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管式土壤墒情监测系统通过垂向多层传感技术，实现0-100cm深度剖面水分、温度、盐分的连续动态监测。相比点式传感器，具有数据连续性高、抗干扰性强、维护成本低的优势，适用于大田、果园等规模化种植场景。管式土壤墒情监测站是一款高精度、高灵敏度的土壤水分测量仪器,通过测量土壤的介电常数，能直接稳定地反映各种土壤的含水量。本传感器具有功耗低，体积小，携带方便，安装、操作及维护简单等特点。适用于节水农业灌溉、温室大棚蔬菜、花卉园艺、草地牧场、土壤速测、植物培养、科学试验等领域。本方案通过建设集土壤信息感知、数据传输、数据分析与应用于一体的田间监测站，实现对土壤墒情（土壤水分、温度、电导率等）的连续、自动、精准监测。数据通过无线网络传输至云平台，用户可通过电脑或手机随时查看，并据此制定科学的灌溉决策，最终达到节水增效、增产提质的目的。
系统采用三层逻辑架构，稳定可靠。
图表
感知层：负责采集数据，是系统的“神经末梢”。
网络传输层：负责数据的稳定传输，是系统的“神经网络”。
平台应用层：负责数据的处理、分析和决策，是系统的“大脑”。
用户层：为用户提供交互界面。
| 监测参数 | 传感器 | 功能描述 | 安装要点 |
|---|---|---|---|
| 土壤体积含水量 | 土壤水分传感器 | 测量土壤单位体积内的水分含量，是灌溉的直接依据。 | 分层垂直埋设，如10cm、20cm、30cm、50cm，以监测水分下渗和作物根系吸水情况。 |
| 土壤温度 | 土壤温度传感器 | 监测土壤温度，影响种子发芽、微生物活动和养分分解。 | 与水分传感器同深度安装。 |
| 土壤电导率 | 土壤EC传感器 | 反映土壤中可溶性盐分含量，用于指导施肥，防止盐渍化。 | 安装在主要根系层。 |
| 基质势 | 张力计 | 直接测量土壤吸力，反映作物“喝水”的难易程度，用于高端精细化灌溉。 | 需定期注水，维护要求较高。 |
自动气象站：监测降雨量、风速风向、空气温湿度、光照强度、蒸发量。气象数据是计算作物需水量（如参考蒸散量ET₀）的关键输入，能极大提升灌溉决策的准确性。
| 通信方式 | 优势 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 4G | 覆盖广、速率高、部署简单 | 几乎所有有运营商信号的地区，适合传输气象站图像等大数据。 |
| LoRa | 低功耗、远距离、自组网、节点成本低 | 大面积农田、无信号或信号弱的地区，需自建网关。 |
| NB-IoT | 低功耗、广覆盖、连接量大 | 大范围分散的监测点，运营商网络覆盖良好的区域。 |
供电系统：
主选：太阳能+蓄电池系统，满足野外长期无人值守的用电需求。
备选：市电（如果监测点靠近民房或电网）。
田间立杆与机箱：采用防腐金属立杆，高度可调（通常2-3米），配备防水机箱，用于放置数据采集器、蓄电池等设备。
一张图可视化管理
电子地图：在地图上显示所有监测站位置和关键数据（土壤水分、电池电压等）。
数据看板：集中展示站点在线状态、实时数据、报警统计等。
多维度数据展示与分析
实时数据：以数字、仪表盘形式展示最新数据。
历史曲线：对比查看不同深度、不同参数的历时变化趋势，分析水分下渗和消耗规律。
剖面等值线图：以颜色深浅展示土壤水分在垂直剖面上的分布，直观明了。
智能预警与灌溉决策支持
多级阈值报警：设置土壤水分的上下限，触发报警（如短信、APP推送）。
灌溉指导：平台可结合土壤含水量、作物需水规律及天气预报，给出 “何时灌” 与 “灌多少” 的建议，并可联动灌溉控制系统。
数据管理与报告
数据导出：支持历史数据导出为Excel/PDF格式，用于深度分析和报告撰写。
自动报表：生成日、周、月墒情报告，为农技推广和政府部门提供决策依据。
站点选址原则
代表性：能代表所在区域的主要土壤类型、作物种类和地形地貌。
均匀性：地势平坦，作物长势均匀。
避干扰：远离河流、沟渠、道路、树林等可能对数据造成干扰的地物。
传感器安装流程
钻孔：使用专用钻机垂直打孔，直径略小于传感器探针直径，确保探针与土壤紧密接触。
安装：将各深度传感器按要求插入孔壁，回填细土并压实，避免产生空隙。
布线：将传感器线缆引入防水接线盒，再连接至数据采集器。
管式传感器
探头规格：
测量深度：30/60/100cm（可定制）
参数范围：含水量0-100%（±2%FS）、温度-20℃-60℃（±0.5℃）、EC 0-23mS/cm
材质：PVC管体+316L不锈钢电极（耐腐蚀）
安装要求：
钻孔直径≥10cm，垂直度偏差<5°
探头与土壤紧密接触（回填土压实）
数据采集终端
支持4G/NB-IoT双模传输，内置16GB存储（断网缓存）
IP68防护等级，太阳能供电（20W电池板）
功能特点：
1、默认支持3层土温土湿的监测，如需更多层可定制。
2、采用优质塑料管，可防老化，更耐土壤中酸碱盐的腐蚀。
3、用环氧树脂做为密封材料，可长期浸泡水中而不会发生渗漏。
4、测量精度高，性能可靠，受土壤含盐量影响较小，适用于各种土质。
5、采用抗冲击包装，运输存储更安全。
6、具有电源线、地线、信号线多向防误接保护。
7、供电：太阳能+锂电池供电方案。
8、通讯：GPRS、LORA无线通讯。
监测深度决策应用调控阈值0-30cm表层灌溉触发含水量<18%（砂壤土）30-60cm根系层水肥调控EC>1.2mS/cm时启动淋洗60-100cm深层渗漏预警含水量突变>5%/24h
新疆棉花田应用：
安装间距200m×200m网格，深度60cm
实现节水28%，减少深层渗漏损失35%
校准周期：每年播种前现场标定（标准烘干法比对）
故障处理：电极污染可用软布蘸酒精擦拭
数据接口：支持HJ 212协议对接省级农业平台
| 传统方式痛点 | 本方案价值 |
|---|---|
| 人工取土烘干法：耗时费力、效率低、无法连续监测、存在人为误差。 | 自动化监测：7x24小时无人值守，数据连续、客观、准确。 |
| 灌溉凭经验：导致灌溉不及时或过量，影响作物生长并浪费水资源。 | 精准灌溉：按需灌溉，提高水肥利用率，普遍可实现节水20%-30%，增产5%-15%。 |
| 旱情响应滞后：无法及时掌握区域旱情发展，决策被动。 | 旱情预警：为区域抗旱和水资源调度提供实时数据支持，变被动为主动。 |
| 管理粗放：无法对不同田块、不同深度的水分状况进行差异化精细管理。 | 精细化管理：实现分区、分层的精准水肥管理，提升农业现代化水平。 |
总结：本土壤墒情监测站解决方案，通过精准感知、可靠传输、智能分析的技术路径，构建了农田的“墒情神经网络”，是实现智慧农业和节水型社会的关键基础设施。它不仅提升了农业生产管理的科学性，也为水资源可持续利用提供了重要的技术手段。