一种基于无线网络的广域土壤墒情检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于无线网络的广域土壤墒情检测系统。本发明专利技术基于微波后向反射系数与土壤介电常数具有较强相关性而土壤介电常数正比于墒情的规律，通过多极化微波雷达散射计以发射微波的方式在广域范围内执行测量，并且将地面定点检测设备和机载检测设备所采集的样本墒情数据、地表温度数据、植被覆盖度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以无线网络进行馈送，从而在微波实测墒情数值的基础上进行精细校正，最终取得反映整个广域范围的墒情及其中个别局部墒情的检测数据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线网络的广域土壤墒情检测系统
本专利技术涉及适用于农业的传感信息技术，更具体地，涉及一种基于无线网络的广域土壤墒情检测系统。
技术介绍
墒情是土壤成份当中水分的含量，一般以百分比表示。对于农业生产来说，土壤墒情是影响植物生长的重要指标。墒情指标在50％以下的土壤属于重度干旱，会造成植物停止发育直至干枯；墒情指标在60％以下的土壤属于轻度干旱，植物生长造成一定程度的不利影响；墒情指标处于60％-80％这一区间的土壤适宜植物生长；墒情指标大于80％则表示土壤含水量过盛，如果有必要应采取排水措施,否则有可能导致植物根部腐败。可见，准确测量和分析土壤墒情，可以增强预测和应对旱灾的能力，并且可以为农业生产中的水、肥供给提供科学依据，对实现节能节水的精细化农田作业具有重要意义。土壤墒情受到多种因素的影响，由于地形环境、气象条件、土壤自身微观构成等方面的差异，使得不同地域的墒情指标呈现出明显的不均匀分布态势。因此，有关部门为了能够全面、准确地了解所辖区域的土壤墒情状况，有必要建立适用于广域范围的墒情检测系统。目前在广域范围上进行土壤墒情检测的主要方法是建立分布式的检测站点针对各个采样点的土壤墒情执行周期性测量，从而取得时间和空间上均匀分布的大量采样点数据，基于GPRS或ZigBee等无线通信技术将采样点数据上传到中心单元，由中心单元基于土壤墒情的统计学模型推算广域范围内的墒情数值，生成墒情分布地图等结果。在前端的检测站点，现有技术中主要采用了根据时域反射法(TDR)或频域反射法(FDR)原理构造的墒情传感器，上述检测方法可以测量土壤的介电常数。常温下土壤的介电常数主要取决于其中水份含量的大小，二者呈现正比关系。因此通过获得所述介电常数可以进而确定采样点处的墒情数值。这一检测手段相对于烘干法等人工实验方法来说，检测速度更快，自动化程度更高，检测结果表现为电信号，因而易于实现无线通信传输。前端的检测站点只能以抽样的形式反馈整个广域范围内的少量采样点处的墒情数值。如果需要获得反映整个广域范围的土壤墒情数据(例如广域平均值、墒情分态势地图等)，或者需要获得非采样点位置的定点墒情数值，就只能基于采样值执行各种平均算法和内插算法进行模拟。为了使这一模拟计算达到逼近实际墒情的目标，现有技术中进行了大量对广域土壤墒情分布规律和变异性进行建模的研究，例如提出了克里金法等相对成熟的方案。但是，上述现有技术终究是基于有限的甚至是稀疏的土壤墒情抽样样本进行广域范围的科学推测。而土壤墒情在空间上的分布特征是极为复杂和敏感的，易受到多重因素的影响，包括土壤成份变化、植被覆盖、气象温度、地形地貌、太阳光照、人类活动等等，呈现出明显的易于突变和不规则分布的特点。因此，现有技术所采用的上述系统具有比较强的不可靠性。这一不可靠性有可能表现为采样点本身的非典型性，例如采样点有可能处于积水区，回填区，或者植被密度及土壤成份具有特殊性的个别区域，而导致其采样值与周边真实墒情呈现超过正常范围的差异性；特别是采用了TDR或FDR测量方法的墒情传感器，其对外界干扰的抗性更差，甚至测量点邻近位置存在石块等因素都会造成失真，而只要少数采样点存在上述问题，就会对整个广域范围的墒情计算产生影响。另一方面的不可靠性在于现有系统中只是在某种通用计算模型的算法基础上，结合了特定广域范围的条件参数值，例如地区平均温度、平均光照条件等，以调整算法中的某些权重，但不足以使该模型能够与特定广域范围内墒情真实状况达成充分的匹配。可见，现有技术中需要针对广域范围上的土壤墒情能够执行动态、量化、实时、准确的直接测量的技术，从而从根本上克服基于采样点数据执行模型演算的现有系统的缺陷。
