鄒文安 章樹安 楊建青

近年，我國干旱災害發(fā)生頻繁，對經(jīng)濟社會造成的影響不斷加劇，旱情監(jiān)測作用日益突出。然而我國墑情自動測報建設起步較晚，目前墑情監(jiān)測工作相對薄弱，土壤水分信息采集手段較落后，土壤墑情自動測報系統(tǒng)存在建設標準不統(tǒng)一、建設內(nèi)容不規(guī)范、建設成果千差萬別等問題，不利于墑情工作管理和運行維護。本文從生產(chǎn)實際出發(fā)，根據(jù)多年工作經(jīng)驗，在有關項目規(guī)劃設計和有關技術規(guī)范制定成果基礎上，系統(tǒng)闡述了土壤墑情自動測報系統(tǒng)建設的基本思路與做法，為土壤墑情工程設計、站網(wǎng)建設、監(jiān)測與評價、運行管理等提供借鑒和參考。

系統(tǒng)組成

土壤墑情自動測報系統(tǒng)主要由信息采集系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、信息接收處理系統(tǒng)和輔助設備設施組成。

其中，信息采集系統(tǒng)以固定埋設自動墑情站建設為主。主要環(huán)節(jié)為信息監(jiān)測、記錄與存儲，需要的設備有傳感器、數(shù)據(jù)線、固態(tài)存儲器等。

信息傳輸系統(tǒng)主要完成信息傳輸控制，并通過通信設備、信道完成數(shù)據(jù)傳輸，需要的設備有遙測終端設備、通信模塊、電源和天饋線等。

信息接收處理系統(tǒng)主要完成節(jié)點信息接收和存儲、信息處理、信息服務等工作內(nèi)容，需配置通信接收設備、計算機、網(wǎng)絡設備、信息接收處理軟件、數(shù)據(jù)管理軟件、監(jiān)視管理軟件和信息服務軟件等。

輔助設備設施是指固定埋設自動墑情站建設時配置的必要設施、設備，主要有蓄電池、太陽能板、圍欄、避雷設備、立桿、儀器箱等。

儀器設備安裝

1.傳感器

探針式傳感器分為固定埋設和便攜式兩類。其中，固定埋設是指傳感器安裝在固定監(jiān)測地塊，并長期埋設于地下的監(jiān)測方式，以水平式插入土壤中為主；便攜式是指利用便攜式土壤水分采集儀（以巡測的方式）自動監(jiān)測土壤含水量，以垂直式插入土壤中為主。

導管式傳感器安裝分為有護管安裝和無護管安裝兩種。安裝時，應保證護管垂直，護管與土壤間要保持嚴密接觸，不應有縫隙。

（具體安裝步驟與要求，應參閱相應的產(chǎn)品說明書。）

2.立桿支架

⑴雙桿支架。土壤有凍脹的北方高寒地區(qū)、野外無人值守管理模式的固定自動墑情站，宜選用雙桿支架結構。架桿材質(zhì)要求堅硬穩(wěn)固，不易生銹變形，抗凍脹耐腐蝕，能抗雨雪、風沙侵蝕。立桿需設置支架平臺，用于擱置和固定儀器設備箱，平臺距地面高度不低于2.5m。支架平臺應選用堅硬穩(wěn)固、不易生銹變形、經(jīng)過熱鍍鋅處理的金屬材質(zhì)。

⑵單桿支架。適用于南方地區(qū)、野外無人值守管理模式的固定自動墑情站。架桿材質(zhì)要求堅硬穩(wěn)固，不易生銹變形，抗風雨侵蝕，埋入土壤部分支架需加固。立桿需設置直角型金屬支架，用于擱置和固定儀器設備箱，支架距地面高度不低于2.5m。支架應選用堅硬穩(wěn)固、不易生銹變形、經(jīng)過熱鍍鋅處理的金屬材質(zhì)。

⑶直立矮樁式支架。適用于有人值守、庭院式管理模式的固定自動墑情站。支架應選用抗凍脹、耐腐蝕、不易生銹變形的金屬材質(zhì)。支架頂端應設置支架平臺，用于擱置和固定儀器設備箱，平臺距地面高度宜為0.7～1m。支架平臺應選用堅硬穩(wěn)固、不易生銹變形、經(jīng)過熱鍍鋅處理的金屬材質(zhì)。

3.儀器箱

儀器箱用于存放遙測終端設備、蓄電池等，需長期設置在固定自動墑情站監(jiān)測現(xiàn)場。儀器箱應按照購置的遙測終端設備、蓄電池等尺寸統(tǒng)一訂做，宜采用不易生銹變形的金屬材質(zhì)，具有防雨、防潮、防盜等功能。

儀器箱兩側(cè)應設有百葉式通風口，設置拉門，安裝暗鎖。為防止積水腐蝕儀器箱頂蓋，頂蓋宜采用斜面散雨結構。機箱底部設有螺栓，用于連接、固定支架平臺使用。儀器箱應固定在立桿支架平臺上。

