【分享】我们为什么研制智墒?
0 3314 楼主 发表于 2017-05-08 18:38:41
回复主题



土壤墒情,其实人类并未完全掌握

 


墒是指土壤适宜植物生长发育的湿度。墒情,早在古代就有了这个叫法,主要指土壤湿度的情况。土壤湿度是土壤的干湿程度,即土壤的含水量情况。

 

土壤水分含量的多少,直接影响作物根系的生长。在潮湿的土壤中,作物根系不发达,生长缓慢,分布于浅层。土壤干燥,作物根系下扎,伸展至深层。土壤含水量过低,作物萎蔫,生长停滞,以致枯萎。土壤含水量过高,根系缺氧、窒息、最终死亡。只有土壤水分适宜,根系吸水和叶片蒸腾才能达到平衡状态。由此可见土壤水分含量的状态和变化,是植物生长状况好坏的主要决定因素。

 

如何准确得知土壤墒情?土壤水分是否适宜作物生长?自从人们有了对墒情的概念后,就试图用各种方法来解释、寻找它的规律,遗憾的是,到目前为止广泛使用的测量墒情的方法仍停留在目测阶段,即用手抓一把土,用力一握,如成泥团,掉到地上又摔不烂,说明土壤墒情太湿,含水量过多;如捏成团,掉到地上能摔开,说明土壤墒情合适;如捏不成团,说明土壤墒情太干,不利植物生长。此种方法仅仅是简单得知土壤墒情的大概状况,无法探究土壤水分的具体变化量。由于土壤的复杂多样性,到现在为止土壤墒情还没有完全被掌握。

 


关注土壤水分数据是保障作物健康生长最基本的路径


 

传统的灌溉方式,无论是畦灌、沟灌、淹灌、漫灌都需要在田间挖大量的埂、畦、沟渠,工程量巨大,还会导致有效种植面积减少;需要大量的灌溉水,灌溉水的利用率却非常低;灌水量大、灌水压力高,灌水不均匀,对土地冲击大,容易造成土壤和肥料流失;传统灌溉方式对于企业来说,就意味着烧钱,投入大量的人力、物力、财力,结果有可能徒劳无功;所以浇水要恰到好处,用到刀刃上。

 

传统的灌溉方式短时间内浇水过多,地温迅速下降,土壤空气含量减少,容易造成土壤板结,不利于根系的呼吸和土壤中养分的运输,造成次生盐碱化;若浇水不够,土壤含水量太低又导致植物根系不能正常地从土壤中吸收水分,植物的生命活动受到抑制,开始萎蔫;

 

传统的灌溉方式无法实时得知作物生长的情况,只有通过监控作物不同深度土层的含水量变化,掌握该作物生长发育与土壤水分的关系,从而控制、引导作物根系的生长方向和深度。

 


土壤水分监测点不是你想定就能定


 

地形平坦、土壤结构相近、地表植物近似的地块,在良好的灌溉设备、灌溉模式下,不同地点的土壤含水量差异是很小的。土壤中的水就像地表的空气一样,同一深度土层含水量最终会趋于平衡。譬如对于一块天然草原,不管是10亩还是100亩,1000亩,我们都会认为其土壤水分含量差异是较小的,我们随机地测量到某点的土壤水分量,该点的含水量对整片草原的土壤含水量都有一定的代表意义。


这只是理想状况,现实中我们很难找到一块地形平坦、土质一致的地块,我们无法保证随机找到的某个监测点可以代表整块土地的土壤含水量。

 

相对复杂的地形,同一地块有不同作物,灌溉需区域划分、轮灌,执行不同的灌溉制度,其土壤含水量已经完全不一样了,需要分开监控。在这种情况下,假如有监测范围广泛的土壤水分传感器,其输出的水分含量值是含水量的平均值,该平均值即不能反应A地点的水分含量,也不能反应B地点的水分含量,失去了土壤水分传感器的意义。

 


现场应用需求与科学研究需求大相径庭


与落后的应用现实不同,科学家对于土壤水分的研究可谓是历史悠久。主要的监测土壤水分技术往往都是科学家们从研究的角度发明的。他们一直以提高精度为主要目标,执着地关注土壤微观特性对含水量的影响。然而现实生活中对土壤含水量的要求却与此大相径庭:

