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——列入中國(guó)水利部科技推廣中心“2013年度水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄”

隨著水資源的短缺，提高作物的水分利用效率成為農(nóng)業(yè)節(jié)水的關(guān)鍵。墑情監(jiān)測(cè)是確定作物水分生產(chǎn)力、制定灌溉定額、實(shí)現(xiàn)灌溉預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)工作。墑情的時(shí)間和空間變異性很大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量直接影響灌溉時(shí)間和灌溉量。ENVIdata土壤墑情與旱情監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)通過(guò)集合土壤、作物、氣象數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域墑情監(jiān)測(cè)和分析，已成為提高灌溉預(yù)報(bào)水平的必要工具。

ENVIdata系統(tǒng)墑情監(jiān)測(cè)

ENVIdata系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器連續(xù)測(cè)量土壤剖面的土壤水分、溫度和電導(dǎo)率，還可同時(shí)采集大田的溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、輻射、光譜、作物溫度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田小氣候的全方位觀測(cè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)ENVIdata Internet 遙測(cè)軟件發(fā)送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，灌溉預(yù)報(bào)軟件通過(guò)分析大田的水、土、氣、作物的歷史數(shù)據(jù)和目前信息，提供下次的灌溉時(shí)間和灌溉量。

墑情監(jiān)測(cè)的布設(shè)可在同一個(gè)田塊的不同作物種植區(qū)，也可在不同村、鄉(xiāng)、縣或省。各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)推送模式，經(jīng)Internet 發(fā)送到遠(yuǎn)程的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)可接收來(lái)自100個(gè)測(cè)點(diǎn)的墑情等農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)。這種新設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的用電話貓將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器更穩(wěn)定、更可靠，費(fèi)用更低。

ENVIdata系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)即可安裝在用戶的計(jì)算機(jī)上，也可安裝在遠(yuǎn)程服務(wù)器上（如澳作服務(wù)器）。選擇澳作服務(wù)器時(shí)，用戶無(wú)需維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，澳作服務(wù)器可幫助用戶監(jiān)控大田測(cè)點(diǎn)硬件系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。用戶只要能上網(wǎng)，即可監(jiān)測(cè)墑情，做灌溉預(yù)報(bào)。

ENVIdata系統(tǒng)灌溉預(yù)報(bào)

通過(guò)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程遙測(cè)墑情、降雨量、農(nóng)田小氣候信息，綜合工程、農(nóng)藝、管理等節(jié)水措施，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)資料、土壤結(jié)構(gòu)、作物生育期，結(jié)合水源供應(yīng)情況、科學(xué)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)不同土壤類型、不同種植結(jié)構(gòu)、不同可供水量條件下的農(nóng)田水分動(dòng)態(tài)狀況，給出適宜灌水時(shí)間和適宜灌水量，實(shí)時(shí)跟蹤土壤墑情變化，及時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果，并能夠通過(guò)網(wǎng)站定期向農(nóng)民發(fā)布預(yù)報(bào)結(jié)果，指導(dǎo)農(nóng)民適時(shí)、適量灌溉，實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉、節(jié)水灌溉。

ENVIdata的灌溉預(yù)報(bào)軟在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)使用了近二十年。功能設(shè)計(jì)合理，操作方便。

1 針對(duì)每個(gè)地塊的特點(diǎn)進(jìn)行**化灌溉管理

通過(guò)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)地塊的作物耗水量。根據(jù)當(dāng)前的日耗水強(qiáng)度、天氣變化和歷史資料，預(yù)測(cè)下次的灌溉時(shí)間和確切的灌溉量。確保每個(gè)地塊的作物一直都處于**的土壤水分狀況。對(duì)不同的的田塊、作物進(jìn)行分類管理，協(xié)調(diào)灌水次序。

2、為土壤改良、地下水位管理、鹽漬化、養(yǎng)分淋溶等問(wèn)題提供合理的依據(jù)

可監(jiān)測(cè)土壤剖面的水分運(yùn)移與變化，發(fā)現(xiàn)過(guò)澇、土壤板結(jié)和深層滲漏等問(wèn)題，從而為我門改良土壤、地下水位管理、鹽分和養(yǎng)分的調(diào)控提供合理的參考。

