一體化土壤水分監(jiān)測(cè)儀是近幾年新興的一種監(jiān)測(cè)土壤水分的傳感器，它是在重新審視土壤水分的應(yīng)用要求和社會(huì)環(huán)境基礎(chǔ)上，借助互聯(lián)網(wǎng)的顛覆性創(chuàng)新理念，結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)中用戶體驗(yàn)的分析技術(shù)，繼承了導(dǎo)管式和插針式的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了他們的不足，開發(fā)了面向大規(guī)模和更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景的號(hào)稱“中國(guó)管”的新一代土壤含水率測(cè)量設(shè)備。本文主要介紹了其特點(diǎn)及改進(jìn)建議。

1 前言

隨著我國(guó)國(guó)力的不斷增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)已經(jīng)走向了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變之路，科技創(chuàng)新已逐步將人們從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)運(yùn)而生了許多高科技設(shè)備儀器，一體化土壤水分監(jiān)測(cè)儀就是近幾年新興的一種監(jiān)測(cè)土壤水分的傳感器，它是在重新審視土壤水分的應(yīng)用要求和社會(huì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，借助互聯(lián)網(wǎng)的顛覆性創(chuàng)新理念，結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)中用戶體驗(yàn)的分析技術(shù)，以及大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)，重新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，集合了導(dǎo)管式和插針式的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了它們的不足，開發(fā)了面向大規(guī)模和更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景的號(hào)稱“中國(guó)管”的新一代土壤含水率測(cè)量設(shè)備。

2 產(chǎn)品主要特點(diǎn)

一體化土壤水分監(jiān)測(cè)儀主要具備以下特點(diǎn)：

2.1 低能耗，集成一體化

低能耗，首次通過(guò)交流電源充電后，后期可直接由太陽(yáng)能電板為電池供電，無(wú)外部供電工作時(shí)間超過(guò)30 d；集成一體化即物聯(lián)網(wǎng)通訊終端、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理單元、多深度水分及溫度傳感器、高性能電池在一個(gè)管中集成。

2.2 精度高，穩(wěn)定性好

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度達(dá)到正負(fù)2%以下，含同位溫度校準(zhǔn)，穩(wěn)定性達(dá)到0.05%。

2.3 安裝使用便捷

現(xiàn)場(chǎng)操作僅需15 min，對(duì)作物根系土壤擾動(dòng)較小，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，智能啟停，極大地降低了人力需求。

2.4 環(huán)保

設(shè)備運(yùn)行期間對(duì)環(huán)境無(wú)污染,撤場(chǎng)后對(duì)環(huán)境無(wú)殘留污染。

2.5 大數(shù)據(jù)支持

可完整記錄及備份產(chǎn)品生命期數(shù)據(jù)，支持大數(shù)據(jù)分析及移動(dòng)設(shè)備訪問。

3 儀器改進(jìn)意見

根據(jù)安裝和運(yùn)行中出現(xiàn)的實(shí)際問題，對(duì)一體化土壤水分監(jiān)測(cè)儀提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)意見：

3.1 鉆孔垂直度

該儀器的埋設(shè)深度根據(jù)監(jiān)測(cè)作物種類的不同從60～120 cm不等，在安裝前需提前在地面鉆孔，直徑約8 cm，待鉆孔達(dá)到安裝深度要求后，將設(shè)備安裝好。

但由于地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，土壤質(zhì)地在垂直剖面上變化較大，僅靠肉眼觀察和人工操作，很難控制成孔的垂直度，也就很難保證設(shè)備安裝后的垂直度，這就會(huì)導(dǎo)致后期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的誤差。建議在鉆孔設(shè)備上增加用于控制垂直度的裝置，可以即時(shí)顯示鉆孔和地面的角度關(guān)系，在人工鉆孔過(guò)程中，可以根據(jù)角度關(guān)系隨時(shí)調(diào)整方向，從而保證最終成孔的質(zhì)量。

3.2 護(hù)壁泥漿

鉆孔深度達(dá)到安裝要求后，為了讓儀器能夠安裝牢固，需要提前將拌制好的泥漿倒入鉆孔內(nèi)護(hù)壁，然后再將儀器緩慢壓至孔底，待儀器上標(biāo)有的地面線刻度與地面齊平，且整個(gè)儀器穩(wěn)定時(shí)，方可進(jìn)行下一步工作。

目前對(duì)于護(hù)壁泥漿尚未提出標(biāo)準(zhǔn)的配合比，在實(shí)際操作過(guò)程中，由人工控制，且泥漿中含雜草、碎石等雜質(zhì)較多，達(dá)不到儀器的安裝要求，后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也存在隱患。根據(jù)對(duì)已經(jīng)安裝設(shè)備的護(hù)壁泥漿進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建議在拌制泥漿時(shí)首先要清除土中的雜質(zhì)，最佳的泥漿配合比方案如下：比重1.05～1.18，粘度18～24 s，含砂率不高于4%，泥漿拌制好后應(yīng)當(dāng)不停的攪拌，防止離析，在倒入鉆孔內(nèi)時(shí)應(yīng)當(dāng)使用倒槽緩慢傾倒，保證護(hù)壁的均勻度。

3.3 電源系統(tǒng)

該儀器主要依靠?jī)?nèi)置的蓄電池供電，在初次使用時(shí)需在交流電源上充電8 h以上，待安裝完畢后，需外接太陽(yáng)能充電板。太陽(yáng)能充電板和儀器之間用長(zhǎng)度1.5～3.0 m（根據(jù)實(shí)際需要）的電線連接。這種充電方式有2個(gè)弊端：

其一，儀器監(jiān)測(cè)的作物大部分屬于大田作物，太陽(yáng)能板和電線長(zhǎng)期暴露在露天環(huán)境中，受風(fēng)、霜、雨、雪等氣象災(zāi)害影響較大，使用壽命縮短；

其二，太陽(yáng)能板固定方式簡(jiǎn)易，僅用3根金屬腳架插入土壤中，電線和儀器之間用簡(jiǎn)易螺栓連接，極易脫落或人為損壞。鑒于上述原因，建議將充電裝置進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，在太陽(yáng)能板上加裝透明防盜保護(hù)罩，將連接電線加裝套管后埋入地下，并在儀器內(nèi)部增加一塊備用充電電池，當(dāng)終端數(shù)據(jù)平臺(tái)檢測(cè)到儀器當(dāng)前處于低電壓工作狀態(tài)時(shí)，通過(guò)遠(yuǎn)程遙控切換至備用電池工作，再派工作人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)充電設(shè)備進(jìn)行檢修。保證儀器采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。

3.4 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

目前，一體化土壤水分監(jiān)測(cè)儀可以監(jiān)控作物整個(gè)生理周期的水分變化情況，數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)浇K端平臺(tái)，根據(jù)發(fā)展前景，建議后期在監(jiān)測(cè)儀內(nèi)部集成溫度、肥料等反映作物生長(zhǎng)特性的傳感儀，使整個(gè)作物的主要生理指標(biāo)都能夠動(dòng)態(tài)的反映在終端數(shù)據(jù)平臺(tái)，并且在平臺(tái)上可以直觀的反映出區(qū)域間的作物生長(zhǎng)和發(fā)育情況，便于人們更好的開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

4 小結(jié)

在農(nóng)業(yè)飛速發(fā)展的今天，一體化土壤水分監(jiān)測(cè)儀具有非常廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間，應(yīng)當(dāng)不斷完善和改進(jìn)其功能，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化貢獻(xiàn)更大的力量。

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