墒情监测站/墒情自动测报系统——智慧农业

• 关键词：墒情监测站,墒情自动测报系统
• 摘要：平升墒情自动测报系统能够实现对土壤墒情（土壤湿度）的长时间连续监测。用户可以根据监测需要，灵活布置土壤水分传感器；也可将传感器布置在不同的深度，测量剖面土壤水分情况。系统还提供了额外的扩展能力，可根据监测需求增加对应传感器，监测土壤温度、土壤电导率、土壤PH值、地下水水位、地下水水质以及空气温度、空气湿度、光照强度、风速风向、雨量等信息，从而满足系统功能升级的需要。

概述
  平升墒情自动测报系统能够实现对土壤墒情（土壤湿度）的长时间连续监测。用户可以根据监测需要，灵活布置土壤水分传感器；也可将传感器布置在不同的深度，测量剖面土壤水分情况。系统还提供了额外的扩展能力，可根据监测需求增加对应传感器，监测土壤温度、土壤电导率、土壤PH值、地下水水位、地下水水质以及空气温度、空气湿度、光照强度、风速风向、雨量等信息，从而满足系统功能升级的需要。
   墒情自动测报系统能够全面、科学、真实地反映被监测区的土壤变化，可及时、准确地提供各监测点的土壤墒情状况，为减灾抗旱提供了重要的基础信息。

墒情自动测报系统解决方案

1、系统构成
  主要由监控中心、通信网络、远程监测设备和土壤墒情检测设备四部分构成。

◆ 监控中心
   硬件主要由服务器、计算机、交换机、打印机等组成。
   软件主要有操作系统软件、数据库软件、土壤墒情监测系统软件组成。
◆ 通信平台
   包括中国移动GPRS网络和INTERNET公网。
   系统计划采用公网专线的组网方式，监控中心需具备可上外网的固定IP地址。
◆ 远程监测设备
   远程监测设备可根据供电类型分为市电供电土壤墒情监测终端、太阳能供电土壤墒情监测终端和电池供电土壤墒情监测终端。
   针对土壤墒情监测点分散分布、不易布线的特点，建议选用太阳能供电型土壤墒情监测终端。
◆ 土壤墒情检测设备
   根据监测需求，可采用1路土壤水分传感器实现单点墒情检测；也可采用多路土壤水分传感器，并将传感器布置在不同的深度，实现监测点的剖面土壤墒情检测。

2、系统拓扑图

3、系统功能及特点
  墒情自动测报系统实现全天候不间断监测。现场远程监测设备自动采集土壤墒情实时数据，并利用GPRS无线网络实现数据远程传输；监控中心自动接收、自动存储各监测点的监测数据到数据库中。系统主要功能如下：
● 符合最新墒情监测规范 SL364-2006。
● 实时监测土壤水分，各监测点可灵活进行单路测量或多路剖面测量。
● 土壤水分超过预先设定的限值时，立刻上报告警信息。
● 可扩展土壤温度、电导率、PH值以及地下水参数、气象参数等监测功能。
● 数据采集、存储频率可灵活调整，可远程设置监测设备工作参数。
● 远程监测设备只在采集数据时才给传感器供电，一方面节约了能源，另一方面避免了因长期供电导致土壤物理性质变化所形成的测量误差。
● 支持GPRS、短消息、局域网等多种通讯方式，推荐采用GPRS无线通讯。
● 可同时将监测数据上报至多个中心。
● 具备远程设备维护功能，可扩展远程拍照功能。
● 具备监测数据、报警数据的统计、分析功能，数据报表可导出、可打印输出。
● 监测系统软件具备GIS功能，可在地图上显示各监测点的详细分布位置。
● 监测系统软件支持通过OPC接口与其它系统对接。

4、墒情监测站主要硬件设备
（1）墒情遥测终端机

◆ 安装方式：立杆安装或壁挂安装。
◆ 供电方式：太阳能供电。
◆ 对传感器供电电压：10~30V。
◆ 与监控中心通信方式：GPRS。
◆ 数据上报方式：实时上报。
◆ 核心产品：

  墒情遥测终端机RTU选用DATA-6311型低功耗测控终端。该产品集数据采集、显示、传输、存储功能于一体，采用低功耗设计，特别适用于太阳能供电的监测现场，可大大减少太阳能供电成本并降低施工难度。

● 产品特点
   1、数据采集、传输一体化设计。
   2、GPRS实时在线功耗低，在线平均电流≤10mA。
   3、可选配水文、水资源等多种数据传输规约。
   4、支持各家组态软件，支持用户自行开发软件系统。

