管式土壤墒情监测仪介绍

一、设备定义与农业水文学定位

托普云农管式土壤墒情监测仪（TPGSQ系列）是由浙江托普云农科技股份有限公司研制的农田土壤水文参数原位自动观测装备。该仪器以频域反射或时域传输介电常数测量原理为基础，将多组土壤水分与温度传感器节点集成于一根预埋PVC保护测管上，实现对作物根系活跃层（地表至2m深度）土壤体积含水量（VWC）、土壤温度及可选电导率（EC）的同步、分层、非破坏性、定点连续监测，克服传统单点探针式测量无法反映土壤垂向非均质性及人工取土烘干法破坏原状结构的局限，是精准农业灌溉决策、农业水文循环研究及旱涝灾害预警的基础观测工具。

二、检测原理——介电常数反演土壤体积含水率

干燥矿物土壤介电常数约3～5，而液态水介电常数约80（1GHz频段），二者差异悬殊。FDR传感器向土壤中发射高频电磁波（典型100MHz量级），测量平行探针间LC振荡电路的谐振频率偏移或复阻抗变化，获得土壤表观介电常数ε，再通过Topp经验公式或其经土壤质地（砂土/壤土/黏土）、容重、盐分修正的改进模型反演土壤体积含水率。同步埋设的Pt100/Pt1000铂电阻温度传感器测定各层土温，对介电常数做温度补偿以消除环境热干扰，确保宽温域内测量稳定性。

三、核心功能

1、土壤管式温湿度监测仪采用全密封结构，防水IP67，PVC外壳，可长期放置于田间、土地中进行不间断测量。

2、不同深度土壤参数同时监测，监测深度最深达2米，深度可以定制。

3、长度根据检测段位需求确定；智能定位防盗，内置GPS，实时经纬度地理位置信息通过4G/5G网络方式发送到后台。

4、通讯方式灵活，可选4G/5G或RS485通讯方式。

5、开放数据接口，便于根据需要获取数据。

6、低功耗设计，三种外部供电方案：太阳能供电、220V供电及内置长效锂电池持续供电。

7、振动防盗：内置振动传感器，当设备发生振动、移除等外力操作时设备立即自动向APP端推送报警信息。

8、标配四层土壤温度和土壤水分传感器。

9、自带数据管理云平台和APP，可通过网页或手机查看数据。

管理云平台功能：

1、自带仪器云管理平台包含C/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，数据备份防丢失，查看操作方式包括网页端及手机端（安卓/苹果系统均可用）。

2、显示每种传感器采集到的数据、检测时间、采集地点GPS坐标信息。

3、数据可通过4G/5G网络方式或者USB数据线导入方式上传至管理云平台。平台内数据可下载，分析，打印。

4、平台支持设备数据存储，提供足够容量可长期保存。

5、平台为设备数据提供曲线与表格等报表形式，且数据可导出与导入。

6、平台可以结合数据进行报表制作，报表打印，报表导出功能。

7、土壤温湿度监测仪软件可在线升级。

四、工作流程与数据链路

原位采集：按预设间隔（分钟级可调）唤醒各层传感器，读取介电常数原始值与温度。

边缘处理：采集器依内置土壤质地修正模型计算体积含水率与温度，滤除异常后暂存本地。

无线传输：经4G/5G/NB-IoT链路加密上传至B/S架构"土壤墒情监测云平台"，断网时本地缓存，网络恢复后自动续传。

墒情评价与预警：平台对照田间持水量（FC）、凋萎系数（PWP）及用户自定义阈值划分墒情等级（适宜/不足/过多），超限触发多级报警；可结合Penman–Monteith方程计算参考蒸散量（ETo）与作物需水量辅助灌溉决策。

可视化与追溯：生成多深度时程曲线、剖面水分热力图、旱涝专题图，支持历史回溯、批量导出及与省级农情平台API对接。

五、智能分析与农学应用逻辑

精准灌溉决策：依据实时根区剖面含水量与作物系数（Kc）推算实际蒸散量（ETc），低于作物适宜下限提示开启灌溉，达田间持水量提示停止，减少深层渗漏与养分淋失。

根系活动推断：对比各层水分消耗速率差异，通过数据模型估算活跃根系集中深度与吸水高峰时段，指导深松、追肥等农事时机选择。

旱涝灾害预警：设定不同深度含水率上下限阈值，持续低于下限触发干旱预警，持续饱和触发渍涝预警，结合短期降水预报可提前发出防范提示。

盐渍化辅助监测（选配EC探头）：长期跟踪根区电导率变化，识别因过量施肥或地下水返盐引起的次生盐渍化趋势。

科研数据支撑：连续高密度时空数据集可用于降雨入渗锋面解析、土壤蒸发与深层渗漏量化、作物耗水规律分析及气候变化下水文过程模拟。

六、安装规范与适用场景

监测点位应选在地势平坦、代表性强的田块，避开田埂、沟渠及明显肥力异常区。采用专用空心螺旋钻头按测管直径钻孔至目标深度，将预埋测管插入并回填原土捣实排除空隙，使管壁与周围土壤紧密接触以保证探针感应区代表性，地表部分露出地面安装采集箱与天线。广泛适用于高标准农田墒情监测网点、大田粮食作物节水灌溉试验区、果园茶园根区水分管理、设施农业基质含水量监控、草原与荒漠生态恢复水分监测站及水土保持试验流域。

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