土壤自动化监测系统

1、墒情监测系统实施方案Word文档lllllll1概述11.1建设土壤墒情监测系统的必要性 1.1.2系统建设任务1.1.3系统建设目标2.1.4系统设计依据2.1.5系统设计原则2.1.6影响墒情变化的主要因素 3.1.7墒情监测要素 3.1.8 主要专业术语解释 5.2墒情自动化监测系统总体设计 6.2.1总体思路6.2.2系统组成6.2.3系统功能7.2.4系统工作方式及数据流程8.2.5系统特点9.3墒情监测站网及站网布设9.3.1墒情监测站网分类9.3.2 土壤墒情监测基本站点的设置 103.3 土壤含水量垂向测点的布设 1.14墒情遥测站设计124.1设备构成124.2遥测站功能12

2、4.3 土壤墒情监测点区域选建及选站原则和相关土建 1 34.4仪器安装调试及数据校验 154.5主要设备164.5.1墒情传感器 164.5.2数据采集终端 1.75墒情自动化监测系统通信设计 185.1公共交换网（PSTN） 185.2超短波信道1.95.3全球移动通信系统（GSM） 205.4GSM的通用无线分组业务（GPRS） 225.5CDMA通讯网络235.6基于GPRS/CDMA网络的组网解决方案246监测中心站设计286.1中心站系统配置286.1.1硬件配置286.1.2软件配置306.2墒情自动化监测应用软件设计 316.2.1软件设计总体思想316.2.2软件设计原则3.

3、16.2.3软件体系结构326.3中心站主要功能.3.36.4自动气象站的建设336.4.1气象观测概述.3.36.4.2气象采集系统3.47采集系统的可靠性377.1电源管理 377.2雷电防护387.3信道可靠性398系统安全398.1数据安全398.2系统安全409实施组织与培训.4.1附录1墒情监测点的勘查和土壤含水量的测定方法 43附录2 墒情报送制度与报送方法 481概述1.1建设墒情监测系统的必要性土壤墒情监测是水循环规律研究、 农牧业灌溉、水资源合理利用及抗旱救灾 基本信息收集的基础工作。墒情监测负责收集旱作农业、牧业的墒情信息，收集农业和环境干旱的信息。 为指导农牧业灌溉、分

4、析干旱的形成及分布发展、抗旱救灾决策提供准确的信息， 是水资源合理利用，水资源科学管理和抗旱救灾决策的最重要的基础工作。其最 重要的要素是土壤含水量的监测！我国是受干旱影响较为严重的国家， 旱灾平均每两年就要出现一次，平均年 受旱面积为2000万hm2以上，占我国气候灾害的59.3%，因此干旱缺水已成为 制约国家农业和整个国民经济发展的重要因素。 我国从上个世纪中叶就开始了土 壤水份的监测，先后采用了烘干称重、中子水份计和TDR时域反射仪等方法，这 些方法虽然可以实现土壤水份的测量，但均无法在野外、无人职守的状况下自动 工作，更无法实现墒情数据的自动传输、处理和统计，无法适应当前的农业、抗 旱

5、决策以及城市绿化的现代化建设的需要， 造成一种遇旱而抗的被动局面。为此， 有必要建设墒情监测自动化系统，以保证我国经济的持续增长和社会稳定。1.2系统建设任务根据国家墒情监测规和监测站实施方案和实时规程，整个墒情监测系统包 括如下建设任务：测站选址、地理勘查、土建施工、设备采购、安装调试、软件 开发等。根据墒情监测工作需要，从系统集成角度考虑系统建设任务主要包括以下 四方面容：? 采集系统的建设：包括墒情及气象传感器的选型、率定、安装等；? 通讯传输系统的建设：包括通信方式的确定，通信设备的选型，安装调试等; ? 监测应用软件系统的建设：完成软件的开发设计，实现系统集成；? 监测中心网络建设：

6、包括中心站设备配置及其局域网的建设;1.3系统建设目标? 通过墒情自动化监测系统的建设，采用先进的墒情监测仪器，实现无人值守 状况下的自动监测；? 采用先进、可靠、稳定的通讯方式，实现墒情数据的自动传输；? 通过中心监测软件的设计，实现数据的自动处理、统计、分析。通过墒情自动化监测系统的建设准确地引导、组织农民进行农业结构调整和 生产布局的宏观决策，为农技推广部门和农民适时采取补充灌溉及农田蓄水保墒 措施，提高水资源利用效率和效益，为防早抗旱技术措施的应用等提供科学依据。1.4系统设计依据设计的主要依据是：土壤墒情监测规SL000-2005国家防汛指挥系统总体设计大纲国家防汛指挥系统一期工程初

7、步设计总报告国家防汛指挥系统一期工程旱情分中心设计指导书计算机软件开发规GB85661.5系统设计原则规性系统建设中必须依据统一的规和标准，包括数据类型与存储格式，输入输出格 式，用户界面设计等，标准应参照有关国际、国家和行业的标准与规，符合墒情 监测和旱情信息管理系统工程的建设要求。先进性针对系统的具体需要，应综合利用遥测技术、网络技术、GIS技术、数据库技术及其他先进的软件技术与开发工具，来设计和开发系统。可靠性在建设过程中，应采用各种软件质量控制技术，建立质量评估体系，保证系统运行稳定，数据传输安全可靠，数据处理准确无误。实用性要求系统整体结构清晰，系统界面简明直观，各类安装手册、用户手

