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——列入中國水利部科技推廣中心“2013年度水利先進實用技術重點推廣指導目錄”

隨著水資源的短缺，提高作物的水分利用效率成為農業節水的關鍵。墑情監測是確定作物水分生產力、制定灌溉定額、實現灌溉預報的基礎工作。墑情的時間和空間變異性很大，監測點的位置和數量直接影響灌溉時間和灌溉量。ENVIdata土壤墑情與旱情監測管理系統通過集合土壤、作物、氣象數據，實現區域墑情監測和分析，已成為提高灌溉預報水平的必要工具。

ENVIdata系統墑情監測

ENVIdata系統通過數據采集器連續測量土壤剖面的土壤水分、溫度和電導率，還可同時采集大田的溫濕度、風速、風向、輻射、光譜、作物溫度等參數，實現農田小氣候的全方位觀測。觀測數據通過ENVIdata Internet 遙測軟件發送到系統數據庫，灌溉預報軟件通過分析大田的水、土、氣、作物的歷史數據和目前信息，提供下次的灌溉時間和灌溉量。

墑情監測的布設可在同一個田塊的不同作物種植區，也可在不同村、鄉、縣或省。各測點的數據數據推送模式，經Internet 發送到遠程的系統數據庫。系統數據庫可接收來自100個測點的墑情等農田小氣候數據。這種新設計比傳統的用電話貓將數據發送到服務器更穩定、更可靠，費用更低。

ENVIdata系統數據庫即可安裝在用戶的計算機上，也可安裝在遠程服務器上（如澳作服務器）。選擇澳作服務器時，用戶無需維護數據庫，澳作服務器可幫助用戶監控大田測點硬件系統的運行狀態。用戶只要能上網，即可監測墑情，做灌溉預報。

ENVIdata系統灌溉預報

通過實時遠程遙測墑情、降雨量、農田小氣候信息，綜合工程、農藝、管理等節水措施，根據天氣預報資料、土壤結構、作物生育期，結合水源供應情況、科學預測預報不同土壤類型、不同種植結構、不同可供水量條件下的農田水分動態狀況，給出適宜灌水時間和適宜灌水量，實時跟蹤土壤墑情變化，及時調整預測預報結果，并能夠通過網站定期向農民發布預報結果，指導農民適時、適量灌溉，實現科學灌溉、節水灌溉。

ENVIdata的灌溉預報軟在國內外已經使用了近二十年。功能設計合理，操作方便。

1 針對每個地塊的特點進行**化灌溉管理

通過土壤水分數據，計算每個地塊的作物耗水量。根據當前的日耗水強度、天氣變化和歷史資料，預測下次的灌溉時間和確切的灌溉量。確保每個地塊的作物一直都處于**的土壤水分狀況。對不同的的田塊、作物進行分類管理，協調灌水次序。

2、為土壤改良、地下水位管理、鹽漬化、養分淋溶等問題提供合理的依據

可監測土壤剖面的水分運移與變化，發現過澇、土壤板結和深層滲漏等問題，從而為我門改良土壤、地下水位管理、鹽分和養分的調控提供合理的參考。

3、提供了科研和生產應用的多種公式和函數

作物相對水分利用率；作物累積日耗水量，用于預測產量；存貯作物生長季節內的長期日耗水資料；計算作物生長速率，如直徑。

4、通過研究作物各種性狀的參數與土壤含水量、氣象數據的關系，完成對作物產量與品質的調控

軟件可將用戶選擇的氣象、作物參數和土壤含水量制作成關系圖。測定的作物參數，輸入軟件后和土壤含水量進行相關分析，可確定作物生長期內的需水量和進行其他許多方面的研究。

5、圖形功能 ：可分別作時間圖、深度圖。

Time graphs（時間圖）：顯示整個季節的土壤濕度變化；灌溉和降水的供給量和有效利用量；計算的土壤水分日變化量

Depth grahps（深度圖）：顯示某一時刻的土壤剖面，反映土壤容積含水量在剖面上的變化。顯示作物扎根深度；確定根系活動范圍和各層次的耗水量；研究和分析土壤改良、地下水位管理、鹽漬化、養分淋溶等問題，確定由于灌溉過量或者灌溉不足而造成的土壤的過濕或過干等問題。

