Automatisches Überwachungssystem für regionale Bodenfeuchte

1: Systemfunktion

Der Boden ist ein komplexes nichthomogenes System, die traditionelle Trocknungsmethode, Neutronenmethode, Dielektrikonstantenmethode und andere Methoden der Bodenfuchtigkeitsüberwachung können zwar den Bodenfuchtigkeitsgehalt des Messpunkts genauer widerspiegeln, aber der Bodenfuchtigkeitsgehalt in einem großen Bereich kann oft nur durch begrenzte Messpunktdaten abgeleitet werden; Fernerkundung ermöglicht zwar die schnelle Messung des Wassergehalts der Bodenoberfläche in einer Region, aber Fernerkundungsprodukte erfordern in der Regel eine Zeitskala und die Anwendung von Bodenbeobsichtigungsdaten zur Validierung. Daher können die oben genannten Methoden auf kleinen und mittleren Skalen wie Landwirtschaftsflächen, kleinen Becken und anderen häufig nicht den Bedarf an einer wachsenden Bodenwissenschaftsforschung und einer modernen Präzisionslandwirtschaft nach großen, schnellen und genauen Informationen über die Bodenfeuchtedynamik gerecht werden.

Amerikanische Wissenschaftler haben eine Konstruktion entwickelt, die auf der Grundlage der Beziehung zwischen der kosmischen Strahlenschnellneutronenkonzentration und dem Bodenfuchtigkeitsgehalt in der nahen Erdumgebung basiert, ohne Gefahr, ohne Berührung, ohne die Bodenstruktur zu zerstören, ohne den physikalischen Zustand der Bodenstruktur, des Salzes oder der Bodenfuchtigkeit zu beeinflussen./ Schneetiefe-Überwachungssystem, das kontinuierlich und automatisch den Bodenfuchtigkeitsgehalt in großen Flächen oder die gleichwertige Schneetiefe im Feld messen kann, ist ein effektives Verifikationsmittel für die Umkehrung des Bodenfuchtigkeitsgehalts durch Fernerkennung.

2: Grundprinzipien

Kosmische Strahlenteilchen in der Umgebung kollidieren mit Atomkernen, um hochenergetische Neutronen zu erzeugen, die bei der Durchfahrt durch Luft und Boden die Richtung ändern, indem sie elastisch mit Atomkernen im Medium kollidieren, insbesondere Wasserstoffatomen, und einen Teil ihrer Energie verlieren und allmählich verlangsamen. Die schnellen und langsamen Neutronen, die nach dem Kollision in die Oberfläche zurückkehren, werden sich mit extrem hoher Geschwindigkeit an der Oberfläche ausgleichen, deren Konzentration erheblich von der Oberflächenfeuchtigkeit beeinflusst wird. Mit einem Neutronendetektor, der die Intensität von schnellen oder langsamen Neutronen in einem bestimmten Energiebereich in der Nähe der Oberfläche erkennt, kann der durchschnittliche Wassergehalt des Bodens auf großen Flächen durch Korrekturverhältnisse berechnet werden. Die schnelle Neutronenintensität wird zur Berechnung des Bodenfwässergehalts verwendet, während die langsame Neutronenintensität zur Berechnung der Oberflächenschietiefe verwendet wird.

3: Anwendungsbereich

Die Hauptanwendungen sind in der Bodenfeuchtigkeitsmessung, der Überwachung der Dürre, der Schneetiefenmessung, der landwirtschaftlichen Bewässerungsanweisung, der Hangstabilitätsanalyse, der Überschwemmungsprognose, der Wasserversorgungsverwaltung, der numerischen Vorhersage und Klimamodellen. Darüber hinaus kann es auf einer mobilen Plattform installiert werden, um eine breite Palette von Bodenkarten zu zeichnen.

4: Systemeigenschaften

Einfache Installation, robuste, einfache Bedienung, kein Fachpersonal erforderlich, geeignet für lange Zeit kontinuierliche automatische Messung im Feld;

Messbereich* bis zu700 m (40 Hektar), Messtiefe* bis zu 70 cm;

keine Gefahr, keine Berührung, keine Zerstörung der Bodenstruktur;

Fast unberührt von der Bodenstruktur, der Dichte, dem Salz und anderen physiochemischen Eigenschaften;

kann zur Messung der Schneetiefe verwendet werden;

Die Fernerkennung der Umkehrung des Bodenfuchtigkeitsgehalts bietet eine Bodenprüfung, die auf die Metaskala entspricht;

Es ist mit Datenverarbeitungssoftware geliefert, um die Datenverarbeitung zu erleichtern.

Systemparameter

Systemversorgung:6～26VDC；

Systemstromverbrauch:95mA@12V ；

Sammelintervall:1 Minute bis 1 Jahr optional;

Datenspeicherung: internSD-Karte, externe austauschbare SD-Karte;

Datenschnittstelle:USB、RS232；

Messbereich: * Großer Messbereich700 m, * große Messtiefe 70 cm;

Menge Programm:0 bis Sättigung;

Unsicherheit:0～4%；

Software-Eigenschaften: Visualisierung der grafischen Anzeigeschnittstelle, die Benutzerbedienung erleichtert;

Softwarefunktionen: Datenqualitätskontrolle, Auswahl von Faktoren, Bodenfeuchtigkeitsberechnung;

Dateneingabeformate der Software:TXT oder Excel

Software-Ausgabedatenformat:txt；

Bei einem Stundenzählintervall kann die Software nicht weniger als3 Jahre Daten;

Die Software zeigt die Ergebnisse der Bodenfeuchtigkeitsberechnung linear an.

5: Systemzusammensetzung

Hauptsächlich durch Neutronendetektoren, Datenerfasser, Solarenergiesysteme, Montagestütze, Gehäuse,GSM-Übertragungsmodule, Datenverarbeitungssoftware und andere Komponenten können optional mit Sensoren wie Bodenfeuchtigkeit, Regen und anderen ausgestattet werden.

Spezielle Datenverarbeitungssoftware

Die Datenverarbeitungssoftware des Kosmischen Strahlenneutronen-Bodenfeuchtigkeitsbeobachtungssystems ist eine Datenverarbeitungssoftware zur Messung von Bodenfeuchtigkeit mit kosmischen Strahlenneutronen-Methoden. Software über kosmische Strahlenneutronen-SensorenDie vom kosmischen Strahlensensor gemessene Neutronenzahl und die entsprechenden Wetterdaten werden in Kombination mit den entsprechenden Berechnungsformelen berechnet und den regionalen Bodenfeuchtigkeitswert ausgegeben.

Die Schnittstelle zur Datenverarbeitung der Software ist wie folgt dargestellt:

6: Referenzen

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.

Zhou Qishun, Zhu Zhongli, Liu Shaoming, etc. Forschung und Anwendung der kosmischen Strahlenschnell-Neutronenmethode in der Messung der Bodenfeuchtigkeit in landwirtschaftlichen FeldernGeowissenschaftliche Fortschritte, 2013, 28 (10): 1136-1143.

Jia Xiaojun, Shishenjin, Huang Binqiang und andere, Prinzipien und Anwendungen der kosmischen Strahlenneutronen-Methode zur Messung der Bodenfeuchte, China Agronomy Briefing,2014,21:113-117.