一體化土壤水分監(jiān)測儀是近幾年新興的一種監(jiān)測土壤水分的傳感器，它是在重新審視土壤水分的應用要求和社會環(huán)境基礎上，借助互聯(lián)網(wǎng)的顛覆性創(chuàng)新理念，結合現(xiàn)代工業(yè)設計中用戶體驗的分析技術，繼承了導管式和插針式的各項優(yōu)點，又彌補了他們的不足，開發(fā)了面向大規(guī)模和更廣泛的應用場景的號稱“中國管”的新一代土壤含水率測量設備。本文主要介紹了其特點及改進建議。

1 前言

隨著我國國力的不斷增強，農業(yè)已經(jīng)走向了由傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)的轉變之路，科技創(chuàng)新已逐步將人們從繁重的體力勞動中解放出來，針對農業(yè)生產(chǎn)應運而生了許多高科技設備儀器，一體化土壤水分監(jiān)測儀就是近幾年新興的一種監(jiān)測土壤水分的傳感器，它是在重新審視土壤水分的應用要求和社會環(huán)境的基礎上，借助互聯(lián)網(wǎng)的顛覆性創(chuàng)新理念，結合現(xiàn)代工業(yè)設計中用戶體驗的分析技術，以及大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的平臺，重新設計的產(chǎn)品，集合了導管式和插針式的各項優(yōu)點，又彌補了它們的不足，開發(fā)了面向大規(guī)模和更廣泛的應用場景的號稱“中國管”的新一代土壤含水率測量設備。

2 產(chǎn)品主要特點

一體化土壤水分監(jiān)測儀主要具備以下特點：

2.1 低能耗，集成一體化

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

2.2 精度高，穩(wěn)定性好

監(jiān)測數(shù)據(jù)精度達到正負2%以下，含同位溫度校準，穩(wěn)定性達到0.05%。

2.3 安裝使用便捷

現(xiàn)場操作僅需15 min，對作物根系土壤擾動較小，無需現(xiàn)場校準，智能啟停，極大地降低了人力需求。

2.4 環(huán)保

設備運行期間對環(huán)境無污染,撤場后對環(huán)境無殘留污染。

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)分析及移動設備訪問。

3 儀器改進意見

根據(jù)安裝和運行中出現(xiàn)的實際問題，對一體化土壤水分監(jiān)測儀提出以下幾點改進意見：

3.1 鉆孔垂直度

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

但由于地層結構復雜，土壤質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，也就很難保證設備安裝后的垂直度，這就會導致后期的監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的誤差。建議在鉆孔設備上增加用于控制垂直度的裝置，可以即時顯示鉆孔和地面的角度關系，在人工鉆孔過程中，可以根據(jù)角度關系隨時調整方向，從而保證最終成孔的質量。

3.2 護壁泥漿

鉆孔深度達到安裝要求后，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護壁，然后再將儀器緩慢壓至孔底，待儀器上標有的地面線刻度與地面齊平，且整個儀器穩(wěn)定時，方可進行下一步工作。

目前對于護壁泥漿尚未提出標準的配合比，在實際操作過程中，由人工控制，且泥漿中含雜草、碎石等雜質較多，達不到儀器的安裝要求，后期監(jiān)測數(shù)據(jù)也存在隱患。根據(jù)對已經(jīng)安裝設備的護壁泥漿進行統(tǒng)計分析，建議在拌制泥漿時首先要清除土中的雜質，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%，泥漿拌制好后應當不停的攪拌，防止離析，在倒入鉆孔內時應當使用倒槽緩慢傾倒，保證護壁的均勻度。

3.3 電源系統(tǒng)

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

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

其二，太陽能板固定方式簡易，僅用3根金屬腳架插入土壤中，電線和儀器之間用簡易螺栓連接，極易脫落或人為損壞。鑒于上述原因，建議將充電裝置進行進一步改進，在太陽能板上加裝透明防盜保護罩，將連接電線加裝套管后埋入地下，并在儀器內部增加一塊備用充電電池，當終端數(shù)據(jù)平臺檢測到儀器當前處于低電壓工作狀態(tài)時，通過遠程遙控切換至備用電池工作，再派工作人員到現(xiàn)場對充電設備進行檢修。保證儀器采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。

3.4 監(jiān)測指標

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

4 小結

在農業(yè)飛速發(fā)展的今天，一體化土壤水分監(jiān)測儀具有非常廣闊的市場前景和發(fā)展空間，應當不斷完善和改進其功能，為實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化貢獻更大的力量。

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