3、提供了科研和生產(chǎn)應(yīng)用的多種公式和函數(shù)

作物相對(duì)水分利用率；作物累積日耗水量，用于預(yù)測(cè)產(chǎn)量；存貯作物生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)的長(zhǎng)期日耗水資料；計(jì)算作物生長(zhǎng)速率，如直徑。

4、通過(guò)研究作物各種性狀的參數(shù)與土壤含水量、氣象數(shù)據(jù)的關(guān)系，完成對(duì)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的調(diào)控

軟件可將用戶選擇的氣象、作物參數(shù)和土壤含水量制作成關(guān)系圖。測(cè)定的作物參數(shù)，輸入軟件后和土壤含水量進(jìn)行相關(guān)分析，可確定作物生長(zhǎng)期內(nèi)的需水量和進(jìn)行其他許多方面的研究。

5、圖形功能 ：可分別作時(shí)間圖、深度圖。

Time graphs（時(shí)間圖）：顯示整個(gè)季節(jié)的土壤濕度變化；灌溉和降水的供給量和有效利用量；計(jì)算的土壤水分日變化量

Depth grahps（深度圖）：顯示某一時(shí)刻的土壤剖面，反映土壤容積含水量在剖面上的變化。顯示作物扎根深度；確定根系活動(dòng)范圍和各層次的耗水量；研究和分析土壤改良、地下水位管理、鹽漬化、養(yǎng)分淋溶等問(wèn)題，確定由于灌溉過(guò)量或者灌溉不足而造成的土壤的過(guò)濕或過(guò)干等問(wèn)題。

6、灌溉預(yù)報(bào)

灌溉日期和灌溉量可按如下條件是否滿足實(shí)施：土壤濕度達(dá)到低限時(shí)的日期（通常為補(bǔ)灌點(diǎn)）；在給定的日期，土壤濕度達(dá)到飽灌點(diǎn)所需的灌水總量；低限可以是補(bǔ)灌點(diǎn)，或者由公式計(jì)算出，或者隨季節(jié)而變化，以下為低限的計(jì)算方法。

灌溉可以一個(gè)文件的形式輸出，文件包括位置序號(hào)、灌溉總量、灌溉日期，文件可以由用戶制定，或者由系統(tǒng)自動(dòng)生成。軟件計(jì)算灌溉的經(jīng)濟(jì)效益。

ENVIdata 系統(tǒng)組成

1、組成

ENVIdata墑情與旱情監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)根據(jù)土壤墑情監(jiān)測(cè)規(guī)范要求設(shè)計(jì)，由野外站和中心服務(wù)器組成。野外站采用高精度土壤水分、土壤水勢(shì)傳感器及數(shù)據(jù)采集單元，組成一套完整的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)墑情的*主要參數(shù)——土壤水分，還可根據(jù)用戶需求實(shí)時(shí)記錄土壤水勢(shì)、溫度和電導(dǎo)率等參數(shù)；配套的ENVIdata 服務(wù)器軟件既可以作為獨(dú)立的應(yīng)用軟件，運(yùn)行在用戶的服務(wù)器上，也可以運(yùn)行在供應(yīng)商提供的安全服務(wù)器上，為多個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)提供數(shù)據(jù)接收服務(wù)，同時(shí)幫助用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控野外監(jiān)測(cè)站點(diǎn)硬件系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2、技術(shù)原理

ENVIdata墑情與旱情監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的TDR土壤水分傳感器，它利用目前世界先進(jìn)的時(shí)域反射（TDR）原理，建立了時(shí)間采樣技術(shù)。工作時(shí)產(chǎn)生1GHz的高頻電磁波，電磁波沿著波導(dǎo)體傳輸，并在探頭周圍產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，信號(hào)傳輸?shù)讲▽?dǎo)體的末端后又反射回發(fā)射源，傳輸時(shí)間在10ps-2ns間，使得儀器可以檢測(cè)到小至3ps的時(shí)間信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)土壤水分的精確測(cè)量。

