无线土壤墒情监测站介绍

一、原位介电传感与垂直剖面逻辑

该设备是一套基于频域反射（FDR）或时域反射（TDR）原理构建的土壤水热原位感知终端。其核心机制在于通过高频电磁波探测土壤介电常数变化，将非电量的体积含水率（VWC）与电导率（EC）转化为电信号。系统采用垂直剖面多层布点架构，在根区不同深度同步部署传感探头，构建土壤剖面水热动态梯度模型，从而取代传统取土烘干法，消除采样扰动，实现土壤-植物-大气连续体（SPAC）中水分运移过程的连续、无损监测。

二、多源感知融合与苗情视觉辅助

除基础墒情参数外，系统集成可扩展的离子选择性电极接口，支持pH值及氮磷钾等养分参数的同步采集，形成“水-盐-肥"多维数据矩阵。同时，配备可调向视觉采集单元，按预设频率捕获地表作物覆盖度与物候影像。该模块将地下根系层水热胁迫数据与地上部表型响应进行时空对齐，为分析作物水分利用效率（WUE）及胁迫生理提供协同观测依据。

三、低功耗广域物联与边缘计算

依托低功耗物联网（LPWAN）设计与嵌入式控制内核，主机通过4G/5G或NB-IoT等蜂窝网络将加密数据包透传至云端。边缘计算节点具备本地数据清洗与滑动窗口统计功能，可在断网环境下依托大容量存储单元实现长周期数据缓存，待链路恢复后补传，确保野外无市电、弱信号环境下时间序列数据的完整性与连续性。

四、自主能源管理与物理安防

供电架构采用多源互补逻辑（光伏-市电-锂电），通过MPPT充电管理算法实现能源的自适应调度，保障高纬度或连续阴雨条件下的持续作业。物理安全层面集成GNSS（北斗/GPS）双模定位与三轴加速度传感，基于地理围栏与位移矢量算法，实时监测站体姿态与坐标偏移，触发防盗防拆告警与位置追踪，适应开放田野的高安全风险环境。

五、墒情诊断与灌溉决策输出

云端分析平台内置土壤水分特征曲线（SWCC）与Penman-Monteith参考蒸散模型，自动计算凋萎系数、田间持水量及实时耗水率。系统支持自定义阈值逻辑，输出旱涝预警指令或生成变量灌溉（VRI）处方图，直接对接智能水肥控制器，将监测数据转化为精准农艺决策，服务于农业水文模型校正与节水灌溉研究。

六、核心功能

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；

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： 无线土壤墒情监测系统支持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：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、土壤墒情监测站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：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：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；

12、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；

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