[發明專利]基于無線地下傳感器網絡的土壤水分時域測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201210250493.5
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN102749338A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 徐興;洪添勝;蔡坤;岳學軍;劉永鑫;王葉夫;黃雙萍;林濤
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及土壤含水量測量領域，特別涉及一種基于無線地下傳感器網絡的土壤水分時域測量方法及裝置。

背景技術

土壤含水量信息的準確測定對滿足日益發展的土壤科學研究和現代化精準農業對大量、快速、準確的農田區域范圍土壤水分動態信息的需求、提高我國農業灌溉用水效率、確保農業可持續發展、緩解我國用水危機具有重要意義。

傳統的土壤水分傳感器存在小尺度點測量的問題，無法有效實現較大范圍農田區域土壤含水量信息的有效獲取，采用無線傳感器網絡結合土壤水分傳感器的方式可以實現農田土壤區域土壤水分的測量，但其含水量監測的本質還是基于土壤水分傳感器的點測量技術，點測量范圍之外的土壤含水量信息需要采用估計的方式來得到，因此與實際情況還存在一定的差異，而且由于需要使用大量的土壤水分傳感器，部署成本比較昂貴。目前用于土壤環境信息監測的無線傳感器網絡多屬于地上無線傳感器網絡系統，通常是采用有線的方式將傳感器連接到地面上的無線收發設備來進行工作的，這些暴露在地面上的設備不但影響耕作，無線節點本身可能也會因為地理、氣象等自然因素使得自身的無線發射功能受到嚴重影響。

基于這些弊端，一種無線地下傳感器網絡（wireless?underground?sensor?networks，WUSN）為地下監測提供了新的手段，成為土壤環境信息監測研究的新方向。

無線地下傳感器網絡是指大部分傳感器節點位于地下土壤中，以無線電作為通信媒質的一種全新的傳感器網絡，由美國佐治亞理工學院寬帶無線通信(Broadband?Wireless?Networks，BWN)實驗室(Akyildiz?and?Stuntebeck?2006)于2006年率先提出。與現有的地上無線傳感器網絡相比，無線地下傳感器網絡具有隱藏性強，易于布設，數據及時，可靠性強，覆蓋范圍大，監測效果均勻，容易升級等特點。

因此，如何在無線地下傳感器網絡基礎上，設計出一種成本較低，可靠性較高的土壤水分測量方法和裝置具有極高的理論和實際意義。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于無線地下傳感器網絡的土壤水分時域測量方法，該方法無需使用大量的土壤水分傳感器，實現了土壤含水量信息的有效測定，具有低成本測定、信息化采集的優勢。本發明的另一個目的在于提供一種實現上述方法的基于無線地下傳感器網絡的土壤水分時域測量裝置。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：基于無線地下傳感器網絡的土壤水分時域測量方法，由若干個部署在土壤里面的無線地下節點組成無線地下傳感器網絡，通過測定無線地下節點之間電磁波信號的傳播時間得到土壤含水量信息。

包括以下步驟：

（1）將無線地下節點根據預先設定的無線地下傳感器網絡部署圖部署在待測的土壤里面，組成無線地下傳感器網絡；

（2）無線地下傳感器網絡選擇兩個未用來檢測含水量、且相互距離固定為d的無線地下節點，即一個無線地下節點對，組成一個測量對，并將其中一個設定為測量主節點，另外一個設定為測量副節點；主節點和副節點均設有計時模塊；

（3）主節點和副節點之間相互發送電磁波信號，在信號傳遞過程中主節點和副節點中的計時模塊分別記錄下各自發射和接收信號時的時間，進而得到電磁波在二者之間往返傳播的時間；

（4）利用下式計算得到土壤含水量θ：