6、灌溉預報

灌溉日期和灌溉量可按如下條件是否滿足實施：土壤濕度達到低限時的日期（通常為補灌點）；在給定的日期，土壤濕度達到飽灌點所需的灌水總量；低限可以是補灌點，或者由公式計算出，或者隨季節而變化，以下為低限的計算方法。

灌溉可以一個文件的形式輸出，文件包括位置序號、灌溉總量、灌溉日期，文件可以由用戶制定，或者由系統自動生成。軟件計算灌溉的經濟效益。

ENVIdata 系統組成

1、組成

ENVIdata墑情與旱情監測管理系統根據土壤墑情監測規范要求設計，由野外站和中心服務器組成。野外站采用高精度土壤水分、土壤水勢傳感器及數據采集單元，組成一套完整的自動監測系統，不僅可實時監測墑情的*主要參數——土壤水分，還可根據用戶需求實時記錄土壤水勢、溫度和電導率等參數；配套的ENVIdata 服務器軟件既可以作為獨立的應用軟件，運行在用戶的服務器上，也可以運行在供應商提供的安全服務器上，為多個監測站點提供數據接收服務，同時幫助用戶遠程監控野外監測站點硬件系統的運行狀態。

2、技術原理

ENVIdata墑情與旱情監測管理系統中的TDR土壤水分傳感器，它利用目前世界先進的時域反射（TDR）原理，建立了時間采樣技術。工作時產生1GHz的高頻電磁波，電磁波沿著波導體傳輸，并在探頭周圍產生一個電磁場，信號傳輸到波導體的末端后又反射回發射源，傳輸時間在10ps-2ns間，使得儀器可以檢測到小至3ps的時間信號，從而實現土壤水分的精確測量。

ENVIdata墑情與旱情監測管理系統各觀測點土壤水分傳感器采集的數據自動保存在數據采集器中，然后通過網線、無線數據傳輸或GPRS將數據傳送到ENVIdata系統中心服務器，無法直接傳送的數據也可通過人工輸入或數據文件導入，從而實現墑情與旱情的實時監測與數據中心管理。

3、技術特點

ENVIdata 墑情與旱情監測管理系統野外站的記錄器采用數據推送模式，將記錄的數據從野外發送到服務器上，這種新設計比傳統的用電話貓將數據發送到服務器更穩定、更可靠、費用更低。

ENVIdata 服務器軟件通過GPRS無線網絡*多可以同時連接1000臺野外站，接收實時數據，接收的數據保存在服務器數據庫中，并能夠進行各種數據顯示。進入系統后用戶可查看實時數據、歷史數據及系統的配置。

ENVIdata墑情與旱情監測管理系統允許用戶在野外采用GPRS記錄器或衛星通信記錄器將采集的生態環境數據，如氣象因子、土壤墑情、水文、水質等信息，以各種時間間隔（每分鐘、每小時、每天）發送到網站上，用戶只要能上網，既可瀏覽實時數據。ENVIdata 系統允許用戶設立各種報警條件，超限的數據可通過郵件或短信發給用戶。采集記錄的所有數據文件可通過郵件發送給用戶，也可定時發送到其它數據分析或專家系統。多站點用戶還可在地圖上實時顯示各站點情況，實現墑情旱情實時監測與管理。

ENVIdata系統可采集的參數

土壤：水分、溫度、電導率、土壤CO2

植物/作物：冠層溫度、高度、莖干變化、液流

氣象：降雨量、溫度、濕度、風速、風向、氣壓、蒸發、輻射

光譜：NDVI、可見光、紫外、近紅外、遠紅外

ENVIdata系統國外應用

澳大利亞農場、加利福尼亞的酒葡萄園、瑞士的甘蔗種植園、南非的蘋果園、肯尼亞的蔬菜種植園，新疆建設兵團在棉花的灌溉管理中已經采用該系統的灌溉預報模塊，研究根系的吸水模式和耗水量。