技术实现思路
为了克服现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供了一种基于无线网络的广域土壤墒情检测系统。本专利技术基于微波后向散射系数与土壤介电常数具有较强相关性而土壤介电常数正比于墒情的规律，通过多极化微波雷达散射计以发射微波的方式在广域范围内执行测量，并且将地面定点检测设备和机载检测设备所采集的样本墒情数据、地表温度数据、植被覆盖度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以无线网络进行馈送，从而在微波实测墒情数值的基础上进行精细校正，最终取得反映整个广域范围的墒情及其中个别局部墒情的检测数据。本专利技术所述基于无线网络的广域土壤墒情检测系统，其特征在于，包括：多极化微波雷达散射计，用于向作为测量目标的广域范围地面发射符合测量条件参数的微波信号，并且获取地面散射回波的幅相信息，基于所述幅相信息取得包括后向散射系数的微波检测数据，并且无线发送所述微波检测数据；地面检测无线网络，包括分布于待测广域范围上的各个采样点的地面定点检测设备，所述地面定点检测设备包括采样模组和通信模组，所述采样模组用于获得对应采样点实测的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据；所述通信模组用于将采样模组采样的数据无线上传；总控中心站，接收通过所述多极化微波雷达散射计测量获得的所述后向散射系数，并且从所述地面检测无线网络接收针对各采样点实测的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据；所述总控中心站用于基于所述地面检测无线网络提供的所述地形几何特征数据、地表温度数据以及墒情精确数据，取得关于土壤粗糙度和土壤墒情的预估目标值，并且向所述多极化微波雷达散射计发送根据所述预估目标值确定的微波收发参数；所述总控中心站用于基于所述地面检测无线网络提供的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据，对所述包括后向散射系数的微波检测数据进行校正和拟合，从而获得表示所述广域范围及其中任意点的墒情结果数值。优选的是，所述总控中心站具体包括：通信模组，用于与所述地面检测无线网络及多极化微波雷达散射计进行无线数据收发；地面检测数据库，用于保存由地面检测无线网络提供的各采样点的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据；微波检测数据库，用于保存由多极化微波雷达散射计提供的所述广域范围各点的包括后向散射系数的微波检测数据；预估目标值计算模块，用于调用用于预估广域范围的土壤粗糙度和土壤墒情的预估计算模型，基于所述地面检测无线网络提供的所述地形几何特征数据、地表温度数据以及墒情精确数据计算所述关于土壤粗糙度和土壤墒情的预估目标值；校正计算模块，用于基于所述地面检测无线网络提供的所述地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据，计算点校正因数和归一化校正因数，并且基于所述点校正因数或归一化校正因数对所述微波检测数据加以校正，并基于校正后的后向散射系数，计算广域范围内任意点的校正墒情数值；宏观拟合计算模块基于所述地面检测无线网络提供的所述墒情精确数据，对所述校正墒情数值进行空间拟合，取得更加逼近真实墒情值的墒情结果数值。优选的是，预估目标值计算模块计算所述关于土壤粗糙度和土壤墒情的预估目标值具体包括：确定当前雷达发射微波有效覆盖范围的中心点和半径；筛选位于上述有效覆盖范围内的相关采样点，并且获得相关采样点的地面定点检测设备提供的所述地形几何特征数据、地表温度数据以及墒情精确数据；对相关采样点的所述地形几何特征数据及墒情精确数据以相关权重因数进行加权，获得所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线网络的广域土壤墒情检测系统，其特征在于，包括：多极化微波雷达散射计，用于向作为测量目标的广域范围地面发射符合测量条件参数的微波信号，并且获取地面散射回波的幅相信息，基于所述幅相信息取得包括后向反射系数的微波检测数据，并且无线发送所述微波检测数据；地面检测无线网络，包括分布于待测广域范围上的各个采样点的地面定点检测设备，所述地面定点检测