8、册等文档 详尽明了，系统操作符合工作习惯，易于系统维护，充分满足省抗旱工作需要。 系统利用现有资源进行整合开发，具有较高的资源利用率。集成性要求子系统有良好的集成性，数据调用处理和各种功能实现平滑过渡。开放性软件系统统一采用Windows操作系统平台，增强系统移植性。同时为了对系统 进行修改、补充和不断完善，应采用开放式的结构设计，使系统在具有可扩充性 的软硬件环境下，能在运行过程中不断地添加新的操作功能和加入新的信息，为系统的进一步开发预留接口。1.6影响墒情变化的主要因素? 降水量：自然降水是土壤水分的主要来源，因此降水量的多少成为土壤墒情 变化的决定因素。? 气温：气温通过影响土壤中水分

9、的蒸发，对土壤墒情变化产生重要的影响。? 大风：一般大风持续时间长，空气对流加强，加速了土壤水分损失。? 地形：地形高低不同墒情的分布也不同，一般地势较低的地形墒情较足。? 其它因素：人们的耕作措施、植物蒸腾、光照强度等也对土壤墒情产生重要影响。1.7墒情监测要素墒情和旱情及其发展趋势是同气象条件、 土壤、土壤的水分状态，作物种类 及其生长发育状况密切相关的，因此墒情监测主要是对气象条件、土壤的物理特 性、土壤水分状态、作物种类及生长发育状况四大要素进行监测。（一）气象要素气象观测要素主要有降雨量、 气温、气压、温度、风速、水面蒸发量、地温、 日照等。对于墒情监测区有气象站的区域，为节省费用、

10、避免重复投资，气象信息可 以通过在监测软件系统建立与本地气象中心的， 进行自动搜索；或者与本地气象 中心进行信息共享，通过发送气象简报的形式获得；对于墒情监测区或临近区无气象站的区域和重点灌区可以建立自己的小型 气象站，其中气象观测场的建设应符合气象观测场的规要求， 仪器及设备应按照 气象部门的要求配置，并按照气象部门的观测规来进行气象要素的观测、记录和资料的整编。墒情监测点除收集气象资料外，还应收集当地气象部门的未来天气趋势预 报，以了解墒情监测区的未来天气变化趋势。（二）土壤的物理特性土壤的物理特性由土壤的质地、土壤的结构、土壤的比重、土壤干容重、土 壤空隙度来表达。土壤的质地由当地的土壤

11、颗粒级配清况来决定， 其判别方法采用国际标准分 类方法来进行。土壤垂向分布由层次结构时，需分析不同层次的土壤质地和其他 的物理特性。（三）土壤水份状态土壤水份常数施土壤水份特性的重要指标，主要有饱和含水量，田间持水量、 凋萎含水量及作物不同生长期适宜的含水量。土壤含水量施墒情和旱情监测的主要指标、土壤水份状态可由重量含水量、 体积含水量、土层中的蓄水量和土壤相对湿度四个指标来表达。 具体可根据规的 换算关系来进行换算。另外浅层地下水水位的变化及地下水埋深也是影响土壤墒情变化的重要要 素之一。实际墒情监测中也应对地下水进行监测。（四）作物种类及生长发育状况墒情监测站点还应收集代表区域的作物种植情

12、况，即作物的种类，作物的分布情况及各种作物占总面积的百分比。观测土壤含水量的同时记录作物的播种日 期，作物生长发育期，观察作物的生长发育状况。记录代表地块的作物的水分状态，以涝、渍、正常、缺水、受旱等分级来表 示。收集不同作物、不同生长期的适宜土壤含水量资料， 此含水量值一般以土壤 相对湿度来表示。旱地田间积水时间超过24小时为涝、地下水面达及土壤表层为渍、土壤含 水量小于适宜土壤含水量时为缺水（脱墒）、土壤含水量小于凋萎含水量时为受 旱。收集不同作物不同生长期脱墒和受旱的临界含水量资料，记录脱墒和受旱开 始的日期，受旱的天数，代表区域干旱程度及干旱的分布情况。1.8主要专业术语解释旱作农业区

13、：指主要依靠天然降雨和集水补充灌溉而从事农业生产的区域。 除以粮食安全为核心的种植业外，还包括林果、牧草等种植区域。土壤墒情与早情监测：指通过对降雨量、气温、土壤含水量、农业技术配置、 作物产量、灾害性天气等的观测记载，分析耕地土壤水分动态变化，分析土壤墒 情对作物的影响及旱情程度。土壤墒情评定指标：以土壤含水量与田间持水量比值的百分数表示。根据土壤墒情评价指标，把土壤墒情分为五个等级，即过多、适宜、轻度不足、不足、 严重不足。“过多”为高于相对适宜含水量；“轻度不足”根据生产实际情况确定，介于适宜和不足之间；“不足”为低于相对毛管断裂联系含水量；“严重不足”介于不足和相对凋萎含水量之间。旱情

14、评价指标：把旱情分为轻早、中旱、重旱、极旱四个等级。? 墒情“轻度不足”即为“轻旱”；? 墒情“不足”即为“中旱”；? 墒情“严重不足” 即为“重旱”；? 小于相对凋萎含水量即为“极旱”。2墒情自动化监测系统总体设计2.1总体思路墒情自动化监测系统是一套集土壤含水率数据的采集、传输、存储到对大量 采集数据的集中管理、统计分析、预测以及显示的完整解决方案。系统是基于墒 情监测、墒情预报、旱情分析、旱情统计、抗旱管理功能为一体的综合系统。通过旱情信息中心的建设，完成信息的接收、处理、发布、应用等工作；系 统总体设计灾地市级建立旱情信息站、县级以下设立墒情采集点，建立全面、综 合的旱情数据库和抗旱管

