Sistema Regional de monitoreo automático de la humedad del suelo

1: función del sistema

El suelo es un sistema heterogéneo complejo. aunque los métodos tradicionales de monitoreo de la humedad del suelo, como el secado, el método de neutrones y el método de constante dieléctrica, pueden reflejar con mayor precisión el contenido de agua del suelo en los puntos de medición, el contenido de agua del suelo a gran escala a menudo solo se puede deducir a través de datos limitados de los puntos de medición. Aunque la teleobservación puede determinar rápidamente el contenido de agua superficial del suelo regional, los productos de teleobservación generalmente requieren una expansión de la escala de tiempo y la aplicación de datos de observación terrestre para verificar. Por lo tanto, en pequeñas y medianas escalas, como las tierras agrícolas y las pequeñas cuencas hidrográficas, los métodos anteriores a menudo no pueden satisfacer las crecientes necesidades de investigación científica del suelo y agricultura moderna y de precisión para una gran cantidad de información dinámica de humedad del suelo, rápida y precisa.

Científicos estadounidenses han diseñado una relación entre la concentración de neutrones rápidos de rayos cósmicos en un entorno cercano a la tierra y el contenido de agua del suelo, que no es dañina, sin contacto, sin destruir la estructura del suelo, sin verse afectada por la textura del suelo, el estado físico de la sal o la humedad del suelo, etc., con un amplio rango de medición y una profundidad de medición adecuada./ sistema de monitoreo de profundidad de nieve, que puede determinar automáticamente el contenido de agua del suelo en grandes áreas o la profundidad equivalente de la nieve en el campo, es un medio eficaz de verificación para la inversión del contenido de agua del suelo por teledetección.

2: fundamentos

Las partículas de rayos cósmicos en el medio ambiente chocan con los núcleos atómicos para generar neutrones de alta energía, que cambian de dirección al chocar elásticamente con los núcleos en el medio, especialmente los átomos de hidrógeno, al pasar por el aire y el suelo, y pierden parte de su energía y se ralentizan gradualmente. Los neutrones rápidos y lentos que regresen a la parte de la superficie después de la colisión se equilibrarán en la superficie a una velocidad extremadamente rápida, y su concentración se verá significativamente afectada por la humedad del suelo superficial. A través de detectores de neutrones, detectando la intensidad de neutrones rápidos o lentos en un rango energético específico cerca de la superficie, se puede calcular el contenido medio de agua del suelo en grandes áreas a través de una relación de corrección. La intensidad de neutrones rápidos se utiliza para calcular el contenido de agua del suelo, mientras que la intensidad de neutrones lentos se utiliza para calcular la profundidad de la nieve superficial.

3: Áreas de aplicación

Se aplica principalmente a la medición de la humedad del suelo, el monitoreo de la sequía, la medición de la profundidad de la nieve, la orientación del riego agrícola, el análisis de la estabilidad de la pendiente, el pronóstico de inundaciones repentinas, la gestión del suministro de agua, el pronóstico numérico, el modelo climático, etc. Además, se puede instalar en una plataforma móvil para dibujar una amplia gama de mapas de humedad del suelo.

4: características del sistema

Instalación conveniente, robusta y duradera, operación simple, sin profesionales, adecuada para la medición automática continua durante mucho tiempo en el campo;

Rango de medición * accesible700 metros (40 hectáreas), profundidad de medición * hasta 70 centímetros de profundidad;

No dañino, sin contacto y sin destruir la estructura del suelo;

Apenas se ve afectado por las propiedades físicas y químicas del suelo, como la textura, la densidad y la sal;

Se puede utilizar para medir la profundidad de la nieve;

La inversión del contenido de agua del suelo por teledetección proporciona una verificación en tierra a escala de píxeles emparejados;

Viene con un software de procesamiento de datos para facilitar el procesamiento de los datos.

Parámetros del sistema

Suministro de energía del sistema:6～26VDC；

Consumo de energía del sistema:95mA@12V V;

Intervalo de recolección:1 min a 1 año opcional;

Almacenamiento de datos: internoTarjeta sd, tarjeta SD reemplazable externamente;

Interfaz de datos:USB、RS232；

Rango de medición: * amplio rango de medición700 metros, * gran profundidad de medición de 70 centímetros;

Cantidad Cheng:0 a saturación;

Incertidumbre:0 a 4%;

Características del software: interfaz de visualización gráfica visual para facilitar la operación del usuario;

Funciones del software: control de calidad de datos, selección comparativa de coeficientes, cálculo de la humedad del suelo;

Formato de datos de entrada de software:Txt o excel;

Formato de datos de salida del software:txt；

Si el intervalo de conteo de una hora, el software puede procesar no menos de una vez.Datos de 3 años;

El software puede mostrar linealmente los resultados del cálculo de la humedad del suelo.

5: composición del sistema

Está compuesto principalmente por detectores de neutrones, colectores de datos, sistemas de suministro de energía solar, soportes de instalación, gabinetes,El módulo de transmisión gps, el software de procesamiento de datos y otros componentes se pueden configurar con sensores como la humedad del suelo y la precipitación.

Software especial de procesamiento de datos

El software de procesamiento de datos del sistema de Observación de humedad del suelo de neutrones de rayos cósmicos es un software de procesamiento de datos para la determinación de la humedad del suelo utilizando el método de neutrones de rayos cósmicos. El software pasa por el sensor de neutrones de rayos cósmicosEl número de neutrones medidos por el sensor de rayos cosmológicos y los datos meteorológicos relacionados, combinados con las fórmulas de cálculo pertinentes, calculan y exportan el valor de humedad del suelo en la región.

La interfaz de resultados de procesamiento de datos del software se muestra en la siguiente imagen:

6: referencias

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.

Jiao qishun, Zhu zhongli, Liu shaomin, etc. investigación y aplicación del método de neutrones rápidos de rayos cósmicos en la medición de la humedad del suelo de las tierras agrícolas [m].J. avances en Ciencias de la tierra, 2013, 28 (10): 1136 - 1143.

Jia xiaojun, Shi shengjin, Huang binxiang, etc. principios y aplicaciones del método de neutrones de rayos cósmicos para medir la humedad del suelo, Boletín de Agronomía de china,2014,21: 113 - 117.