TPSQ-W-1土壤墒情自动监测系统：根区水热原位感知与智慧灌溉技术解析

一、产品概述

托普云农TPSQ-W-1土壤墒情自动监测系统是一套面向农田根区水热过程观测的物联网原位监测装备。系统以立杆主机、分层土壤传感阵列与苗情相机为核心，可同步获取多层土壤体积含水率（VWC）、土壤温度及地表作物长势影像，并通过4G（Cat.1，兼容2G，可扩展5G）回传至数字农业云平台。

设备定位并非单点湿度速测工具，而是替代烘干法等离散取土方式、打通SPAC（土壤—植物—大气连续体）中根系层水分运移时间断层的田间真值节点，服务于高标准农田、灌区管理、旱作农业与智慧农场的水土协同管控。

二、工作原理

系统基于频域反射（FDR，可选TDR校验）介电测量原理。干燥矿物土壤介电常数较低，液态水介电常数显著更高，土壤湿润程度直接改变高频电磁场响应特征。分层探头预埋于原状土中，向周向土壤发射高频电磁波，通过谐振频率偏移获取表观介电常数，再经Topp方程及按土壤质地、容重修正的本地化模型反演各层体积含水率。

同步集成的铂电阻（Pt100/Pt1000级）测定各层土温，对介电常数做温度补偿，削弱冻融与季节热漂移偏差。平台侧按统一时标对齐多层数据，计算相对含水量（RWC）、墒情等级（过湿/适宜/不足/干旱/重度干旱），并可结合FAO-56 Penman-Monteith模型估算参考蒸散（ET₀），输出根区缺水缺口与旱涝预警。

三、核心检测指标与功能

主要检测指标

土壤体积含水率（VWC）：典型4层（0–20/20–40/40–60/60–100 cm），深度可定制；

土壤温度：分层同步采集，支持地温场与冻融过程观测；

可选扩展参数：电导率（EC，盐渍化校正）、pH、土壤水势；

伴随感知：苗情图像、北斗/GPS坐标、海拔、设备位移与通信状态。

系统功能特性

原位分层感知：揭示降雨/灌溉入渗锋面，避免“表层湿即灌溉"误判；

低功耗边端：FreeRTOS采集内核，支持滑动平均滤波、野值剔除与断网续传；

双源供电：15W单晶硅太阳能板+220V市电切换，内置锂电可独立工作15天以上；

数据留存：本地TF卡环形缓存，支持40万条级数据存储与远程OTA升级；

云端管理：Web/APP双端查看剖面梯度曲线，阈值触发短信/弹窗预警；

系统联动：开放接口可对接气象站、水肥机与高标准农田管理平台。

功能特点

主机及传输部分：

1、系统供电：无线土壤墒情监测系统采用15W单晶硅太阳能板进行供电，可支持220v市电和太阳能双电源供电，可按实际应用进行切换；

2、长效续航：内置大容量锂电池，可独立工作15天以上。外接太阳能电池板，可实现连续工作；

3、一体化数据采集：设备具有数据采集及上传功能，通过标准485接口集成土壤墒情传感器数据采集，包括土壤温度、土壤水分、作物苗情图像等参数，并通过无线通讯方式上传至管理云平台；

4、上传方式：数据可以上传到自己的电脑也可以上传到总服务器，可切换，无影响；

5、海拔及防盗定位功能：可测海拔高度，自动获取海拔参数和内置北斗、GPS、伽利略等多种定位系统；

采用位移偏离算法判断设备位置移动，防盗防位移；

6、苗情图像采集：自带摄像头，CMOS1/2.7英寸图像传感器，200W（1280*1080）像素，手动360°云台调节，支持定时拍照功能、通过远程设定拍照时间和拍照张数，可将现场图片上传到管理云平台方便观察植物实际生长情况，动态播放苗情变化趋势；

7、嵌入式系统设计： 系统采用FREERTOS操作系统，提升了系统运行的可靠性、多数据采集任务的实时性、系统模块化、CPU的高效化应用；

8、内存容量： 系统支持TF卡配置，最少可以存储40万条传感器数据，可以确保5年传感器数据存储；

9、网络通讯：系统支持三网通4G CAT1（可选配5G）网络与服务器通讯，网络向下兼容联通移动的2G，可随时随地联网管理，支持手机App与Web端远程查看设备信息及远程管理操作；

