土壤墒情监测的发展现状与未来趋势
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1 背景意义
3
智慧温室大棚
防汛抗旱
节水灌溉
气象预测
土壤水分是农业、水利、国土资源、气象、林业等领域监测的重要 参数，研究土壤水分含量及其动态变化规律是农业科学、水利、气 象及环境科学工作中极为重要的组成部分。
园林灌溉 水文监测
1 背景意义
838.1 161.9 1277.0
3766.4
6043.4
第1代
G1
第2代
G2
第3代
G3
12
下一代
In the future
技术特点
非原位、插针式、分立设备、 便携式、系统复杂、安装困 难组网复杂。
技术特点
原位、非接触插管式、集成度 较高、系统简化、灵敏度较弱、 性能改善不明显、安装容易、 物联网通信。
技术特点
原位、接触插管式、一体化、 集成度高、性能改进、系统简 化、安装容易、物联网通信。
系统特点
u 端、能、云一体设计 u 外观无任何外露电缆 u 终生免率定 u 低功耗 u 精准 u 稳定 u 可靠
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
19
首次实现一体化设计去冗 余电路消除非线性失真
首次应用时分 多路复用检测
一致性批量调 试及质检技术
首次提出高频双 调谐回路检测
预估算法
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
2 墒情监测技术及市场的现状 6
在线检测难度大
土壤的理化特性非常复杂 土壤的时间、空间变异性非常大 土壤水分的检测会受到大气、土壤、作物、肥料、盐分等诸多因素互作影响 环境参数对土壤水的检测影响也较为严重
2
2 墒情监测技术及市场的现状
人工监测站
费时、费力、时效性差
检测门槛较低
标准不完全适用于物联网的需求
用水总量（亿立方米） 工业（亿立方米） 生态（亿立方米）
农业（亿立方米） 生活（亿立方米）
4
2007-2017年有效灌溉面积(千公顷)和有效灌溉率
80000 60000 40000 20000
0
2007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年 灌区有效灌溉面积(千公顷)
技术特点
精准、稳定、可靠、 预测
3 我国土壤墒情技术的演进 13
我 国 第 一 代 土 壤 墒 情 传 感 器
3 我国土壤墒情技术的演进 14 我国第一代传感器的技术特点
3 我国土壤墒情技术的演进 15
我 国 第 二 代 传 感 器 的 技 术 特 点
3 我国土壤墒情技术的演进
16
FDR TDR
5 土壤墒情监测的发展趋势
26
下一代土壤墒情监测技术
某行业农用的1758个站点普查
气象站点人工取土、烘干法校准
2 墒情监测技术及市场的现状 9
野 外 田 间 比 测 实 验
2 墒情监测技术及市场的现状
10
农 业 农 村 小汤山现代农业科技示范园 部 野 外 田 间 比 测 河北衡水旱作所 实 验
2 墒情监测技术及市场的现状 11
3 我国土壤墒情技术的演进
20
检测 电路
感知环
检测电路 感知环
采用多路时复用分检测法 多路输出一致性好 电路调试成本下降 误差进一步降低
去冗余电路技术 消除非线性失真 消除信号衰耗 消除工作点的漂移等
双高频调谐回路 高灵敏度 高精度 高稳定性
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
21
高灵敏度
高精准度
高可靠性
技术指标
u 真正的低功耗 u 休眠电流：0.3mA u 数据采集：31mA u 发送电流：88mA u 采样频率：1次/h u 每日耗电：18mW u 太阳能光伏：2W/6V u 防水能力：IPX7 u 系统高度集成、一体化设计 u 无任何外露电缆
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
23
云 平 台 查 看 历 史 数 据
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
24
第一次灌 水，能够 到达20cm， 无法到达 40cm
云
平
台
查
第二次灌水，
看
三深度含水
历
量都有变化
史
数
据
5 土壤墒情监测的发展趋势
25
未来的传感器 The future of soil moisture sensor
监测设备性能
大多测不准、测不稳、不可靠
1 2
3
4
现状
5
6
技术陈旧
非物联网专用设备，分立式、非 原位监测
一体化进程艰难
要克服一致性差、误差大、工作不稳定、 可靠性低、安装简单、即插即用
进口传感器信息不安全
点尺度信息是最后的绝密底线了
2 墒情监测技术及市场的现状 8
痛点
2%
9%
X%
某行业全国1115个站点普查
2015年
0.542
2016年
0.548
2017年
0.554
440 420 400 380 360 340 320 2018年
农田实际灌溉亩均用水量（m³）
农田灌溉水有效利用系数
全国水资源综合规划提出的2030年水资源管理目标作为“三条红线”控制指标，即到2030年全国用水总量控制在7000 亿立方米以内；用水效率达到或接近世界先进水平，万元工业增加值用水量降低到40立方米以下，农田灌溉水有效利用 系数提高到0.6以上；主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内，水功能区水质达标率提高到95%以上
进口传感器 = 信息不安全 数据可通过4G、5G发往传感器本土国家，势必对我国农业、水利信息安全造成严重威胁，后果不堪设想！
wenku.baidu.com
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
17
管式的
固定安 装
多深度
长期监测
地理位 置
稳定
小型化
精准
一体化 端能云
可靠
安装维 护简单
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
18
端能云一体的土壤墒情监测系统
耕地灌溉面积(千公顷)
有效灌溉率
51.00% 50.00% 49.00% 48.00% 47.00% 46.00% 45.00% 44.00%
1 背景意义
5
0.560 0.540 0.520 0.500 0.480
0.510
2011年