ENVIdata墑情與旱情監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)各觀測(cè)點(diǎn)土壤水分傳感器采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在數(shù)據(jù)采集器中，然后通過(guò)網(wǎng)線、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸或GPRS將數(shù)據(jù)傳送到ENVIdata系統(tǒng)中心服務(wù)器，無(wú)法直接傳送的數(shù)據(jù)也可通過(guò)人工輸入或數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，從而實(shí)現(xiàn)墑情與旱情的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)中心管理。

3、技術(shù)特點(diǎn)

ENVIdata 墑情與旱情監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)野外站的記錄器采用數(shù)據(jù)推送模式，將記錄的數(shù)據(jù)從野外發(fā)送到服務(wù)器上，這種新設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的用電話貓將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器更穩(wěn)定、更可靠、費(fèi)用更低。

ENVIdata 服務(wù)器軟件通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)*多可以同時(shí)連接1000臺(tái)野外站，接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，并能夠進(jìn)行各種數(shù)據(jù)顯示。進(jìn)入系統(tǒng)后用戶可查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的配置。

ENVIdata墑情與旱情監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)允許用戶在野外采用GPRS記錄器或衛(wèi)星通信記錄器將采集的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，如氣象因子、土壤墑情、水文、水質(zhì)等信息，以各種時(shí)間間隔（每分鐘、每小時(shí)、每天）發(fā)送到網(wǎng)站上，用戶只要能上網(wǎng)，既可瀏覽實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。ENVIdata 系統(tǒng)允許用戶設(shè)立各種報(bào)警條件，超限的數(shù)據(jù)可通過(guò)郵件或短信發(fā)給用戶。采集記錄的所有數(shù)據(jù)文件可通過(guò)郵件發(fā)送給用戶，也可定時(shí)發(fā)送到其它數(shù)據(jù)分析或?qū)＜蚁到y(tǒng)。多站點(diǎn)用戶還可在地圖上實(shí)時(shí)顯示各站點(diǎn)情況，實(shí)現(xiàn)墑情旱情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理。

ENVIdata系統(tǒng)可采集的參數(shù)

土壤：水分、溫度、電導(dǎo)率、土壤CO2

植物/作物：冠層溫度、高度、莖干變化、液流

氣象：降雨量、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、蒸發(fā)、輻射

光譜：NDVI、可見(jiàn)光、紫外、近紅外、遠(yuǎn)紅外

ENVIdata系統(tǒng)國(guó)外應(yīng)用

澳大利亞農(nóng)場(chǎng)、加利福尼亞的酒葡萄園、瑞士的甘蔗種植園、南非的蘋果園、肯尼亞的蔬菜種植園，新疆建設(shè)兵團(tuán)在棉花的灌溉管理中已經(jīng)采用該系統(tǒng)的灌溉預(yù)報(bào)模塊，研究根系的吸水模式和耗水量。

ENVIdata 在國(guó)內(nèi)水利領(lǐng)域的應(yīng)用范圍及前景

Envidata土壤墑情與旱情監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器采用雙重通道隔離技術(shù)，利用FTP進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送。15個(gè)傳感器模擬輸入通道，*多可擴(kuò)展到300個(gè)模擬輸入，另有12個(gè)靈活的數(shù)字通道，極大方便了用戶的各種測(cè)量需求，用戶還可以自定義內(nèi)存分配空間和存儲(chǔ)形式。

該系統(tǒng)所使用的TDR土壤水分傳感器利用目前世界先進(jìn)的TDR時(shí)域反射技術(shù)，建立了時(shí)間采樣技術(shù)，能夠滿足水利部門墑情旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)對(duì)土壤水分儀器穩(wěn)定性和可靠性的**要求，實(shí)現(xiàn)土壤水分的精確測(cè)量。其在水利部墑情項(xiàng)目比測(cè)中名列前茅。

該系統(tǒng)應(yīng)用的軟件獲得了中華人民共和國(guó)國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)的登記證書，享有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該系統(tǒng)的研發(fā)及系統(tǒng)集成嚴(yán)格按照質(zhì)量管理體系進(jìn)行，完全符合GB/T19001-ISO9001：2008的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，并獲得了相應(yīng)的ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書！

