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一種騰散力自動測試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種騰散力自動測試系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括觀測站、中心數(shù)據(jù)采送站和中心管理站，所述觀測站由騰散力傳感器、冠層溫度儀、TDR土壤水分儀以及自計雨量計依次連接而成，所述中心數(shù)據(jù)采送站內(nèi)設有數(shù)字采集發(fā)送系統(tǒng)，所述數(shù)字采集發(fā)送系統(tǒng)由冠層溫度數(shù)采儀、雨量數(shù)采儀、騰發(fā)力數(shù)采儀、土壤水分數(shù)采儀依次連接而成，所述中心管理站由無線接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)通過電纜線依次連接而成。本發(fā)明實現(xiàn)了農(nóng)田以及林草地水分環(huán)境的監(jiān)測調(diào)控的一體化和遠程化。為農(nóng)牧業(yè)現(xiàn)代化、機械化的生產(chǎn)管理奠定了條件。
【專利說明】一種騰散力自動測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)【技術領域】，涉及一種可用于農(nóng)田、林草地的騰散力自動測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]我國農(nóng)田以及人工、天然草地水分狀況以及環(huán)境條件的監(jiān)測目前多由人工半人工進行，不僅耗時費工，且難以滿足管理調(diào)控的即時需要，隨著IT技術的發(fā)展，越來越多的自動化測試方法應用到農(nóng)業(yè)當中。目前，國外一些農(nóng)業(yè)技術發(fā)達的國家，將先進的電子技術、計算機和控制技術運用到了農(nóng)田、草地(人工及天然草地)蒸發(fā)蒸騰能力以及農(nóng)田環(huán)境因子的自動監(jiān)測系統(tǒng)中，大大提高了勞動效率和生產(chǎn)力，也給農(nóng)田以及林草地環(huán)境條件適時調(diào)控的實現(xiàn)成為可能?，F(xiàn)有技術中對草地騰散力測試系統(tǒng)采集的信息及控制狀態(tài)只能在監(jiān)控系統(tǒng)平臺上顯示，未在各終端節(jié)點實現(xiàn)信息及狀態(tài)的顯示，而且灌區(qū)計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般采用集散型數(shù)據(jù)采集控制技術，通過網(wǎng)絡或者數(shù)據(jù)總線將各現(xiàn)場測控單元與上位控制計算機連接起來，在信息查詢上未實現(xiàn)遠距離實時傳輸、查詢。目前中心站雖能集中采樣，但騰散力觀測站尚未實現(xiàn)一體化，導致安裝較為繁瑣，工作量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種可用于農(nóng)田、林草地騰散力自動測試系統(tǒng)及方法，快速、直接自動獲取農(nóng)田、草地蒸發(fā)蒸騰量，并能對農(nóng)田(含天然、人工草地)小氣候以及土壤水分環(huán)境因子的快速獲取。實現(xiàn)了農(nóng)田以及林草地水分環(huán)境的監(jiān)測調(diào)控的一體化和遠程化。為農(nóng)牧業(yè)現(xiàn)代化、機械化的生產(chǎn)管理奠定了條件。其具體技術方案為:
[0004]一種草地騰散力自動測試系統(tǒng)，包括觀測站、中心數(shù)據(jù)采送站和中心管理站，所述觀測站由騰散力傳感器、冠層溫度儀、TDR 土壤水分儀以及自計雨量計依次連接而成，所述中心數(shù)據(jù)采送站內(nèi)設有數(shù)字采集發(fā)送系統(tǒng)，所述數(shù)字采集發(fā)送系統(tǒng)由冠層溫度數(shù)采儀、雨量數(shù)采儀、騰發(fā)力數(shù)采儀、土壤水分數(shù)采儀依次連接而成，所述中心管理站由無線接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)通過電纜線依次連接而成。
[0005]進一步優(yōu)選，所述冠層溫度儀為紅外冠層溫度儀。
[0006]觀測站各傳感器通過電纜線與中心數(shù)據(jù)采送站和DT80數(shù)采機聯(lián)接，數(shù)采機通過電纜與無線信號發(fā)送設備聯(lián)接，中心管理站應用專用無線接收設備即時接收、存儲系統(tǒng)信號，并在需要時適時輸出，以供應用。
[0007]一種騰散力自動測試方法，包括以下步驟:
[0008]I)指標獲取:通過蒸散力、冠層溫度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、降水量等專用傳感器，獲得設定時段內(nèi)的蒸散發(fā)量、降水量，以及設定時間點的瞬間冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度指標；
[0009]2)指標采集與轉發(fā):通過DT80數(shù)采機將蒸散發(fā)量、降水量、冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度傳感器輸出信號轉化為無線網(wǎng)絡傳輸信號，并通過發(fā)送設備定時發(fā)送；
[0010]3)指標接收與下載:通過專用的網(wǎng)絡空間接收并存儲數(shù)據(jù)，通過登錄網(wǎng)絡空間查看、下載數(shù)據(jù)，并下載到專用存儲設備中，在需要時進行數(shù)據(jù)輸出；
[0011]4)指標分析與調(diào)控指令下達:在指標分析的基礎上，遠程設定設備觀測時間間隔等監(jiān)管參數(shù)，進行系統(tǒng)管理；也可下達“灌溉設備啟動”等調(diào)控指令。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0013]可明顯的減輕農(nóng)田灌溉是研究的監(jiān)測用工，提高觀測數(shù)據(jù)以及試驗研究的精準度和連續(xù)性；較好的實現(xiàn)大田作物、大面積的蒸發(fā)蒸騰耗水量以及農(nóng)田土壤水環(huán)境以及田間小氣候環(huán)境的實時監(jiān)測、無線遠程傳輸，以及灌溉、抗旱決策管理，從而保證作物的正常生長，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明騰散力自動測試系統(tǒng)中觀測站、中心數(shù)據(jù)采送站的結構示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明騰散力自動測試系統(tǒng)的中心管理站結構示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明騰散力自動測試方法的流程圖。
【具體實施方式】:
[0017]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0018]參照圖1-圖2，一種草地騰散力自動測試系統(tǒng)，包括觀測站、中心數(shù)據(jù)采送站和中心管理站，所述觀測站由騰散力傳感器、冠層溫度儀、TDR 土壤水分儀以及自計雨量計依次連接而成，所述中心數(shù)據(jù)采送站內(nèi)設有數(shù)字采集發(fā)送系統(tǒng)，所述數(shù)字采集發(fā)送系統(tǒng)由冠層溫度數(shù)采儀、雨量數(shù)采儀、騰發(fā)力數(shù)采儀、土壤水分數(shù)采儀依次連接而成，所述中心管理站由無線接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)通過電纜線依次連接而成。所述冠層溫度儀為紅外冠層溫度儀。
[0019]觀測站各傳感器通過電纜線與中心數(shù)據(jù)采送站和DT80數(shù)采機聯(lián)接，數(shù)采機通過電纜與無線信號發(fā)送設備聯(lián)接，中心管理站應用專用無線接收設備即時接收、存儲系統(tǒng)信號，并在需要時適時輸出，以供應用。
[0020]如圖3所示，一種騰散力自動測試方法，包括以下步驟:
[0021]I)指標獲取:通過蒸散力、冠層溫度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、降水量等專用傳感器，獲得設定時段內(nèi)的蒸散發(fā)量、降水量，以及設定時間點的瞬間冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度指標；
[0022]2)指標采集與轉發(fā):通過DT80數(shù)采機將蒸散發(fā)量、降水量、冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度傳感器輸出信號轉化為無線網(wǎng)絡傳輸信號，并通過發(fā)送設備定時發(fā)送；
[0023]3)指標接收與下載:通過專用的網(wǎng)絡空間接收并存儲數(shù)據(jù)，通過登錄網(wǎng)絡空間查看、下載數(shù)據(jù)，并下載到專用存儲設備中，在需要時進行數(shù)據(jù)輸出；
[0024]4)指標分析與調(diào)控指令下達:在指標分析的基礎上，遠程設定設備觀測時間間隔等監(jiān)管參數(shù)，進行系統(tǒng)管理；也可下達“灌溉設備啟動”等調(diào)控指令。
[0025]系統(tǒng)主要技術參數(shù):
[0026]1.觀測站:[0027]觀測站主要由騰散力傳感器、紅外冠層溫度傳感器、近地層空氣溫濕度傳感器、土壤水分傳感器以及雨量傳感器組成。
[0028](I) 3710E蒸騰蒸發(fā)力傳感器