0.516
2012年
0.523
2013年
0.530
2014年
0.536
3
智慧温室大棚
防汛抗旱
节水灌溉
气象预测
土壤水分是农业、水利、国土资源、气象、林业等领域监测的重要 参数，研究土壤水分含量及其动态变化规律是农业科学、水利、气 象及环境科学工作中极为重要的组成部分。
园林灌溉 水文监测
1 背景意义
838.1 161.9 1277.0
3766.4
6043.4
第1代
G1
第2代
G2
第3代
G3
12
下一代
In the future
技术特点
非原位、插针式、分立设备、 便携式、系统复杂、安装困 难组网复杂。
技术特点
原位、非接触插管式、集成度 较高、系统简化、灵敏度较弱、 性能改善不明显、安装容易、 物联网通信。
技术特点
原位、接触插管式、一体化、 集成度高、性能改进、系统简 化、安装容易、物联网通信。
系统特点
u 端、能、云一体设计 u 外观无任何外露电缆 u 终生免率定 u 低功耗 u 精准 u 稳定 u 可靠
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
19
首次实现一体化设计去冗 余电路消除非线性失真
首次应用时分 多路复用检测
一致性批量调 试及质检技术
首次提出高频双 调谐回路检测
预估算法
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
2 墒情监测技术及市场的现状 6
在线检测难度大
土壤的理化特性非常复杂 土壤的时间、空间变异性非常大 土壤水分的检测会受到大气、土壤、作物、肥料、盐分等诸多因素互作影响 环境参数对土壤水的检测影响也较为严重
2
2 墒情监测技术及市场的现状
人工监测站
费时、费力、时效性差
检测门槛较低
标准不完全适用于物联网的需求
用水总量（亿立方米） 工业（亿立方米） 生态（亿立方米）
农业（亿立方米） 生活（亿立方米）
4
2007-2017年有效灌溉面积(千公顷)和有效灌溉率
80000 60000 40000 20000
0
2007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年 灌区有效灌溉面积(千公顷)
技术特点
精准、稳定、可靠、 预测
3 我国土壤墒情技术的演进 13
我 国 第 一 代 土 壤 墒 情 传 感 器
3 我国土壤墒情技术的演进 14 我国第一代传感器的技术特点
3 我国土壤墒情技术的演进 15
我 国 第 二 代 传 感 器 的 技 术 特 点
3 我国土壤墒情技术的演进
16
FDR TDR
5 土壤墒情监测的发展趋势
26
下一代土壤墒情监测技术
某行业农用的1758个站点普查
气象站点人工取土、烘干法校准
2 墒情监测技术及市场的现状 9
野 外 田 间 比 测 实 验
2 墒情监测技术及市场的现状
10
农 业 农 村 小汤山现代农业科技示范园 部 野 外 田 间 比 测 河北衡水旱作所 实 验
2 墒情监测技术及市场的现状 11
3 我国土壤墒情技术的演进
20
检测 电路
感知环
检测电路 感知环
采用多路时复用分检测法 多路输出一致性好 电路调试成本下降 误差进一步降低
去冗余电路技术 消除非线性失真 消除信号衰耗 消除工作点的漂移等
双高频调谐回路 高灵敏度 高精度 高稳定性
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
21
高灵敏度
高精准度
高可靠性
技术指标
u 真正的低功耗 u 休眠电流：0.3mA u 数据采集：31mA u 发送电流：88mA u 采样频率：1次/h u 每日耗电：18mW u 太阳能光伏：2W/6V u 防水能力：IPX7 u 系统高度集成、一体化设计 u 无任何外露电缆
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
23
云 平 台 查 看 历 史 数 据
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
24
第一次灌 水，能够 到达20cm， 无法到达 40cm
云
平
台
查
第二次灌水，
看
三深度含水
历
量都有变化
史
数
据
5 土壤墒情监测的发展趋势
25
未来的传感器 The future of soil moisture sensor
监测设备性能
大多测不准、测不稳、不可靠
1 2
3
4
现状
5
6
技术陈旧
非物联网专用设备，分立式、非 原位监测
一体化进程艰难
要克服一致性差、误差大、工作不稳定、 可靠性低、安装简单、即插即用
进口传感器信息不安全
点尺度信息是最后的绝密底线了
2 墒情监测技术及市场的现状 8
痛点
2%
9%
X%
某行业全国1115个站点普查
2015年
0.542
2016年
0.548
2017年
0.554
440 420 400 380 360 340 320 2018年
农田实际灌溉亩均用水量（m³）
农田灌溉水有效利用系数
全国水资源综合规划提出的2030年水资源管理目标作为“三条红线”控制指标，即到2030年全国用水总量控制在7000 亿立方米以内；用水效率达到或接近世界先进水平，万元工业增加值用水量降低到40立方米以下，农田灌溉水有效利用 系数提高到0.6以上；主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内，水功能区水质达标率提高到95%以上
进口传感器 = 信息不安全 数据可通过4G、5G发往传感器本土国家，势必对我国农业、水利信息安全造成严重威胁，后果不堪设想！
wenku.baidu.com
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
17
管式的
固定安 装
多深度
长期监测
地理位 置
稳定
小型化
精准
一体化 端能云
可靠
安装维 护简单
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
18
端能云一体的土壤墒情监测系统
耕地灌溉面积(千公顷)
有效灌溉率
51.00% 50.00% 49.00% 48.00% 47.00% 46.00% 45.00% 44.00%
1 背景意义
5
0.560 0.540 0.520 0.500 0.480
0.510
2011年
0.516
2012年
0.523
2013年
0.530
2014年
0.536