15、理调度模型，为抗旱决策提供科学依据和技术支持。全面实时监测和掌握旱情的发生及发展趋势， 提出相应的抗旱减灾对策，实 现由单一农业抗旱向生产、生活、生态全面抗旱，由被动抗旱向主动防旱抗旱， 由传统抗旱向现代抗旱转变，提高抗旱工作水平！2.2系统组成系统整体由采集终端、数据传输系统及监测中心三部分组成，结构如下图所示。2.3系统功能墒情自动化监测系统能够在线监测土壤湿度、雨量、蒸发量、地下水水位 等旱情监测数据，实现旱情数据的自动采集、记录、处理、传输，同时可以将实 时数据通过多种通讯方式混合组网传送至中心站，通讯信道可实现主备路由自动切换。系统支持多级网络结构，平稳实现计算机网络与遥测网络连接。

16、系统软件 平台采用B/S结构、TCP/IP协议，可在网络计算机上通过浏览器实现数据的在 线浏览，数据库存储采用分布一动态同步数据存储，实现多个节点数据中心数据库之间任意表、站和参数的数据实时同步。（1）遥测系统功能要求实现全省（市）墒情信息自动采集、传输和接收，可采用中心召测、中心巡 测和终端主动发送三种运行方式。（2）旱情信息管理系统功能要求利用现有工作基础，系统采用B/S和C/S混合的多层体系结构。以现有防办 综合数据库为载体，进行一定的增加设计，形成旱情数据库，以地理信息系统为 平台，通过 WEBGIS服务，使用C/S结构旱情相关数据的导入等功能，利用浏 览器进行旱情信息的查询、分析、预

17、测、管理等交互。全面实现实时快速准确地 搜集全省旱情有关的各类信息，如土壤墒情信息、水情信息、气象信息、农情信 息以及水利工程蓄水、引水、提水等情况，通过对各类信息的综合分析，实时监 测旱情发展过程和发展趋势，分析干旱灾害程度及造成的损失和影响，拟定抗旱 减灾方案和对策。从而使省防汛抗旱总指挥部能及时全面掌握全省围的旱情形势 以及旱情对农业生产和群众生活造成的影响，采取有效的防旱、抗旱措施，以使旱灾造成的损失和影响降到最低程度。1）建立旱情综合数据库，实现旱情信息的集中管理和二级信息共享。旱情 数据库依据属性不同分为八类：气象水文数据、抗旱水源数据、抗旱工程数据、 实时旱情数据、社会经济数据、

18、抗旱管理数据、历史旱灾数据、图形数据。数据 库的表结构依据上述八类数据的分类标准，按国家防总表结构形式分别进行表结 构设计。数据库管理系统采用大型网络数据等技术来建立，系统软件设计采用 C/S体系结构（要求在省市级能用），旱情信息查询系统软件设计采用B/S体系结构（要求在省市级能用）。2） 建立空间数据库，整合 GIS数据和其他数据，统立基于服务器（采用 ORACLE数据库平台）的空间地理数据库，实现各种应用系统共享。3）完成COM+组件开发，COM+组件包括基于ArcInfo的电子地图组件，数 据库访问组件、数据统计分析计算组件、墒情预测模型组件、遥感监测预报模型 组件、旱情分析模型组件、旱

19、灾评估模型组件、文件上传组件、用户安全认证组 件。4）完成客户端软件开发，包括属性数据和空间数据库维护、 各种应用模型管 理、日志记录、系统配置。5）完成浏览器端软件开发（要求在省市级能用），包括以下模块：基本信息、 水文信息、水资源信息、墒情信息、遥感信息、旱情分析、旱情预测、旱情统计、 抗旱预案和评价、抗旱会商、系统管理。6） 系统集成和数据库开发要考虑遥感监测系统的数据、二期（77个固定点、 23个移动点和试验站）的数据和气象数据的处理、传输和查询。7）完成系统安全设计，包括数据库备份和恢复、系统资源讯问认证和防病毒 安全。2.4系统工作方式及数据流程系统设计采用间隙式连续工作方式， 连

20、续采样、实时记录最大墒情数据，采 用定时自报和召测/应答的混合工作体制。报送定时可设定为：6小时、8小时、24小时。墒情遥测站可以采用召测、巡测、自报和人工发送四种运行方式。召测：监测中心向墒情监测站发送指令，墒情监测站接收到指令后采集实时 墒情数据， 并将数据发送给监测中心；巡测：监测中心逐个向墒情监测站发送指令， 墒情监测站接收到指令后采集 实时墒情数据， 并将数据逐个发送给监测中心；自报：墒情监测站按设定时间间隔采集数据并发送给监测中心；人工发送：通过终端置数操作，将数据编制并发给监测中心。2.5系统特点? 土壤墒情监测终端操作简便易用，高效省时，取代传统的数据采集方式，从 而节省大量人