[0029]I)精度:±1%蒸發(fā)水。
[0030]2)分辨率:0.01英寸。
[0031]3)輸出:單一脈沖/0.01英寸ET,輸出的脈沖信號是類似于一個標準雨量桶輸出的脈沖信號。
[0032]4)工作環(huán)境:溫度，(TC?70°C，如果使用電池最大到54°C ;濕度，O?100% RH ；結構，防水。
[0033](2) S1-111冠層紅外溫度傳感器
[0034]I)數(shù)據(jù)采集器通道:一個差分(熱電堆)，一個單端(熱敏電阻)；
[0035]2)輸入電源:2.5V激發(fā)，用于熱敏電阻；
[0036]3)絕對精度:±0.2°C @-10-65°C ;±0.5°C @_40_70。。；
[0037]4) 一致性:±0.10C 1-10-65°C ;±_。3°C 1-40-70°C ；
[0038]5)可重復性:±0.05 °C @-10-65 °C ;±0.1°C 1-40-70°C ；
[0039]6)響應時間:小于I秒@目標溫度變化；
[0040]7)目標溫度輸出信號:60μ V/°C，不同于傳感器體溫；
[0041]8)體溫輸出信號:0-2500mV ；
[0042]9)光學鏡頭:鍺鏡頭；
[0043]10)波長范圍:8-14 μ m(相當于大氣環(huán)境窗口)；
[0044]11)視角(FOV):22半角，F(xiàn)OV是圓錐體頂點的半角，通過目標(圓錐體底部)和探測器(圓錐體頂點)形成該FOV ；
[0045]12)工作環(huán)境:-55-8(TC ；0~100% RH ；
[0046](3)PHT2v-02空氣溫濕度傳感器
[0047]I)電壓輸出:5mA，8-24VDC ;
[0048]2)電流輸出:20mA，12-30VDC ；
[0049]3)溫度:校準測量范圍，-50-500C ;在(TC情況下的精度為，由美國NIST頒布的標定證書，精度為±0.3°C #±0.1°C (可選)；
[0050]4)傳感器類型:IOOOOhm鉬電阻
[0051]5)輸出信號:4線鉬電阻(只有41342有)
[0052]6)電壓輸出:0-lVDC
[0053]7)電流輸出:4-20mA
[0054](4) TRIME PIC032 土壤水分溫度傳感器
[0055]I)測量范圍:0-100%體積含水量；
[0056]2)測量精度:±1%;
[0057]3)測量重復精度:±0.2% ;
[0058]4)工作溫度:_15°C?+50°C (可定制其他溫度范圍)；
[0059]5)供電:7_24V DC ;
[0060]6)耗電:待機1mA，測量時IOOmA (持續(xù)2?3秒)。[0061](5)3525R數(shù)字式翻斗雨量傳感器
[0062]I)采用自排水設計；
[0063]2)圓筒形雨水收集器直徑20.5cm ；
[0064]3)翻斗式雨量記錄，每翻一次室內(nèi)計數(shù)器自動增加讀數(shù)；
[0065]4)單次最大記錄雨量254mm ；
[0066]5)單位mm或in可選；
[0067]6)測量精度:±2% (當降雨量小于5cm/h時)；
[0068]7) Reset鍵可以將讀數(shù)置零；
[0069]8)內(nèi)置鋰電池，使用壽命長；
[0070]9)外接電纜長可達18m。
[0071]2.中心數(shù)據(jù)采送站
[0072]DT80數(shù)據(jù)采集器由澳大利亞Datataker公司生產(chǎn)，是一款堅固、獨立、低能耗的數(shù)據(jù)采集器，具有支持USB盤、18位分辨率、通訊性能可擴展及內(nèi)嵌顯示屏等特性。DT80的雙通道隔離概念可同時使用多達10個隔離或15個共用參考模擬輸入。
[0073]DT80支持SD1-12傳感器組網(wǎng)，還支持SCADA系統(tǒng)的Modbus、FTP和Web接口、具有可控12V電源為傳感器供電。數(shù)據(jù)采送器技術及參數(shù):
[0074]I)標準配件:①DT80數(shù)采機箱(內(nèi)含DT80數(shù)采，CEM20通道擴展模塊，電池，電源適配器，太陽能充電控制模塊，GPRS通訊模塊)；②太陽能板及安裝支架。
[0075]2)通道:模擬輸入:5-15個單端通道(10個差分)；脈沖通道:12個；數(shù)字I/O 口:8個。
[0076]3)處理器:采用18位A/D轉換器，精度±0.025% ；
[0077]4)存儲:內(nèi)存可存儲130，000個讀數(shù)，可使用PC卡或閃存可存儲(可存儲65，000個讀數(shù))；
[0078]5) U盤存儲:兼容USBL I或USB2.0驅動，每兆約90，000采集數(shù)字點；
[0079]6) IXD液晶顯示，2線16字母的IXD液晶顯示和6個按鍵用于查看通道及數(shù)采狀態(tài)和功能執(zhí)行；
[0080]7)通訊:RS232、USB、以太網(wǎng)等；
[0081]8)采樣間隔:10ms至天，可自定義；
[0082]9)輸出值種類:平均值，最大值，最小值，取樣值(Sample)，向量值，累計值(Totalize)等；
