节水灌溉自动检测技术

现代节水灌溉技术节水灌溉自动监测技术2014.09自动观测气象站自动观测气象站自动气象站是由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集传输的气象站，主要用于气压、气温、相对湿度、风向、风速、雨量、土壤温度等基本气象要素的自动采集、处理和存储，由计算机实时控制和采集处理生成气象业务需要的实时、非实时资料以及各种报表，可以连续自动测量各种气象要素值，完全代替了观测员的工作。一、自动观测气象站的概念自动观测气象站二、自动观测气象站的工作原理自动气象站是由单片机进行实时控制和采集处理气象数据的自动观测系统。各种自然环境气象要素的变化，使各个传感器输出的电量也产生相应变化，由单片机控制的数据采集器能实时采集这种变化。自动观测气象站自动气象站是由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集传输的气象站。通常有以下两种形式：（1）有线遥测自动气象站（2）无线遥测气象站（无人气象站）三、自动观测气象站的类型自动观测气象站有线遥测自动气象站自动观测气象站1.仪器的感应部分与接收处理部分相隔几十米到几公里，其间用有线通信电路传输。2.由气象传感器，接口电路、微机系统、通讯接口等组成。3.传感器将气象信息转换成电信号由接口电路输出。4.微机系统是它的心脏，负责处理接口电路及观测员通过键盘输入的信号，并将处理结果输出显示、打印、存盘，也可通过接口送到信息网络服务系统。5.这种自动站早期用于实时查询气象资料，现在逐渐取代气象站日常主要观测工作。（一）有线遥测自动气象站自动观测气象站无线遥测气象站（无人气象站）自动观测气象站1.能自动观测、自动发报、自动整理和远距离控制的地面气象综合观测装置称为无人气象站，或称自动气象站。2.无人气象站一般安置在荒无人人烟的沙漠、远离大陆的海岛、人迹罕至的雪域高原等地方。3.无人气象站一般由传感器、变换器、数据处理装置、资料发送装置、电源等部分组成。（二）无线遥测气象站（无人气象站）自动观测气象站4.变换器是将传感器感应的气象参数转换成电信号（比如电压、电流、频率等）；5.数据处理装置则将对这些电信号进行处理，再转换成对应的气象要素值。6.经过处理的气象要素数据按规定的格式编排，经资料发送装置用有线或无线方式传给用户，或存贮在磁带上，由用户定期回收。7.电源是为气象站正常工作提供动力的，通常使用蓄电池，并用太阳能给电池充电。

（二）无线遥测气象站（无人气象站）自动观测气象站

（二）无线遥测气象站（无人气象站）8.整个系统由一部微机按事先编好的程序进行管理。9.自动气象站观测项目通常为气压、气温、相对湿度、风向、风速、雨量等基本气象要素，经扩充后还可测量其它要素。10.按用途不同，自动气象站可分为自动气候站、自动天气站、特殊用途的自动站。自动观测气象站11.特殊用途的自动站如自动雨量站，能自动感应测定雨量，向防汛和生产指挥部门提供雨情服务。12.人们往往在一个区域用许多自动雨量站组成一个站网，以便及时取得整个区域的降水量资料。自动观测气象站四、自动观测气象站的基本结构自动气象站由硬件和系统软件组成，硬件包括传感器、采集器、通讯接口、系统电源、计算机等，系统软件有采集软件和地面测报业务软件。为了实现组网和远程监控，还须配置远程监控软件，将自动气象站与中心站联接形成自动气象观测系统。现用自动气象站主要采用集散式和总线式两种体系结构。集散式是通过以CPU为核心的采集器集中采集和处理分散配置的各个传感器信号；总线式则是通过总线挂接各种功能模块（板）来采集和处理分散配置的各个传感器信号。自动观测气象站土壤墒情自动检测技术土壤墒情自动检测技术土壤墒情是指作物根系层土壤含水量状况，是最重要和最常用的土壤信息之一，通常用土壤湿度(土壤含水量)或土壤水张力(负压)来表示，受土壤、气象、作物和灌溉排水等多种因素的影响，随时间不断变化。科学地控制调节土壤水分状况是进行节水灌溉、实现科学用水和灌溉自动化的基础。一、土壤墒情的概念土壤墒情自动检测技术二、土壤墒情的测定方法长期以来，人们采取多种措施来调节土壤墒情，以使土壤的墒情满足作物正常生长的需要。要调节土壤墒情，就必须解土壤的墒情状况，也就是要了解土壤含水量的多少。除了以经验的方法定性地判断土壤墒情外，早在300多年前就已经开始利用仪器对土壤墒情进行测量。土壤墒情自动检测技术１．烘干法

也叫重量法，是被公认的最经典和最精确的方法，因操作简单，曾得到广泛应用，是直接测定的方法。水分测定仪土壤墒情自动检测技术２．放射法最常用的是中子仪法，又称中子土壤湿度计。其测定原理是将中子源埋入待测土壤中，中子源不断发射快中子，然后测量快中子与土壤水分中氢原子碰撞而转化为慢中子的数量来感知土壤水分状况。中子土壤湿度计土壤墒情自动检测技术３．张力计法通过测量土壤水分张力(负压)来显示土壤水分状况的方法。优点是结构简单，易于操作，可直接测量出土壤水势，对土壤结构破坏较少，因此使用较为广泛。缺点只能测定土壤的基质势，且只有知道土壤水分特征曲线才能计算出土壤含水量，另外当土壤干湿交替变化频繁时，含水量测得不太准确。另外由于负压计具有滞后性，往往不能及时反映土壤水分状况，这使张力计的使用受到了限制。张力计土壤墒情自动检测技术４．TDR法TDR是时域反射仪的简称，是一种利用电磁脉冲方法，根据电磁波在介质中传播速度来测试介质的介电常数的仪器。TDR测定的土壤表层的含水量比中子仪所测定的精度要高时域反射仪土壤墒情自动检测技术５．遥感方法