21、力物力和时间；? 提供特有的四种运行方式和混合式的工作模式，满足各种不同的应用需求；? 多种数据传输方式可自由选择；? 数据处理和传输完全实现自动化，有效避免在传输过程终由于人为因素造成 的数据失真。3墒情监测站网及站网布设3.1墒情监测站网分类墒情监测站网可分为全国墒情监测站网、地方墒情监测站网和灌区墒情监测 站网三种类型。属于全国墒情监测站网的基本监测站负责向主管部门及协议单位等部门报 送墒情和旱情信息。国家墒情监测站网由国家统一规划，全国墒情监测站网的密度视历史上旱情 和旱作农业、牧业的分布情况而定，对一般县、市，每市、县至少有两个监测点， 易旱县中每县至少三个监测点，历史上旱情严重的市

22、、县，每市、县需有3个以上的墒情和旱情监测点。地方墒情监测站网由地方负责规划，国家级墒情监测站点可纳入地方监测站 网、地方墒情监测站网负责向地方各级主管部门发布墒情监测信息。灌区墒情监测站网由灌区负责规划，主要为灌区的农业灌溉和科学用水管理 服务，同时也有义务向上级主管部门报告墒情和旱情， 地方和国家级站网也可以 利用灌区的墒情监测站点作为自己的基本监测站点。 国家和地方墒情监测站点同 时也可以纳入灌区的墒情监测站网。国家和地方级墒情监测站网的基本站点可分为两类，即可灌溉耕地和牧场的 基本监测站和无灌溉土地的基本监测站，同一地区国家级墒情监测站应有两类墒 情监测点。3.2 土壤墒情监测基本站点

23、的设置国家和地方墒情监测基本站点的观测位置应当相对稳定， 观测点的位置一经 确定不得随意改变，以保持墒情监测资料的一致性和连续性。进行墒情观测的代表性地块的选择应考虑其地貌的代表性，土壤的代表性、 气象和水文地质条件的代表性和种植的作物的代表性。土壤含水量监测点设置在代表性地块中，选择代表性地块时应对其进行调查，其主要容有：（1）地理位置，所属行政区划。周围地形及地物、地貌；（2）水文地质条件，地下水测井情况及地下水理深；（3）土壤质地、土层深度及土壤物理特性；（4）作物种植的种类，种植制度；（5）灌溉条件。在经过调查和代表性分析后，选定代表性地块并作代表性地块的土壤含水量 空间变异性分析，以

24、确定土壤含水量监测的平面空间的取样数目。国家墒情监测站网代表性地块的选择应考虑气象要素、地下水要素的同期观 测条件，代表性地块与气象站在气象条件上不应该有较大的差别。山丘区代表性地块应设在坡面上比降较小而面积较大的地块中，不应设在沟底和坡度大的地块中。平原区代表性地块应设置在平整且不易积水的地块。土壤含水量观测点应布置在地块中央平整的地方，应避开低洼易积水的地 点，且同沟漕和供水渠道保持一定的距离，避免沟渠侧渗对土壤含水量的影响。代表性地块平面布点方法可采用均匀布点法， 一般同时在三个点采样，墒情 监测站的土壤含水量采用同一平面深度三点的均值，采样点之间应保持一定的距离，采样点的位置一经确定，

25、应保持相对的稳定，不应作较大的改变。采样点的确定主要考虑采样位置对周围微地貌的代表性。国家及地方墒情监测站网的基本站点除收集代表性地块的土壤墒情资料外， 在发生脱墒和旱情的情况下，应在代表的区域中进行墒情巡测，巡测点的布设视 土壤、水文地质条件、作物种类代表性等情况来确定。另外，当确定国家和地方墒情和旱情监测点的位置后， 应对站点位置及代表 区域的自然地理、水文气象、地质地貌、农田水利工程及农业种植情况进行调查。 将调查的结果和统计的报表等输入监测中心的数据库，为监测参数的率定，土壤 分类，抗旱决策等更好的服务。3.3 土壤含水量垂向测点的布设土壤含水量垂向测点布设视观测目的、 水文地质条件及

26、土层的厚度来确定观 测土层的深度、观测点的数目。垂向测点的数目可根据观测区域的具体情况采用以下的方案。测点数测点:深度(cm一点法30二点法20、50三点法10、30、50四点法10、30、50、70五点法10、30、50、70、90六点法10、30、50、70、90、110土壤层薄的山丘区和地下水埋深浅的平原区可视具体情况采用一点法和二 点法。国家和地方墒情监测站点的垂向测点布置应相同，地下水埋深浅的平原区 测深可达饱和带上界面。国家和地方墒情测报站网的基本观测站点需采用三点法且测点一经确定后， 不得随意改动测点的布置。国家和地方墒情观测站网的代表区域中的巡测点可采用一点法或两点法。灌区墒情

27、监测站网代表性地块的垂向监测深度可达80cm采用五点法，而巡测点可采用二点法或三点法。以实验和研究为目的土壤含水量观测， 当地下水埋深较大时，土壤层的观测 深度达含水量稳定的支持毛管水带即可， 取土深度超过110cm时取土点的距离步 长可加大、间距可取为30cm超过200cm时间距可采用50cm当垂向土壤存在层次结构时，垂向测点的布置应考虑土壤的层次结构， 在土 壤质地有很大变化且厚度超过20c m的层次中应有观测点。在灌区墒情观测站网 中，若监测任务重，按规规定的要求难以完成墒情同步观测的条件下可以进行垂向测点精简分析。进行不同测点数计算的土层平均含水量对多点法计算土层实际 含水量的代表性分