4.太陽能極板

為方便檢修和維護，太陽能極板宜安裝在設備箱頂部，或安裝在立桿支架上；安裝時，按當?shù)鼐暥?，選擇太陽能極板安裝朝向和方向角。太陽能極板與儀器箱內(nèi)設備連接電線應設有外殼保護，防止磨損、漏電。

5.避雷設備

避雷針應設置在架桿頂部，通過帶狀金屬引線連接接地體。

接地體包括水平接地體和垂直接地體兩部分。

接地體應距離建筑物3～5m，當?shù)胤绞芟迺r可適當減小。

水平和垂直接地體應埋入地下不低于0.5m，垂直接地體長2m，每隔3～5m設置一個垂直接地體。

垂直接地體可選用不易生銹、不易彎曲變形的金屬材質(zhì)，水平接地體則選用不易生銹帶狀金屬材質(zhì)。

回填土必須是導電狀態(tài)較好的新黏土，土壤導電性能差時采用敷設降阻劑法，使接地電阻R≤10Ω。

通信信道與數(shù)據(jù)規(guī)約

通信信道設計思路：①土壤墑情監(jiān)測站到地市水情分中心（或省水情中心）可采用公網(wǎng)的通信資源進行傳輸；②在公網(wǎng)信號不好的情況下，可采用備用通信信道；③地市水情分中心到省水情中心之間通過國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)廣域網(wǎng)（NFCnet）傳輸。

系統(tǒng)應滿足20min內(nèi)完成一次全國實時數(shù)據(jù)收集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)的要求。系統(tǒng)規(guī)模過大時，可增設分中心或集合轉(zhuǎn)發(fā)站進行分級處理。

主要通信方式的數(shù)據(jù)傳輸信道誤碼率應低于1×10-6。

數(shù)據(jù)采集通信規(guī)約應符合SL 651規(guī)定。

信息接收與存儲

?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水情中心或地市水情分中心是墑情監(jiān)測信息接收節(jié)點，需配置通信接收設備、計算機、網(wǎng)絡設備，以及信息接收處理軟件、數(shù)據(jù)管理軟件、監(jiān)視管理軟件和信息服務軟件等。

墑情信息接收和管理軟件應具有以下基本功能：①實現(xiàn)對土壤墑情監(jiān)測站遠程參數(shù)修改、電壓檢測、遙測、召測；②實現(xiàn)對采集信息的自動接收，并解析成內(nèi)部數(shù)據(jù)格式；③實現(xiàn)對墑情采集信息的匯總、審核、存儲、檢索查詢；④實現(xiàn)對各類信息的發(fā)放功能和顯示；⑤實現(xiàn)對墑情信息向上級管理部門的實時傳送。

各節(jié)點接收到的信息應及時存儲到相應的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫表結構及標識符應符合SL 437有關規(guī)定。

系統(tǒng)調(diào)試

（1）建設系統(tǒng)所需的設備配齊，土建工程竣工后，方可進行系統(tǒng)設備的安裝和調(diào)試。

（2）設備進場安裝前，應對土建工程進行一次全面檢查，并根據(jù)檢查結果提出應進行的補充工作，擬定詳細的設備安裝計劃。應對各項設備及附件的機械和電氣性能進行全面檢查、測試和聯(lián)試，做好安裝準備。

（3）傳感器的輸出線應按規(guī)定連接固定，嚴防插頭座進水。傳感器功能應正常，并應進行現(xiàn)場準確度考核（擬參數(shù)變化），若準確度達不到要求，應檢查原因，加以排除，否則不得投入系統(tǒng)運行。

（4）傳輸設備的安裝應注意如下事項：

①檢查遙測終端設備與各種電纜的連接，防止因漏水或沿電纜、電源線入口進水造成故障。②檢查蓄電池的密封性，連接線路極性是否正確。③測量太陽能電池的開路電壓、短路電流，并保證接線正確。④注意檢查天饋線接頭是否上緊，天線和饋線是否緊固，防水措施是否可靠，并用功率計測試其輸出功率及系統(tǒng)駐波系數(shù)，檢查其工作是否正常。⑤檢查避雷針、接地設備等防雷裝置的安裝是否正確，接地電阻是否滿足要求。⑥完成一個站點的設備安裝后，應使用多功能測試儀等輔助設備，對測站設備工作是否正常做一次全面檢查。⑦在整個系統(tǒng)安裝結束后，應進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和性能測試。

（5）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和性能測試主要包括：監(jiān)測信息遠程接收、存儲，遠程參數(shù)修改、遙測、召測，信息傳輸時效，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性、入庫等。

(6)安裝過程中出現(xiàn)的問題和處理結果應詳做記錄備查。

運行維護

①固定埋設自動墑情站應定期進行維護，常規(guī)檢測維護每年至少1次。②當系統(tǒng)正常運行1～2年，應進行土壤水分自動監(jiān)測儀器公式率定；當系統(tǒng)出現(xiàn)異?；虮O(jiān)測數(shù)據(jù)偏差較大時，應及時維護與率定。③埋設類傳感器的報廢年限應不低于5年。④傳感器等易損設備可按建設數(shù)量10%的比例備品。