   5、性能指标满足《水文自动测报系统设备 遥测终端机》（SL 180-2015）要求。

   6、数据传输规约符合《墒情监测建设工程数据通信规约报文规定》。

● 技术参数
   硬件配置：6路PI、4路DI、4路AI、3路DO、2路串口。
   存储容量：4M。
   供电电源：10V～30V DC。
   功    耗：待机电流＜0.1mA/12V；
             在线电流≤6mA/12V；
             发送电流≤60mA/12V；
             实时在线平均电流：≤10mA/12V。
             工作环境：温度：-40～+85℃；湿度：≤95%。
             安装方式：导轨式。
             外形尺寸：145x100x65mm。

◆ 工作原理示意图：

（2）土壤水分传感器

   水分是决定土壤介电常数的主要因素。测量土壤的介电常数，能直接稳定地反应各种土壤的真实水分含量。土壤水分传感器可测量土壤水分的体积百分比，与土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测量方法。土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。
● 性能指标
   

测量参数：土壤容积含水量。

外壳防护等级：IP68。

单位：%（m3/m3）。

量程：0～60%（m3/m3）。

精度：±2%（m3/m3）。

测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径3cm、长为6cm的圆柱体内。

工作环境：-10℃～50℃；对高寒或高热地区，在气温-30℃～60℃、土壤温度-20℃～55℃条件下不损坏。

稳定时间：通电后约1秒。

响应时间：响应在1秒内进入稳态过程。

供电：直流12V供电。

输出信号：0～2.5 V、4mA～20mA、RS485、RS232等接口可选。

电源输入端与外壳之间绝缘电阻≥2MΩ。

密封材料：ABS工程塑料。

探针材料：不锈钢或铜。

电缆长度：标准长度5m。

遥测距离：小于1000米。

● 主要特点
   ①高稳定性，安装维护操作简便。
   ②支撑的材料为环氧树脂，强度和寿命得到保证。
   ③密封性好，可长期埋入土壤中使用，且不受腐蚀。
   ④采用标准的电流环传送技术使其具有抗干扰能力强，传送距离远，测量精度高，响应速度快。
   ⑤土质影响较小，应用地区广泛，适合中国国情。

设备安装现场展示

——墒情自动监测仪器——

防汛抗旱指挥系统是我国水利信息化的骨干工程,而墒情自动监测仪器是抗旱部分建设成败的关键因素之一。

平升墒情自动监测仪器实现了对土壤墒情的长时间、连续和自动监测，可及时、准确地提供监测区域的土壤水分变化情况，为抗旱减灾提供了重要的基础信息。

墒情自动监测仪器（土壤水分自动监测仪器）可分为墒情遥测终端机和土壤水分监测传感器两部分，如下图所示：

产品特点：

★ 通讯规约符合水利部《墒情监测建设工程数据通信规约报文规定》。

★ 防护等级、量程范围、准确度、环境适应性等指标符合《墒情自动监测仪器实验室检验测试实施办法(试行)》。

★ 采用超低功耗设计，适合太阳能供电方式、降低供电设备成本。

★ 运行模式、采集/上报间隔、传输网络、传感器类型等可灵活选择。

功能及参数：

● 墒情遥测终端机

DATA-9201型墒情遥测终端机性能指标满足《水文自动测报系统设备 遥测终端机》（SL 180-2015）要求。

（1）运行模式：自报、应答和兼容。

（2）可设置采集和自报时间间隔。

（3）通信控制：一站多发，采用4G/GPRS/CDMA网络发送数据。

（4）存储容量：4M，支持当前和历史数据检索。

（5）土壤水分监测传感器支持数量：探针式传感器≥3支；导管式传感器≥1支（不少于3个监测点位）。

（6）可接入其他传感器信号：RS485、RS232数字信号；0～5V、4～20mA模拟量信号；开关量信号。

（7）数据传输规约符合《墒情监测建设工程数据通信规约报文规定》。

● 土壤水分监测传感器

土壤水分监测传感器分为探针式传感器和导管式传感器，用户可根据实际需要选择。

土壤水分监测传感器主要性能指标如下：

（1）外壳防护等级：IP68。

（2）量程：0～60%（体积含水量）。

（3）准确度：绝对误差应≤2%（体积含水量）。

（4）工作环境：-10℃～50℃；对高寒或高热地区，在气温-30℃～60℃、土壤温度-20℃～55℃条件下不损坏。

（5）供电：直流12V供电。

（6）信号输出接口：0～2.5 V、4mA～20mA、RS485、RS232等接口可选。

（7）电源输入端与外壳之间绝缘电阻≥2MΩ。

应用现场展示：

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