28、析，精简垂向测点的数目。4墒情遥测站设计墒情遥测站是一种野外工作、无人职守、自动定时采集墒情数据的自动化遥 测站（分为移动站和固定站两种）。主要实现土壤含水率数据的自动采集和存储， 并通过各种通信网络向监控中心报送数据和接受监控中心的指令。4.1设备构成设备配置主要由墒情传感器、墒情遥测终端机、电源系统、通讯设备等组成。 根据地域特点和监测需要遥测站还可配置雨量、温度、蒸发、风速 /风向、气压 等传感器构成旱情综合测站。如下图所示：熾情羅測站纽成相圏4.2遥测站功能遥测站主要功能：?实时、在线自动测量墒情数据;? 可根据现场通信条件选择通信信道设计；? 可设置各种参数，如站号、采样间隔时间、定

29、时自报时间、通信参数等；? 具有随机自报、定时自报和应答功能；? 具有人工置数功能；? 具有固态存储功能，断电时能保存数据和设备信息不丢失；? 具有低功耗特点和电源电压告警功能。4.3 土壤墒情监测点区域选站原则和相关土建土壤墒情监测点区域选建应参照现有的区域类型和农业区划、地貌类型、降水时空分布特点，进行建设。土壤墒情监测点选站原则：标准站建设应体现布局合理、高标准、数据采集可靠原则。在区（片）围， 根据代表土壤类型、耕地类型（旱川地、梯田、塬地、坡耕地）和作物种植制度 等建立墒情监测标准站。墒情监测标准站（点）的构成：每个墒情监测标准站包括一个主点和若干个辅点，以及10亩试验地。主点位置选

30、择应考虑能够代表当地气候类型、地貌地形、土壤类型、生产布 局等因素，须设在空旷平坦、能够反映当地土壤墒情变化特点、并便于进行设备 管理的地块上。每个主点设置 56个辅点。辅点位置应考虑当地耕作制度、灌 溉方式、灌溉保证率、技术模式等因素，位置选择在当地典型旱作农业模式和技 术管理水平的地块上。试验地用于不同技术模式的土壤水分变化试验研究。（一）主点的建立墒情监测主点位置确定后，必须应用GPS定位，并设立保护性标志，长期保 持不变。主点配置定点实时土壤墒情监测设备和小型气象站各一套 （或与当地气象部 门共享气象数据）。建立的主要过程是：选好主点后，开挖一个长 1m,深度为80cm的土壤剖面 坑，

31、将插入探头一面削刮平整，自上而下量取10、20、40、60cm位置标记，手持探头沿平面在标记处平行插入， 直至不动，将探头连线加以固定，并将连线通 过穿线管埋入地下或沿墙面加以固定， 固定好连线后，将连线与由多通道数据采 集器及计算机连线分别进行连接，然后进行仪器调试。仪器调试主要包括以下容， 一是打开监测仪，将数据采集器采集时间定为 5-10分钟进行数据采集，将采集 数据和近年来当地采集数据进行比较， 若发现数据出现问题，应及时对探头进行 调试或将探头重新插入，直至得到较为满意的结果；二是对采集数据进行一定时 间跟踪数据比较，并在相邻近的地方，用酒精燃烧法进行同层次土壤水分测定， 了解仪器安

32、装后土壤墒情变化；三是仪器稳定后，将数据采集器采集时间定为4小时直至6小时采集数据。（二）辅点的建立辅点位置设立在采用不同技术模式的耕种农田里，配置土壤水分速测仪若干 台及土壤采样设备。其监测方法为：根据地形按“S型”线路采样测定，尽可能减少梯田及地边、 地中水分含量的误差，采用交叉法、分、中、边三个部位设置取样点，先将10cm 探头安装在传感器上，水平插入，打开测试仪器，得到10cm 土壤水分数据并进行记录，然后将20cm探头水平插入得到20cm水分数据进行记录，然后向下挖 一铣土（约为20cm）将测定面取平，并将20cm探头水平插入，得到40cm水 分数据进行记录，最后沿用以上方法，测定

33、60cm水分数据进行记录。记录数据 后，填埋好土坑。以上方法应连续多次，求取同一层次多点平均值作为最终的结 果。4.4仪器安装调试及数据校验监测仪器的数据校验工作是墒情监测工作的基础，也是保证监测数据质量， 确保及时、有效地提供上报可靠的监测数据，提高监测技术工作水平重要环节。 为此，各监测站建立后，要求抓紧进行墒情监测仪器与常规测定方法间的比较、 校验工作，以提高监测数据质量。土壤墒情与旱情监测工作一般采用采用仪器测定与试验室化验分析相结合的方法，以仪器监测为主，以试验室分析数据对仪器进行必要校正的方法。同时 各点也采用酒精燃烧法、土壤样品烘干法等常规土壤水分分析方法，进行了土壤 水分监测数

34、据的类比、校验分析。主要工作方法是，在用墒情传感器测定墒情数据时，同时用铝盒采集相应土 层平行土样，并带化验室统一处理后，用常规测定方法主要使用烘干法测定土壤 水分含量，由于烘干法测试的精度较高，样本间测试误差小，能够反映土壤水分 真实结果。并以此为基础，通过大量土壤烘干测试样品比较，根据土壤质地、土 壤田间持水量、土壤容重等统一进行计算，找出水分经典测试方法与速测仪数据 的相关关系及估算值，得出两者间相关数据，对土壤水分数据进行测试校正。4.5主要设备4.5.1墒情传感器土壤墒情监测主要采用仪器测试法这里介绍一下中国农业大学生产的速测仪系列产品。该产品由 SW 1型、 WR-2型土壤水分传感

