用太阳能供电型监测设备;土壤墒情检测设备根据监测需求，可采用1路土壤水分传感器实现单点墒情检测;也可采用多路土壤水分传感器，并将传感器布置在不同的深度，实现监测点的剖面土壤墒情检测。同时可根据监测需求增加对应传感器，监测土壤温度、土壤电导率、土壤pH值、地下水水位、地下水水质以及空气温度、空气湿度、光照强度、风速风向、雨量、环境CO2浓度等信息，从而满足系统功能升级的需要。

2 系统功能

土壤墒情智能监测终端可实现全天候不间断监测。现场远程监测设备自动采集土壤墒情实时数据，并利用GPRS无线网络实现数据远程传输;监控中心自动接收、自动存储各监测点的监测数据到数据库中。系统主要的功能有：实时监测土壤水分，各监测点可灵活进行单路测量或多路剖面测量;可以对土壤水分超过预先设定的限值时，立刻上传报警信息;采用模块化设计，可以监测土壤温度、电导率、PH值以及地下水参数、气象参数;数据的采集和存储频率可以灵活的调整，同时能够远程设置监测设备的工作参数;程监测设备只在采集数据时才给传感器供电，一方面节约了能源，另一方面避免了因长期供电导致土壤物理性质变化所形成的测量误差。通信方式的多样化，支持GPRS、短消息、局域网等多种通讯方式，推荐采用GPRS无线通讯，可同时将监测数据上报至多个中心;具备远程设备维护功能，可扩展远程拍照功能;具备监测数据、报警数据的统计、分析功能，数据报表可导出、可打印输出。监测系统软件具备GIS功能，可在地图上显示各监测点的详细分布位置。

3 土壤墒情检测设备（LK23A）

LK23A土壤温湿度检测RTU是专业的土壤温度、湿度值监测用数据采集器，集成4G/3G/GPRS无线通信功能，超低功耗。内部集成高精度模拟量采集和开关量、脉冲量采集。产品技术先进，稳定可靠，体积小巧，安装方便，采用铜烧结网的防护，加强了探头的耐温、耐压、耐损能力，适合于市政绿化地、农业温室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要检测土壤温湿度环境的场合使用。

设备具有RTU的采集控制能力和DTU的无线通信能力，完全可替代PLC+DTU或者RTU+DTU的传统组网方式。支持多种工业通信协议，可与组态软件连接组网，方便用户架构整个测控系统。采用专用土壤温湿度检测模块对土壤温度、湿度数据检测及分析功能;一个检测终端支持多采样点数据采集和检测，最大支持3，支持4G/3G/2G无线传输;高精度检测：湿度：±4.5%RH，温度：±0.5℃，盐分分辨率：1mg/L;自动定时上报，逢变上报，周期可设定。

服务器地址可为IP地址，可远程配置设备的工作参数;可通过键盘和显示接口配置设备的工作参数，时钟与服务器自动同步;设备在空闲时自动进入低功耗休眠状态，支持键盘唤醒、DI输入唤醒、串口唤醒、GPRS/SMS/电话唤醒、定时自动唤醒等。该设备支持外扩功能检测，如土壤盐分、电导率等。

4 监控平台软件系统

系统软件采用B/S结构设计，可以通过实现远程联网访问，同时需要满足以下要求：

4.1 对监控平台软件系统应该具备高度的可靠性、安全性和易用性等基本要求

1）可靠性：系统须采用全组件化的技术架构，核心模块具有良好的继承性，试用并行处理技术;

2）安全性：采用多级保密措施，每一部涉及到控制设备的操作均需要秘密认证，无权限的人员无法操作设备;客户端和服务器的连接以及终端设备到服务器的连接均需要层层认证，确保系统的高度安全。

3）先进性：软件的每一部分均采用当今最流行的技术，保证系统的先进性。

4）易用性：采用电子地图（MAPINFO），设备的地理位置一目了然，用户对设备的操作均可通过电子地图完成，每一步操作均有中文提示，使用便捷。

4.2 能够实现土壤墒情分析、无线传输、报警管理、设备管理等功能

1）土壤墒情分析：能够实现每一个监控区环境的温湿度、二氧化碳、土壤水分、光照度等的数据采集，针对土壤墒情信息进行分析、统计和展现。系统进行不间断监测，对土壤墒情比较分析功能并配合图表形式进行展现，通过比较可以预测墒情波动带来的影响，协助管理者及早发现问题并解决问题。

2）无线传输：系统的环境监控的数据4G/3G/2G进行传输。

3）报警管理：园林绿地的监控环境、设备异常报警，会通过告警提示/通知管理人员及时做出响应。