利用星载或机载传感器从高空遥感探测地面土壤湿度状况的方法均归入此类，又可分为表观热惯量法、干旱指数法、植被指数方法等。采用遥感技术测定土壤含水量，主要依赖于测定从土壤表面反射或散出的电磁能。遥感技术可以迅速、多时相地获得某一地区大面积上地面墒情信息，具有分辨能力高、视野大、时效快的优点。遥感土壤温度土壤墒情自动检测技术土壤墒情的自动监测土壤墒情自动检测技术作物水分诊断技术作物水分诊断技术一、作物水分诊断技术（一）作物水分诊断原理目前，进行作物水分亏缺诊断的方法可分为间接估算法、直接测定法和综合法三类。间接估算法是根据对引起作物水分亏缺的环境因素（如土壤湿度或水势和空气湿度等）的测定诊断作物水分亏缺状况；直接测定法是对作物自身水分亏缺的直接测定；综合法则是根据环境因素和作物本身的水分生理指标的测定来综合诊断作物的水分亏缺状况。作物水分诊断技术（二）作物水分诊断方法１.叶水势植物水势反映了土壤、植物和大气条件对植物体内水分可利用性的综合影响。叶水势除了受土壤条件影响外，还随气象条件变化，叶水势在一天中会随大气条件的变化而变化。研究表明，与午后叶水势最低值相比，凌晨叶水势受大气变化影响较小、较稳定，可以更好地反映作物水分亏缺状况。水势测定作物水分诊断技术２．气孔导度（气孔阻力）气孔是CO2和水分进出植物体的通道。叶片的气孔导度与蒸腾之间具有显着的相关性，气孔导度大，蒸腾就强；反之，蒸腾就弱。气孔导度的变化作物水分诊断技术３.茎秆直径变化植物茎秆直径微变化来源于生长及体内水势的变化，当根系吸水充足时茎杆微膨胀，水分亏缺时茎秆微收缩，能实时、准确地反映植株体内水分状况及环境因素对植物的影响。目前，测量植物茎直径变化一般采用线性位移传感器，固定在茎杆测量部位，通过与数据采集器相连接，可以自动记录，一次安装后能在一个较长的生育期间连续测定，不会破坏植物正常生理活动。植物茎秆的变化作物水分诊断技术

４．冠层温度冠层温度是环境和植物内部因素共同影响叶片能量平衡的结果，在植物因素中最主要的就是气孔。有关作物生理指标用于诊断水分亏缺日益广泛，但是众多诊断指标都由于其基本原理和操作可行性有其特定的适用性和局限性。冠层温度观测作物水分诊断技术实时灌溉预报技术实时灌溉预报技术一、灌溉预报原理与类型1.溉预报原理

灌溉预报是对在一定条件下作物所需要的灌水日期及灌水定额所进行的预测，是编制动态合理用水计划的基础。在对各田块初始水分状况进行修正后，通过一定的方法预测出未来一定时期作物的蒸发蒸腾量、降水量、可能的水文气象、水文地质条件等因素后，就可依据水量平衡原理对各种作物的各次灌水定额和灌水日期进行预测。实时灌溉预报技术（１）“静态”灌溉预报:我国大部分灌区编制用水计划普遍采用常规的所谓”静态”灌溉预报方法，即根据历史资料，制定出几种典型水文年的用水计划；在执行过程中，再依据现在的气象、水文等情况进行调整，做出预报。（２）“实时”灌溉预报:为提高预报准确性，以各种农田最新“实时”资料和最近期的各种预测资料为依据，通过计算机模拟和分析，逐次预测作物所需灌水日期及灌水定额。２.灌溉预报的类型实时灌溉预报技术二、作物需水量(ET)实时预报实时灌溉预报的基础是作物需水量ET的实时预报，提出可靠、准确、又便于应用的ET实时预报方法。实时灌溉预报技术１.作物需水量(ET)预报作物需水量(ET)是指作物蒸腾量与棵间蒸发量之和，即蒸腾蒸发量。它等于土壤-植物-大气连续体系中水分传输的速率，能影响该体系中水分传输与水气扩散的任何因素，包括气象因素、作物因素和土壤因素，均能影响ET。ET与这些影响因素的关系见式：ET=F(S,P,A)式中ET——作物需水量；S——土壤因素；P——植物因素；A——气象因素。实时灌溉预报技术２.参照作物需水量(ET0)的预报

参照作物需水量ET0简称参照需水量，是用以反映各种气象条件对作物需水量影响的综合因素。式中与——海平面与预报地点平均气压(hPa)；Δ——饱和水气压随温度的变率(hPa/e)；——湿度计常数(hPa/e)；——饱和水气压(hPa)；——实际水气压(hPa)；——净辐射，以蒸发能力计(mm/d)，可以用总辐射、日照时数与

算出；——2m高处日平均风速(m/s)；——风速修正系数。实时灌溉预报技术三、作物灌水日期与灌水定额预报１.旱作物灌水日期与灌水定额预报对于旱作物，一定时段内在无灌溉条件下，若无地下水补给量，田间水量平衡方程如下式式中ωt——第

日作物根系吸水层(深度为

中平均土壤含水率(占干土重%，下同)；ω0——预报时段初土壤含水率；γ——土壤容重(t/m3)；H——根系吸水层深度(m)；P0——有效降水