35、器和TSCH型智能化土壤水分速测仪（固定式）、TSCffi型 智能化土壤水分速测仪（移动式）两部分构成。土壤墒情监测设备可选为“TSC U型固定式土壤水分数据采集器”（固定 式）。该设备由4个SWR 1型土壤水分传感器、多通道数据采集器和计算机构成。SWR 1型土壤水分测量传感器分别埋入 010、1020、2040、40 60厘米土层。多通道数据采集器带电池 RAM，可长期保持数据，备有RS 232通讯 接口，可以与计算机进行通讯。并配有专用软件 Soil Water，具有数据通讯、数 据保存、查看历史数据、删除数据等功能。多通道数据采集器安装在便于管理并 有避雨条件的地方。可通过配置笔记本电

36、脑或移动 PC电脑与多通道数据采集器 的接口随时对接采集相关墒情信息。辅点、试验地的土壤墒情监测采用 TSCII型智能化土壤水分移动式速测仪，由SWRl型土壤水分传感器和以微处理器为核心的智能速测仪两部分组成。它由1个SWR型土壤水分传感器、多通道数据采集器两部分构成。SWR型土壤水 分传感器共有6、10、15、20cm四组可拆式探头组成。其优点是便于携带，可 在瞬间读取监测数据，在农田、设施温室等随着进行土壤墒情监测，应用围较广。 仪器安装调试较为方便。4.5.2数据采集终端一般选用通用的数据采集终端。要求如下：? 采用定型产品，结构简单、可靠、性能先进、低功耗、可以根据不同的 要求进行灵活

37、配制。? 可以远程配置各种采集参数。? 可采集多种类型的传感器数据，集数据采集、存贮及通信于一体，? 可利用超PSTN短波电台、CDMA GPRS等多种通信方式，组建统一的墒情采集、传输网络。? 可以以自报、自报-确认和召测三种工作体制混合组网。? 具有现场显示功能，屏蔽调试数据功能。? 有功耗控制，蓄电池保护和避雷保护措施。5墒情自动化监测系统通信设计墒情自动化监测系统通过通信信道的选择构建墒情通信网，将各个墒情遥测站所采集的墒情及气象等数据包括固态存储数据采集仪获取的土壤水份含量、蒸发、气温、风速风向等信息及人工置入信息，实现准确、及时地传输到地（市） 的相关部门。墒情自动化监测系统常用的

38、通讯方式有：超短波、PSTN GSM CDMAGPRS等，遥测终端支持各种通讯方式，各地应根据当地实际情况选择合适的通讯方式。各种通讯方式可以分为专网和公网两种基本类型。从发展趋势看，使用公网 或依托公网的专网将在墒情自动化监测系统的通讯网络建设中占据更大比例。 下 面对各种通讯做一简要介绍（后面重点介绍 GPRS/CDM的组网）。5.1公共交换网（PSTN）拨号方式是多年来在水文和其它部门广泛使用的的一种具有组网灵活、成本低、维护方便等优势的通信传输手段。但由于系统运行通话费用较高，实时性差， 带宽有限而且发送数据间隔较长，不能及时实时地反映情况。在实际使用过程中 往往作为备用信道使用。拨号

39、网（PSTN，Public Switched Telephone Network ）是利用公用系统实现终端与计算机，终端之间或计算机之间通信的网络。 拨号网是一种数据通信系 统，它是由计算中心子系统、数据通信网络和数据终端三部分组成。 数据通信网 络由交换网或租用专线及相应的数据传输设备构成。 在交换网上，采用话音频带 数据传输方式。接通线路后，由频带调制解调器（ Modem ）转换数据信号完成 数据传输。拨号连接是通过线以拨号方式接入网络的广域网连接方法。 拨号线连 接方法主要用于个人计算机接入In ternet或本地局域网，也可以通过路由器提供 的按需拨号功能，实现局域网的远程互联。（1）

40、适用围用PSTN信道组建报汛通信网，适用于已安装程控的各类墒情遥测站。（2）主要优缺点PSTN组网的主要优点有：a. 适用围广；b. 用PSTN组网，传输速率高，没有无线通信中经常遇到的同频干扰问题，传 输质量也较高；c. 采用专门的调制解调器后，电路的响应速度快，一般一个站点的数据通信在36秒钟即可完成。d. 技术成熟、设备简单，价格低廉。无论是设备造价还是运行经费，都明显 低于无线信道组建的专网。PSTNfi网也有缺点和必须认真对待的问题：(1) 传输时效不甚理想。由于 PSTN采用电路交换方式进行通信，作为交换机，如经过的交换局过多建立通信花费的时间就会增多，同时如采用通用调制解调器，由

41、于沟通电路后还要协商通信速率，这样一个测站数据的传输需要3040秒，在系统容量较大、且采用通用调制解调器的条件下，时效慢的问题相当 突出，可通过在分中心安排多条线路或设置集成转发站来解决。(2) 部分报汛站的属农话线路，线路质量不高，防御自然灾害的能力低；当 线路较长时，建设、维修费用也高，使它应用受到限制。(3) 当采用通用的调制解调器时，其功耗相当大，使用中必须采取节电措施。 一般在不工作时，设计为休眠状态；在需要发送数据时，通过终端设备或振铃信 号上电工作。(4) PSTN属有线通信信道，防雷避雷问题格外重要，若解决措施不得力， 会构成引雷设备，极易造成设备因雷击而毁坏。(5) PSTN