设备包括采样模组和通信模组，所述采样模组用于获得对应采样点实测的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据；所述通信模组用于将采样模组采样的数据无线上传；总控中心站，接收通过所述多极化微波雷达散射计测量获得的所述后向散射系数，并且从所述地面检测无线网络接收针对各采样点实测的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据；所述总控中心站用于基于所述地面检测无线网络提供的所述地形几何特征数据、地表温度数据以及墒情精确数据，取得关于土壤粗糙度和土壤墒情的预估目标值，并且向所述多极化微波雷达散射计发送根据所述预估目标值确定的微波收发参数；所述总控中心站用于基于所述地面检测无线网络提供的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据，对所述包括后向反射系数的微波检测数据进行校正和拟合，从而获得表示所述广域范围及其中任意点的墒情结果数值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无线网络的广域土壤墒情检测系统，其特征在于，包括：多极化微波雷达散射计，用于向作为测量目标的广域范围地面发射符合测量条件参数的微波信号，并且获取地面散射回波的幅相信息，基于所述幅相信息取得包括后向散射系数的微波检测数据，并且无线发送所述微波检测数据；地面检测无线网络，包括分布于待测广域范围上的各个采样点的地面定点检测设备，所述地面定点检测设备包括采样模组和第一通信模组，所述采样模组用于获得对应采样点实测的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据；所述第一通信模组用于将采样模组采样的数据无线上传；总控中心站，接收通过所述多极化微波雷达散射计测量获得的所述后向散射系数，并且从所述地面检测无线网络接收针对各采样点实测的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据；所述总控中心站用于基于所述地面检测无线网络提供的所述地形几何特征数据、地表温度数据以及墒情精确数据，取得关于土壤粗糙度和土壤墒情的预估目标值，并且向所述多极化微波雷达散射计发送根据所述预估目标值确定的微波收发参数；所述总控中心站用于基于所述地面检测无线网络提供的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据，对所述包括后向散射系数的微波检测数据进行校正和拟合，从而获得表示所述广域范围及其中任意点的墒情结果数值。2.根据权利要求1所述的基于无线网络的广域土壤墒情检测系统，其特征在于，所述总控中心站具体包括：第二通信模组，用于与所述地面检测无线网络及多极化微波雷达散射计进行无线数据收发；地面检测数据库，用于保存由地面检测无线网络提供的各采样点的地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据以及墒情精确数据；微波检测数据库，用于保存由多极化微波雷达散射计提供的所述广域范围各点的包括后向散射系数的微波检测数据；预估目标值计算模块，用于调用用于预估广域范围的土壤粗糙度和土壤墒情的预估计算模型，基于所述地面检测无线网络提供的所述地形几何特征数据、地表温度数据以及墒情精确数据计算所述关于土壤粗糙度和土壤墒情的预估目标值；校正计算模块，用于基于所述地面检测无线网络提供的所述地表温度数据、地形几何特征数据、土壤自身物理属性数据，计算点校正因数和归一化校正因数，并且基于所述点校正因数或归一化校正因数对所述微波检测数据加以校正，并基于校正后的后向散射系数，计算广域范围内任意点的校正墒情数值；宏观拟合计算模块基于所述地面检测无线网络提供的所述墒情精确数据，对所述校正墒情数值进行空间拟合，取得更加逼近真实墒情值的墒情结果数值。3.根据权利要求2所述的基于无线网络的广域土壤墒情检测系统，其特征在于，预估目标值计算模块计算所述关于土壤粗糙度和土壤墒情的预估目标值具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈渝阳，朱旭华，
申请(专利权)人：浙江托普仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33