10、故障排查：设备支持远程故障在线诊断，当设备发生故障，可通过远程在线故障诊断功能进行故障排查；

11、远程升级：设备具有OTA远程固件在线升级功能，可通过平台或者app，直接远程对硬件设备进行固件升级；

12、低功耗设计：低功耗设计加太阳能互补方式，内置大容量锂电池，放置在野外无太阳能充电的情况下，可以连续工作15日以上，有太阳能充电的情况下，可持续工作；

13、防水设计：系统整机采用一体式设计，防湿防潮设计，防护等级：IP65，土壤传感器防水等级IP68；

14、结构简约设计：2米不锈钢喷塑支架；金属喷漆两节式支架结构，钢质材料设计，牢靠稳固，外观美观；

管理云平台功能：

1、土壤墒情监测系统带数字农业云管理平台包含B/S架构，可将所有便携式设备及在线设备数据进行汇总分析，数据不丢失，查看操作方式包括网页端及手机端（安卓及苹果系统均可用）；

2、平台支持设备数据云端存储，提供足够容量可长期保存；

3、平台为设备数据提供曲线与表格等报表形式，平台内数据、图表均可下载，进行数据对比分析及打印且数据报表可导出；

4、数字农业云管理平台支持传感器实时数据及预警状态可视化，可显示每种参数过程曲线趋势，最大值、最小值、平均值显示查看，放大、缩小功能，

5、用户可为作物配置传感器报警条件，预置若干常用的农作物的报警配置。

6、数据评价：可以设置高低超限值，可自动进行数据预警分析。

7、苗情监测：可在管理平台上查看作物生长苗情图片，支持动态播放苗情生长过程；

8、降水预测：依据GPS准确定位，对设备所在地区预测降水情况，包括48h预测和15d预测，帮助用及时了解降水信息；系统支持土壤容重和田间持水；

9、量会自动计算相对含水量，用户可根据实际种植作物设定相应墒情等级，快速掌握墒情实时信息；

10、根系分析：系统支持根据传感器数据，采用数据模型算法，对土壤各层水分消耗占比情况分析，自动判断作物根系生长深度；

11、墒情趋势分析：系统支持利用经典PM公式对作物参考蒸发蒸腾量ETo进行统计、分析和预测（7天），有助于用于及时了解土壤水分散失情况；用；

12、用户可以自定义时间查看土壤水分最值变化和当前水分所处区间，支持动态播放土壤水分变化趋势线。

13、管理平台可对设备基础设置管理与远程控制；

14、管理平台软件支持在线升级；

四、适用应用场景

大田精准灌溉

稻麦、玉米全生育期按20–60 cm根区含水率动态启灌，把灌溉决策从“按日历"转为“按根需"。

高标准农田与灌区管理

网格化布站，量化降雨入渗补给、灌溉退水与排盐过程，支撑水资源定额与轮灌调度。

旱作与半干旱农业

监测土壤水库消长与集雨补灌效益，识别抗旱保苗临界窗口，辅助旱情分级。

设施农业与水肥一体化

温室基质与裸土分层墒情联动滴灌，在水分适宜窗口期实现“以水带肥"，降低渍涝与养分淋失。

盐碱地改良与耕地质量监测

EC与VWC同图观测，追踪盐分随水分运移规律，评估压盐、洗盐与脱盐深度。

科研与栽培试验

长期连续获取剖面水热序列，校验作物耗水模型、土壤水文参数与生长模拟系统。

五、科研价值与系统意义

在农学研究层面，TPSQ-W-1把SPAC中难以直接观测的根层水分过程，转化为时间对齐、空间可定位、可复现的数字序列。其价值不在于单一湿度读数，而在于提供分钟级连续剖面真值，支撑灌溉决策从经验周期转向根区阈值驱动。

在智慧农业体系中，该系统是田间数字底座的感知节点：衔接气象站、虫情监测、植物表型平台与农事管理系统，形成“感知—诊断—决策—执行"闭环。长期数据可服务于作物需水模型校准、旱情评估、碳水平衡核算与数字孪生农田构建，为耕地质量保护、节水农业推广及区域墒情预报提供底层数据基础设施。

总结

托普云农TPSQ-W-1土壤墒情自动监测系统以分层原位感知、介电反演与低功耗物联架构为基础，将根系层水热状态转化为带深度、时间与坐标属性的连续数据。它不替代农学判断，而是把“土壤渴不渴"翻译为可计量、可回溯、可执行的参数集，在科研水文建模与规模农业生产中同时承担根区听诊器与灌溉调度基座的角色，对提升水资源利用效率与农田精细化管理具有实用价值。

浙江托普云农科技股份有限公司专业研发生产供应（销售）土壤墒情自动监测系统，厂家直销，欢迎新老用户了解咨询！