42、用于通信组网后，如何兼顾数据传输和语音通信两种需求，尚待 进一步探索。有关单位正在研发，寻求较实用的技术途径。5.2超短波信道超短波是指工作于VHF/UHF频段(30300MHZ的信道。各地可根据国家 规定结合实际需要选择合适的频段，报请当地无线电管理委员会批准后实施。(1)适用围a. 电信公用通信网不能覆盖的，或虽被覆盖但可靠性较差的站点。b. 平原和起伏不大的小山区和丘陵地区。c. 目前已建成超短波通讯网的地区。（2）优缺点a. 优点信道稳定，基本不受天气影响；技术成熟，设备简单且易于配套，建设周期 短；实时性能好；功耗小，很适合无市电地区运行。b. 缺点和设计中应认真对待的问题在用户拥挤

43、的地区（多为经济发达地区），各种干扰（同频干扰）日趋严重。山区及远距离的超短波通信需在野外高处建中继站，雷击是一个突出问题， 维护管理极为不便。有些地区天线需高挂，从而造成塔杆造价过高。无论从通信的可靠性考虑，还是从节约通信网建设投资来考虑， 每条超短波 电路的专用中继站均不得超过3级。5.3全球移动通信系统（GSM）移动通信是我国近十多年来发展最快的一种通信系统，目前已覆盖我国很多 城镇，不少地区正逐步向农村扩展延伸。 GSM是电信部门向用户提供的一种数字 通信资源，是一种无线通信公网。采用GSM言道组建墒情监测通信网，原则上适用于GS网所能覆盖的站点和地区。 利用GSM言道实施墒情信息传输

44、，可采取两种方案：（1）遥测站、监测分中心均配备手机，在专门通信软件的支持下，依托GSM 公网完成测站-分中心的点对点的墒情数据上报。（2）通过与电信部门的协商，在 GSM信息中心配置专用的墒情数据服务 器，再通过数字数据网（DDN、非对称数字用户环路（ADSL等数字电路完成向 分中心等的数据转发。实践表明，利用GSM公网，特别是GSM专业短信息平台组网，优点突出，技 术也比较成熟。利用GSM短信息平台组网，具有以下优势：a. 系统响应速度快，传输时效好，信道稳定可靠。b. 系统容量较大，可传输的数据量大。一条短信息所能容纳的数据量最多可 达100字节以上。c. GSM 信道无需中继，即可用于

45、无线远程传输，加上它属于双向通信，可方 便地实施远程控制，所以组网十分灵活。d. GSM系统设备体积小、重量轻、功耗低。由于不需要架设室外天线，安装 方便，不仅一次性建设投资少，而且维护管理简单，运行费用低。选用GSMfi网，应注意以下几个问题：a.在进行GSM言道设计时，必须进行测站与GSMS站间的电路测试（估测）。 经验表明，只有在测站所在地的场强比 GSM手机灵敏度高出1020db左右时， 方可保证数据的可靠传输。b.在遥测站由通信终端机所控制的工作模式上， 推荐采用直读模式，以避免 在SIM卡完成数据的存储之后再读数据时可能发生影响下一条短信息接收的问 题。c. 为节约电源消耗，测站

46、GSM通信模块宜设计为在不发数据时处于休眠状 态，发信息时上电启动，短信息发送成功取得确认后恢复休眠状态。分中心的 GSM手机设备需长期处于开机值守状态，应注意在数据到来时随时读取。d. 当网络容量非常大时，或在公共节假日期间， GSM短信息平台可能发生信 息拥塞。解决此问题的最有效办法就是通过与电信部门协商， 在GSM短信息中心 设置专用的墒情信息服务器，再通过数字数据网（ DDN、非对称数字用户环路（ADSL等数字电路完成向分中心等的数据转发，这样既可保证畅通率，又使系 统数据传输更加快捷。e. 如果手机模块长期处于值守工作状态， 则应采取措施定期对其复位，以免 手机死机。另外，由于GSM

47、是一个相当复杂的系统，各地的网管和电路质量也不完全一 致，因此应重视当地GSMf况的调研，严格遵照GSM07.05 GSM07.07协议编程； 对可能发生的意外要有应对策略，如合理使用数据重发机制、或切换至备用信道 等措施。f；W 1X1A SiPRS<CjSM l DM.t盯PKS他级5.4 GSM的通用无线分组业务（GPRS ）GPRS 是GSM系统的无线分组交换技术，不仅提供点对点、而且提供广域 的无限IP连接，是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式将数据 传送到用户手中。GPRS是作为现行GSM网络向第3代移动通信演变的过渡技术， 突出的特点是传输速率高和费用低。 GPR

48、Sh行速率较GSMfe高，下行速率则可 达lOOKbps。在开通GPR地区的遥测站可考虑选作墒情通信信道。GPRS具有速度快、使用费用低的特点，其传输速度可达 171.2kb/s。与有 线通讯方式相比，采用GPRS6线通信方式则显得非常灵活，它具有组网灵活扩 展容易、运行费用低投，维护简单、性价比高等优点。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的 GPRSk务平台上构建信息采集传输系统，实现信息采集点的无线数据传输具有可充分 利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。GPRSC线在线监控系统具备如下特点：（1）实时性强与短消息服务比较，由

