土壤参数空间分布的监测方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种土壤参数空间分布的监测方法，包括：S1：获取土壤纵向测试截面区域内的不同深度测试点的土壤参数；S2：根据所述S1获取的测试点的土壤参数，得到所述土壤纵向测试截面区域内的其他预定位置待测点的土壤参数；S3：根据所述测试点和待测点的土壤参数，得到所述土壤纵向测试截面区域内的所有点的土壤参数；S4：根据所述土壤纵向测试截面区域内的所有点的土壤参数，得到所述土壤的整体参数。通过采用本发明专利技术所提供的土壤参数监测方法能够准确描述作物土壤参数的空间分布特点，进一步准确量化作物土壤空间任意点的土壤参数的分布，可以有效监测作物土壤参数的分布及运动状况，达到节约水资源，提高水资源利用效率的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农业种植业领域，特别涉及一种土壤参数空间分布的监测方法和系 统。
技术介绍
土壤是农作物种植的基础，土壤的优劣对作物的生长影响很大，所以对土壤参数 的检测一直是发展农业生产的重要过程，其中土壤参数一般是指：土壤含水量、土壤紧实 度、土壤温度、土壤电导率、土壤PH值等。其中，土壤水分是作物生长的重要影响因素，关于 土壤水分空间分布的量化，国内外学者已经做了大量研究工作。随着水资源的短缺，保护生 态环境，提高水资源利用效率，发展精准农业成为趋势，从而对土壤水分空间分布的量化研 究提出更高的要求。 最早关于土壤水分含量空间分布的研究是采用Fisher所创立的传统统计方法来 进行分析，该方法认为土壤在水平及垂直空间上各点含水量随机分布，且相互完全独立。 由于实际土壤中水分分布状况与随机分布假设不完全相符，而是在一定范围内存在空间上 的相关性。有的学者根据土壤电阻率与含水量的变化关系，通过三维空间上对土壤电阻率 成像，从而获得土壤水分三维成像即空间上的土壤水分分布；有的学者根据土壤的水分分 布受地形影响，运用地形指数模型简便地确定流域内土壤水分的空间分布；有的学者运用 地统计学分析了一定区域内土壤水分的水平及垂直分布，其垂直分布的研究仅采用采样点 数据进行了半方差分析。关于水分在土壤中的运动状况，国内外学者提出了不同的土壤水 分运动方程，常见的有Kostiakov模型，Kostiakov-Leiws模型，Philip模型，Horton模型， Green-Ampt模型等但以达西定律为基础的Richards方程在研究作物生长条件下的土壤水 分运动中应用最广泛。在研究过程中许多学者只考虑垂直入渗，即土壤水分运动方程取为 一维，也有学者从三维运动（即垂直和水平方向）角度考虑，将水分在土壤中的分布看成由 多层分布均匀的平面叠加而成。同时以此为基础建立了各种水分运动方程对土壤水分进行 数值模拟。 但是以往的土壤分布模型大都是一维或二维的，通常假设土壤均质、各向同性，这 与实际作物土壤空间异质性相悖，不能准确描述空间的分布特点，继而无法准确量化作物 土壤空间任意点的水分分布，对评价作物土壤含水量，确定作物需水量，合理配置水资源造 成错误影响。而土壤温度由于影响土壤水分的粘滞系数、微生物活动、水汽扩散等过程而被 纳入作物土壤水分、呼吸的研究范畴。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何准确获得土壤参数的空间分布特点。 为此目的，本专利技术提出了一种土壤参数空间分布的监测方法，包括： Sl :获取土壤纵向测试截面区域内的不同深度测试点的土壤参数； S2 :根据所述Sl获取的测试点的土壤参数，得到所述土壤纵向测试截面区域内的 其他预定位置待测点的土壤参数； S3:根据所述测试点和待测点的土壤参数，得到所述土壤纵向测试截面区域内的 所有点的土壤参数； S4:根据所述土壤纵向测试截面区域内的所有点的土壤参数，得到所述土壤的整 体参数。 其中较优的，所述步骤Sl包括：采用空间网格取样方法均匀获取土壤纵向测试截 面区域内的不同深度测试点的土壤参数。 其中较优的，所述步骤S3还包括：建立坐标系，确定所述土壤纵向测试截面区域 内的所有点的坐标位置并根据所述坐标位置生成空间网格数据。 其中较优的，所述土壤的整体参数包括所述土壤的平均含水量，所述土壤的平均 含水量是所述土壤整个测试空间区域的总含水量与所述纵向测试截面区域的面积之商。 其中较优的，所述土壤整个测试空间区域的总含水量的计算公式如下： 其中，A1为第i行横截面的含水量，Volume为所述土壤整个测试空间区域的总含 水量，Ax为空间网格数据的列间距，Ay为空间网格数据的行间距，Gu为空间网格数据的 第i行第j列的网格结点值，i表示所述纵向测试截面区域内的任意点的横坐标，j表示所 述纵向测试截面区域内的任意点的纵坐标。 