 

实际应用中水分数据尽可能与土壤特征无关,这样产生的技术便于比较、传播和推广。目前所有的技术都是计算体积或重量含水量,缺乏现场实时获得田间持水量的技术,所以很难获得真正准确的相对含水量数据,所以导致科学界研究的土壤含水量测量技术无法直接用于指导农业生产。

 

科研一味追求监测数据的单点精度意义不大,原因是目标土壤体积的尺度相对于测试点来说大很多,而水分在土壤中也绝不是高度均匀的,只有获得输出稳定、历史数据可比较性强、足够大体积平均的数据才是可用的。

 

在安装和校准仪器设备方面,科学研究所需要的精度和操作规程在实际生产操作过程中是无法保证的,导致相关设备应用到生产上无法得到可用可靠的数据。

 

在传感设备运行过程中,有很多不确定的因素影响着它的测量精度和可靠性,例如:户外温度变化对电池能量转换效能的影响,影响设备输出的可靠性;土壤温度和盐分变化对水分测量精度的影响;田间农业设备作业等引发的土壤震动对测量可靠性的影响;安装方式导致的土壤扰动对测量精度的影响;目标土壤有变化(耕作等),但传感器并未移动且周边土壤未变化,导致被测目标土壤和实际土壤误差大。

 

在生产实践中,土壤水分传感器往往需要协同其它外部系统或参数关联使用,例如土壤水分突然增加,可能是灌溉、降雨、亦或是地下水向地表运动,所以需要增加不同位置和不同深度的水分传感器进行监测,关联地面气象站或气象局数据、连通灌溉控制系统来确定数据的意义。这其实是向更大规模的土壤水分数据应用和处理提出需求,但目前市场上对此需求的响应者寥寥。

综上,科学研究与现实应用需求不同,导致了有技术缺实际应用产品的窘境。



智墒的到来解决了以上问题


 

智墒研发团队重新审视了土壤水分的实际应用要求,借助互联网的颠覆性创新理念,以及大数据和物联网平台,力求让用户获得良好的用户体验,打造了新一代颠覆性的土壤墒情监测系统——智墒,它继承了导管式和插针式的各项优势,又弥补了它们的不足,能面向大规模、更广泛的应用场景。

 

智墒智能监测不同深度土壤水分含量,通过持续密集的追踪农作物根系位置的土壤水分变化情况,掌握作物需水规律;智墒有多种规格,对不同的土壤深度、复杂的地形,可根据监测目标搭配使用不同规格的智墒多布点进行土壤水分监测;通过监控作物吸水导致的土壤含水量的变化量,得知作物的耗水状态、需水规律,突破了传统灌溉在时长、灌溉量、灌溉效果上盲目的限制。

 

智墒采用 FD 法测量土壤湿度,属介电法。测量时,将传感器植入土壤中,将包围在传感器周围的土壤作为传感器的介质。将传感器连接到振荡电路上,当向传感器上施加高频电磁场时,电路的振动频率将随着土壤含水量的变化而改变。通过测量输出的振荡频率,就可以采用公式来计算出土壤中的体积含水量。设备带有温度传感器,能有效地校准由于温度变化引起的水分介电常数的变化导致的水分测量的误差。

 

与针式的相比,导管式既能保证高分辨率又能保证高可靠性和传输的准确性。由于针式的半数字化设计,从传感探针到数模转换模块之间传输是十分微弱的模拟量,这一段就十分容易受到外界信号干扰,从而影响分辨率、可靠性和准确性。导管式是全数字化设计的,传感器出来的频率信号直接转为数字化,没有受干扰的机会。所以导管式可以彻底消除困扰插针式用户多年的“数据突跳”及“变湿不变数”问题。

 

当然,智墒的存在不仅仅是简单的土壤水分测量,随着物联网和大数据的发展,智墒协同智慧气象站以及智能灌溉+控制设备,实现更高意义上的智能灌溉。它将连接本地所有的农业机电设备、生态环境传感器、通讯装置设备,通过E生态平台对接入的所有设备的操作系统进行同步更新或应用推送,并对其入网的设备、传感器进行设备管理,实现真正意义上的人工智能。




本贴最后由 官方小马甲 于 2017-08-08 16:51:03 编辑
回复