49、于GPR淇有实时在线特性，系统无时延，无GSM短信 数据传输滞后现象，可以同步接收、处理多个或所有监测点的各种数据。 可很好 的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。（2）可对各监测点仪器设备进行远程控制通过GPR敦向系统还可实现对监测设备进行反向控制，女口：时间校正、状态 报告、召、巡测、远程配置等控制功能。（3）建设成本少低由于采用GPR蟄网平台，无需建设网络，只需安装好设备，建设成本低。（4）监控围广构建信息采集传输系统要求数据通信覆盖围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于信息采集点数量众多，分布在 全省围，部分信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散

50、。（5）具有良好的可扩展性由于目前GSM/GPF网络已覆盖绝大部分地区，基本不存在盲区，可实现大围 的在线监控，基本满足统传输数据的要求。（6）系统的传输容量大中心站要和每一个信息采集点实现实时连接。由于信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而 GPRSJ术能很好地满足传输突发性数 据的需要。（7）数据传送速率高：每个信息采集点每次数据传输量在 20bps之。GPRS络传送速率理论上可达 171.2kbit/s ，目前GPR麒际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统 数据传输速率的需求。（8）通信费用低：可采用包月或流量计费方式，运营成本低。5.5 CDMA通讯网络

51、CDMA是码分多址的英文缩写（Code Division Multiple Access），它是在数字技术的分支一一扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技 术。CDM/技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数 据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被 扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带 宽信号作相关处理把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。CDMA 2000是美

52、国向ITU提出的第三代移动通信空中接口标准的建议，是 IS-95标准向第三代演进的技术体制方案，这是一种宽带CDMA技术。CDM/2000室最高数据速率为 2Mbit/s以上，步行环境时为 384kbit/s，车载环境时为 144kbit/s 以上。CDM/2000-1X是指cdma2000的第一阶段(速率高于IS-95，低 于2Mbit/s)，可支持308kbit/s的数据传输、网络部份引入分组交换，可支持 移动IP业务。CDMA 2000-1X采用扩频速率为SR1,即指前向信道和反向信道均 用码片速率1.2288Mbit/s 的单载波直接序列扩频方式。因此它可以方便地与 IS-95(A/B

53、)后向兼容，实现平滑过渡。运营商可在某些需求高速数据业务而导致 容量不够的蜂窝(cdma one)上，用相同载波部署CDMA 2000-1X系统，从而减少 了用户和运营商的投资。由于 CDMA 2000-1X采用了反向相干解调、快速前向功 控、发送分集、Turbo编码等新技术，其容量比IS-95大为提高。在相同条件下， 对普通话音业务而言，容量大致为IS-95系统的两倍。CDMA无线通信网络特点： 系统容量大：理论上，CDMA动网的容量比模拟网大 20倍。实际要比模拟 网大10倍，比GSM要大4-5倍。接通率高：CDM的扩频技术和频率复用技术，充分利用信道容量，提高了网 络接通率。性好：CDM

54、A系统中的通话保护措施可提供最佳的特性，防止通信过程中被窃听和手码被盗。发射功耗小：CDMA系统的发射功率非常小，最大只有 200毫瓦，正常通话时 仅需0.1毫瓦，因此移动功耗小，无线辐射能量低。5.6基于GPRS/CDM网络的 组网解决方案网络系统接入方式主要有三种，专线、无线、In ternet互联网，相对而言， 专线接入安全性、稳定性高，时延小，但是费用高；无线modem接入方式，安全性、稳定性高，时延小，费用低，但是带宽小；互联网接入安全性、稳定性相对 较差，但是费用较低且非常方便。各地应根据实际情况选择不同的接入方式。(一) 专线接入中国联通/移动提供VPN业务，可为用户组建基于 C

55、DMA1X/GPRS的虚拟 专有数据网络，通过分配一个固定IP地址网段，如IP地址段为 172.17.1.0172.17.1.255，子网掩码为 255.255.255. 0，表示为用户提供 256 个固定IP地址，这些地址只能在该用户的VPN部之间通信，不能与其他用户的 VPN节点通信，也不能与通过In ternet接入的用户节点通信。联通或移动公司可为每一台 CDMA1X或GPRS DTU的UIM卡或SIM卡 分配固定IP地址，数据中心根据每台DTU的ID号或IP地址进行通讯。也可不 必为每一台DTU分配固定IP地址，DTU连接CDMAIx或GPRS网络后，在 指定网段动态获得IP地址，这

56、种情况下，数据中心根据每台 DTU的ID号进行 注册和通讯。用户的数据监控中心经数据专线(或光纤)直接连接至联通公司PDSN服务器或移动公司的GGSN艮务器。这种接入方法的特点：(1) 数据安全性好，在用户 VPN网络部通信，与外界任何环节无关。(2) 数据中心数据传输带宽能够保证，使用数据专线方式，带宽可达 2M(3) 网络延时小、稳定性高，直接在网络部通信，减少了转接的环节，也降低了数据传输延时，能够最可靠地保证数据传输的稳定性，降低丢包概率。(4) 接入成本和费用较高，接入的专线或光缆费用较高。以下是CDMA专线接入示意图，GPRSI入与之类似。图一专线接入(二) 无线modem接入与上述相同，也利用中国联通/移动提供 VPN业务，为用户组建基于CDMA1x/GPRS的虚拟专有数据网络，通过分配一个固定 IP地址网段，这些地 址只能在该用户的VPN部之间通信，不能