其中较优的，所述土壤纵向测试截面区域内的其他预定位置待测点土壤参数和/ 或所有点的土壤参数采用克里金插值法获得。 其中较优的，所述其他预定位置待测点的土壤参数的计算公式如下： 其中，Z(X1)是η个已知测试点的函数值，λ 个已知测试点的全系数，λ啲 和等于1，Φ为拉格朗日算子，γ (?,?)为已知测试点与待测点间的变异函数值，γ (X1J) 为已知测试点间的变异函数值，X。为待测点的土壤参数估计值。 另一方面，本专利技术还提供了一种土壤参数空间分布的监测系统，包括： 检测单元，用于获取土壤纵向测试截面区域内的不同深度测试点的土壤参数； 第一估计单元，用于根据所述检测单元获取的测试点的土壤参数得到所述土壤纵 向测试截面区域内的其他预定位置待测点的土壤参数； 第二估计单元，用于根据所述测试点和待测点的土壤参数得到所述土壤纵向测试 截面区域内的所有点的土壤参数； 整体计算单元，用于根据所述土壤纵向测试截面区域内的所有点的土壤参数得到 所述土壤的整体参数。 其中较优的，所述检测单元是土壤水分传感器，所述土壤水分传感器的测试探头 垂直于所述测试截面并完全插入各测试点的土壤中。 其中较优的，该系统还包括显示单元，所述显示单元用于实时动态显示所述土壤 的整体参数。 通过采用本专利技术所提供的土壤参数空间分布的监测方法，利用空间统计学为原 理，以区域化变量为基础，通过空间网格采样方法，能够准确描述作物土壤参数的空间分布 特点，进一步准确量化作物土壤空间任意点的土壤参数的分布，可以有效监测作物土壤参 数的分布及运动状况，对节约水资源，提高水资源利用效率，实现作物生产精准管理等方面 具有十分重要的理论和实践指导意义。【附图说明】 通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理 解为对本专利技术进行任何限制，在附图中： 图1示出了本专利技术土壤参数检测流程示意图； 图2示出了本专利技术土壤纵向测试截面区域内的测试点分布示意图； 图3示出了本专利技术土壤内水分空间分布的示意图； 图4示出了本专利技术土壤内温度空间分布的示意图； 图5示出了本专利技术土壤内电导率空间分布的示意图； 图6示出了本专利技术土壤含水量的逐日变化示意图。【具体实施方式】 下面将结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。 如图1所示，本专利技术提供了一种土壤参数空间分布的监测方法，包括：S1 :获取土 壤纵向测试截面区域内的不同深度测试点的土壤参数； S2 :根据Sl获取的测试点的土壤参数，得到土壤纵向测试截面区域内的其他预定 位置待测点的土壤参数； S3:根据测试点和待测点的土壤参数，得到土壤纵向测试截面区域内的所有点的 土壤参数； S4 :根据土壤纵向测试截面区域内的所有点的土壤参数，得到土壤的整体参数。 下面结合具体的实施例对本专利技术的技术方案展开详细描述。 Sl :采用空间网格取样方法选择测试作物群体，并在测试作物群体冠层的纵向测 试截面区域内采用空间网格取样方法均匀设置不同深度的测试点，采用土壤水分传感器可 持续获取任意时间测试点的土壤参数（包括水分含量、温度、电导率）。其中，空间网格取样 方法是现有技术空间统计学的常用统计方法，在此不再赘述。 如图2所示，以棉田1为例，采用空间网格取样方法在棉田中选取代表性的棉田行 间测试点2,在选取的棉田行间纵向向下设置测试截面区域，纵向测试截面区域为一矩形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤参数空间分布的监测方法，其特征在于，包括：S1：获取土壤纵向测试截面区域内的不同深度测试点的土壤参数；S2：根据所述S1获取的测试点的土壤参数，得到所述土壤纵向测试截面区域内的其他预定位置待测点的土壤参数；S3：根据所述测试点和待测点的土壤参数，得到所述土壤纵向测试截面区域内的所有点的土壤参数；S4：根据所述土壤纵向测试截面区域内的所有点的土壤参数，得到所述土壤的整体参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷亚平，李亚兵，韩迎春，杨北方，王国平，魏晓文，范正义，冯璐，刘志红，杜文丽，毛树春，
申请(专利权)人：中国农业科学院棉花研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41