總之，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)、連續(xù)、原位監(jiān)測(cè)土壤水分、溫度、水勢(shì)的變化，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程遙測(cè)墑情，結(jié)合降雨量、農(nóng)田小氣候信息以及工程、農(nóng)藝、管理等節(jié)水措施，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)資料、土壤結(jié)構(gòu)、作物生育期，結(jié)合水源供應(yīng)情況，科學(xué)監(jiān)測(cè)不同土壤類型、不同種植結(jié)構(gòu)、不同可供水量條件下的農(nóng)田水分動(dòng)態(tài)狀況，實(shí)時(shí)跟蹤土壤墑情變化，及時(shí)調(diào)整適宜灌水時(shí)間和適宜灌水量，并能夠通過(guò)網(wǎng)站定期向農(nóng)民發(fā)布預(yù)報(bào)結(jié)果，指導(dǎo)適時(shí)、適量的科學(xué)節(jié)水灌溉。為研究人員分析墑情信息、科學(xué)制定抗旱方案提供**手田間數(shù)據(jù)資料，為正確指揮抗旱救災(zāi)、**限度地減輕災(zāi)害損失提供決策支持。

該系統(tǒng)已經(jīng)在中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、水利廳局、交科院、農(nóng)科院等多個(gè)密切關(guān)注土壤墑情、需要進(jìn)行土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的單位得到了廣泛應(yīng)用。其中中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所于2008年即在北京大興試驗(yàn)基地安裝了該套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了土壤水分、溫度、電導(dǎo)率（鹽分）的實(shí)時(shí)、連續(xù)、原位監(jiān)測(cè)以及遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)自2008年安裝以來(lái)，已連續(xù)運(yùn)行5年，傳感器及采集器性能穩(wěn)定可靠，維護(hù)操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)精度滿足科研及應(yīng)用要求，為完成該所承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金、“863”計(jì)劃項(xiàng)目中與水肥優(yōu)化管理相關(guān)內(nèi)容的研究提供了大量翔實(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

Envidata土壤墑情與旱情監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)列入中國(guó)水利部科技推廣中心“2013年度水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄”

ENVIdata 在國(guó)內(nèi)水利領(lǐng)域的技術(shù)指標(biāo)

1、數(shù)據(jù)采集器

采用雙重通道隔離技術(shù)，2個(gè)串行的’智能傳感器’端口，FTP用于數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送，Modbus用于SCADA系統(tǒng)，用戶可自定義內(nèi)存分配空間和存儲(chǔ)形式，支持SDI-12傳感器 (多個(gè)網(wǎng)絡(luò))，Web網(wǎng)絡(luò)接口

l 通道：2/6通道設(shè)置，10個(gè)SDI傳感器

l 采樣：**采樣速度25Hz；有效采樣分辨率18位，線性0.01％

l 顯示：2線16字母的LCD液晶顯示和6個(gè)按鍵用于查看通道及數(shù)采狀態(tài)和功能執(zhí)行

l 內(nèi)置存儲(chǔ)：128MB內(nèi)存(10，000，000數(shù)據(jù)點(diǎn))

l U盤存儲(chǔ)：兼容USB1.1或USB2.0驅(qū)動(dòng)，每兆約90，000采集數(shù)字點(diǎn)

l 通訊：RS232、USB、以太網(wǎng)等

l 溫度范圍：-45-70℃

l 工作濕度：0-85％（無(wú)水汽凝結(jié)）

l 電源外接：10-30VDC

l 內(nèi)置時(shí)鐘精準(zhǔn)度：±1分鐘/年（0-40℃）；±4分鐘/年（-40-70℃）

l 采樣間隔：10ms至多日，可自定義；

l 輸出值種類：平均值， **值， *小值， 取樣值 (Sample)， 向量值， 累計(jì)值 ( Totalize )等。

l 報(bào)警：高、低，范圍內(nèi)和范圍外，可選擇延遲時(shí)間。

2、TRIME-PICO-64/32土壤水分傳感器