Sistema de monitoramento automático da umidade do solo regional

1: Funções do sistema

O solo é um sistema não homogêneo complexo, o método de secagem tradicional, o método de neutrões, o método de constante dielétrica e outros métodos de monitoramento de umidade do solo, embora possam refletir com mais precisão o conteúdo de água do solo no ponto de medição, mas o conteúdo de água do solo em grande escala muitas vezes só pode ser inferido por dados limitados do ponto de medição; Embora a teledetecção permita medir rapidamente o teor de água na superfície do solo regional, os produtos de teledetecção geralmente exigem escalas de tempo ampliadas e a aplicação de dados de observação do solo para validação. Portanto, em pequenas e médias escalas, como terras agrícolas, bacias hidrográficas pequenas e pequenas, os métodos acima muitas vezes não podem atender à crescente pesquisa científica do solo e à necessidade da agricultura de precisão moderna de grandes quantidades, informações rápidas e precisas sobre a dinâmica da umidade do solo.

Cientistas americanos projetaram um sistema baseado na relação entre a concentração de nêutrons rápidos de raios cósmicos e o teor de água do solo no ambiente próximo ao solo, sem danos, sem contato, sem danificar a estrutura do solo, sem ser afetado pela textura do solo, sal ou estado físico da umidade do solo, grande alcance de medição e medição da umidade do solo regional de profundidade moderada.O sistema de monitoramento da profundidade da neve, que pode medir automaticamente contínuamente o teor de água do solo em grandes áreas ou profundidade equivalente da neve, é um meio eficaz de verificação do teor de água do solo reverso pela detecção remota.

2: Princípios básicos

As partículas de raios cósmicos no ambiente colidem com os núcleos atómicos para gerar nêutrons de alta energia que, ao atravessar o ar e o solo, mudam de direção em colisão elástica com os núcleos no meio, especialmente os átomos de hidrogênio, e perdem parte da energia, lentando gradualmente. Os neutrões rápidos e lentos que retornam à superfície após a colisão se equilibrarão na superfície a velocidades extremamente rápidas, com suas concentrações significativamente afetadas pela umidade do solo na camada superficial. Usando detectores de nêutrons, que detectam a intensidade de nêutrons rápidos ou lentos em uma faixa de energia específica perto da superfície, é possível calcular o teor médio de água do solo em grandes áreas através da correção de relações. A intensidade de nêutrons rápidos é usada para calcular o teor de água do solo, enquanto a intensidade de nêutrons lentos é usada para calcular a profundidade da neve na superfície.

3: Área de aplicação

As principais aplicações são medição da umidade do solo, monitoramento da seca, medição da profundidade da neve, orientação de irrigação agrícola, análise da estabilidade da inclinação, previsão de inundações, gerenciamento do abastecimento de água, previsão numérica, modelos climáticos, etc. Além disso, pode ser instalado em plataformas móveis para desenhar uma grande variedade de mapas do solo.

4: Características do sistema

Instalação fácil, robusto e durável, operação simples, sem profissionais, adequado para medição automática contínua no campo por longos períodos de tempo;

Alcance de medição * até grande700 m (40 hectares), profundidade de medição* até 70 cm;

Sem perigo, sem contato, sem danificar a estrutura do solo;

Quase não é afetado pela textura do solo, densidade, sal e outras propriedades fisioquímicas;

Pode ser usado para medir a profundidade da neve;

A detecção remota inverte o teor de água do solo para fornecer validação do solo correspondente à metaescala;

O software de processamento de dados é fornecido para facilitar o processamento de dados.

Parâmetros do sistema

Alimentação do sistema:6～26VDC；

Consumo de energia do sistema:95mA@12V ；

Intervalo de coleta:1 minuto a 1 ano opcional;

Armazenamento de dados: internoCartão SD, cartão SD externo substituível;

Interface de dados:USB、RS232；

Alcance de medição: * Amplo alcance de medição700 metros, * grande profundidade de medição de 70 cm;

Quantidade Programa:0 - saturação;

Incerteza:0～4%；

Características do software: interface de visualização gráfica para facilitar a operação do usuário;

Funções do software: controle de qualidade de dados, seleção de comparação de fatores, cálculo de umidade do solo;

Formato de dados de entrada do software:TXT ou Excel;

Formato de dados de saída do software:txt；

Se houver um intervalo de contagem de uma hora, o software pode processar não menos deDados de 3 anos;

O software mostra linearmente os resultados do cálculo da umidade do solo.

5: Composição do sistema

Principalmente por detector de nêutrons, coletor de dados, sistema de energia solar, suporte de instalação, caixa,Módulo de transmissão GSM, software de processamento de dados e outros componentes podem ser equipados com sensores como umidade do solo e chuva.

Software dedicado ao processamento de dados

O software de processamento de dados do sistema de observação de umidade do solo de raios nêutrons cósmicos é um software de processamento de dados para medir a umidade do solo usando métodos de raios nêutrons cósmicos. Software através do sensor de neutrões de raios cósmicosO número de nêutrons medidos pelo sensor de raios cósmicos e os dados meteorológicos relacionados são combinados com fórmulas de cálculo relevantes para calcular e produzir valores de umidade do solo regional.

A interface de resultados de processamento de dados do software é mostrada no gráfico abaixo:

6: Referências

M. Zreda, W. J. Shuttleworth, X. Zeng, C. Zweck, D. Desilets, T. Franz, et al.(2012): COSMOS: The COsmic-ray Soil Moisture Observing System, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 9, 4505–4551.

Rivera Villarreyes, C. A., Baroni, G., and Oswald, S. E. (2011): Integral quantification of seasonal soil.

moisture changes in farmland by cosmic-ray neutrons, Hydrol. Earth Syst. Sci., 15, 3843–3859,

Desilets, D., Zreda, M., and Ferre, T. (2010): Nature’s neutron probe: land-surface hydrology at an elusive scale with cosmic rays, Water Resour. Res., 46, W11505.

Zreda, M., Desilets, D., Ferré, T. P. A., and Scott, R. L. (2008): Measuring soil moisture content non-invasively at intermediate spatial scale using cosmic-ray neutrons, Geophys. Res. Lett., 23(9), 949-952.

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