ENVIdata 在國內水利領域的應用范圍及前景

Envidata土壤墑情與旱情監測管理系統的數據采集器采用雙重通道隔離技術，利用FTP進行數據自動傳送。15個傳感器模擬輸入通道，*多可擴展到300個模擬輸入，另有12個靈活的數字通道，極大方便了用戶的各種測量需求，用戶還可以自定義內存分配空間和存儲形式。

該系統所使用的TDR土壤水分傳感器利用目前世界先進的TDR時域反射技術，建立了時間采樣技術，能夠滿足水利部門墑情旱情監測系統建設對土壤水分儀器穩定性和可靠性的**要求，實現土壤水分的精確測量。其在水利部墑情項目比測中名列前茅。

該系統應用的軟件獲得了中華人民共和國國家版權局計算機軟件著作權的登記證書，享有自主的知識產權。該系統的研發及系統集成嚴格按照質量管理體系進行，完全符合GB/T19001-ISO9001：2008的認證標準，并獲得了相應的ISO9001質量管理體系認證證書！

總之，該系統可實時、連續、原位監測土壤水分、溫度、水勢的變化，實時遠程遙測墑情，結合降雨量、農田小氣候信息以及工程、農藝、管理等節水措施，根據天氣預報資料、土壤結構、作物生育期，結合水源供應情況，科學監測不同土壤類型、不同種植結構、不同可供水量條件下的農田水分動態狀況，實時跟蹤土壤墑情變化，及時調整適宜灌水時間和適宜灌水量，并能夠通過網站定期向農民發布預報結果，指導適時、適量的科學節水灌溉。為研究人員分析墑情信息、科學制定抗旱方案提供**手田間數據資料，為正確指揮抗旱救災、**限度地減輕災害損失提供決策支持。

該系統已經在中國水利水電科學研究院、中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所、水利廳局、交科院、農科院等多個密切關注土壤墑情、需要進行土壤墑情遠程監測的單位得到了廣泛應用。其中中國水利水電科學研究院水利研究所于2008年即在北京大興試驗基地安裝了該套系統，實現了土壤水分、溫度、電導率（鹽分）的實時、連續、原位監測以及遠程控制。該系統自2008年安裝以來，已連續運行5年，傳感器及采集器性能穩定可靠，維護操作簡單，數據精度滿足科研及應用要求，為完成該所承擔的國家自然科學基金、“863”計劃項目中與水肥優化管理相關內容的研究提供了大量翔實的觀測數據。

Envidata土壤墑情與旱情監測管理系統列入中國水利部科技推廣中心“2013年度水利先進實用技術重點推廣指導目錄”

ENVIdata 在國內水利領域的技術指標

1、數據采集器

采用雙重通道隔離技術，2個串行的’智能傳感器’端口，FTP用于數據自動傳送，Modbus用于SCADA系統，用戶可自定義內存分配空間和存儲形式，支持SDI-12傳感器 (多個網絡)，Web網絡接口

l 通道：2/6通道設置，10個SDI傳感器

l 采樣：**采樣速度25Hz；有效采樣分辨率18位，線性0.01％

l 顯示：2線16字母的LCD液晶顯示和6個按鍵用于查看通道及數采狀態和功能執行

l 內置存儲：128MB內存(10，000，000數據點)

l U盤存儲：兼容USB1.1或USB2.0驅動，每兆約90，000采集數字點

l 通訊：RS232、USB、以太網等

l 溫度范圍：-45-70℃

l 工作濕度：0-85％（無水汽凝結）

l 電源外接：10-30VDC

l 內置時鐘精準度：±1分鐘/年（0-40℃）；±4分鐘/年（-40-70℃）

l 采樣間隔：10ms至多日，可自定義；

l 輸出值種類：平均值， **值， *小值， 取樣值 (Sample)， 向量值， 累計值 ( Totalize )等。

l 報警：高、低，范圍內和范圍外，可選擇延遲時間。

2、TRIME-PICO-64/32土壤水分傳感器