[0083]10)工作溫度范圍:-45?70°C ；
[0084]11)時鐘精準度:約± I分鐘/年0_40°C ;約±4分鐘/年-40?70°C ；
[0085]12)供電電壓:10 ?30V DC ;
[0086]13)工作濕度:85% (無水汽凝結)。
[0087]3.中心管理站
[0088]中心管理站由無線網(wǎng)絡接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)組成，通過計算機實現(xiàn)人機交換，進行系統(tǒng)管理。
[0089]系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通過網(wǎng)絡進入“ENVIDATA遠程數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)”，進行遠程系統(tǒng)參數(shù)測定時間間隔設置、獲取系統(tǒng)監(jiān)測指標數(shù)據(jù)，并對系統(tǒng)運行狀況進行監(jiān)測。正常情況下，登陸網(wǎng)址漏.envidata.net，輸入用戶名和設定的密碼，即可進入工作界面，進行數(shù)據(jù)下載等管理工作以及系統(tǒng)維護等。
[0090]本發(fā)明的技術方案用于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗治沙站的玉米、紫花苜蓿(人工草地)、天然草地的耗水量測定研究之中，經(jīng)多種方法校核驗證，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)具有較高的精準度。系統(tǒng)的應用使的試驗觀測用工減少70%以上，人為的實驗誤差較人工取土稱重減少80%以上，較傳統(tǒng)的TDR法減少40%以上，使研究的精確度大幅度提高。
[0091]項目研究所取得的技術成果(玉米、紫花苜蓿、天然草地需水規(guī)律需水量以及灌溉制度)在當?shù)?內(nèi)蒙古烏審旗)進行了一定規(guī)模的技術示范推廣(面積約I萬畝)，有效地提高了飼草料作物高效節(jié)水灌溉管理的精確度，實現(xiàn)了節(jié)水20%、增產(chǎn)30%、水分生產(chǎn)率提高15%的效果。
[0092]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，本發(fā)明的保護范圍不限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種騰散力自動測試系統(tǒng)，其特征在于，包括觀測站、中心數(shù)據(jù)采送站和中心管理站，所述觀測站由騰散力傳感器、冠層溫度儀、TDR 土壤水分儀以及自計雨量計依次連接而成，所述中心數(shù)據(jù)采送站內(nèi)設有數(shù)字采集發(fā)送系統(tǒng)，所述數(shù)字采集發(fā)送系統(tǒng)由冠層溫度數(shù)采儀、雨量數(shù)采儀、騰發(fā)力數(shù)采儀、土壤水分數(shù)采儀依次連接而成，所述中心管理站由無線接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)通過電纜線依次連接而成。
2.根據(jù)權利要求1所述的騰散力自動測試系統(tǒng)，其特征在于，所述冠層溫度儀為紅外冠層溫度儀。
3.一種騰散力自動測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)指標獲取:通過蒸散力、冠層溫度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、降水量的專用傳感器，獲得設定時段內(nèi)的蒸散發(fā)量、降水量，以及設定時間點的瞬間冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度指標； 2)指標采集與轉發(fā):通過DT80數(shù)采機將蒸散發(fā)量、降水量、冠層溫度、田間空氣溫濕度、土壤溫濕度傳感器輸出信號轉化為無線網(wǎng)絡傳輸信號，并通過發(fā)送設備定時發(fā)送； 3)指標接收與下載:通過專用的網(wǎng)絡空間接收并存儲數(shù)據(jù)，通過登錄網(wǎng)絡空間查看、下載數(shù)據(jù)，并下載到專用存儲設備中，在需要時進行數(shù)據(jù)輸出； 4)指標分析與調(diào)控指令下達:在指標分析的基礎上，遠程設定設備觀測時間間隔等監(jiān)管參數(shù)，進行系統(tǒng)管理；下達“灌溉設備啟動”的調(diào)控指令。
【文檔編號】G01N33/24GK103837663SQ201410058635
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權日:2014年2月21日
【發(fā)明者】郭克貞, 鄔佳賓, 徐冰, 田德龍 申請人:水利部牧區(qū)水利科學研究所