土壤墒情监测的发展现状与未来趋势
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1
土壤墒情监测的发展现状与未来趋势
CONTENTS
2
1 背景意义 2 墒情监测技术及市场的现状 3 我国土壤墒情技术的演进 4 我国最新一代的端能云一体的新技术 5 土壤墒情监测的发展趋势 6 应用案例
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。
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
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
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。
园林灌溉 水文监测
1 背景意义
838.1 161.9 127wenku.baidu.com.0
3766.4
6043.4
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)
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
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 部 野 外 田 间 比 测 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
第1代
G1
第2代
G2
第3代
G3
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！
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
25
未来的传感器 The future of soil moisture sensor
5 土壤墒情监测的发展趋势
26
下一代土壤墒情监测技术
6 应用案例
27
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
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
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
22
微信扫码、收藏、查看最新数据
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
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
土壤墒情监测的发展现状与未来趋势
CONTENTS
2
1 背景意义 2 墒情监测技术及市场的现状 3 我国土壤墒情技术的演进 4 我国最新一代的端能云一体的新技术 5 土壤墒情监测的发展趋势 6 应用案例
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。
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
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
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。
园林灌溉 水文监测
1 背景意义
838.1 161.9 127wenku.baidu.com.0
3766.4
6043.4
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)
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
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 部 野 外 田 间 比 测 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
第1代
G1
第2代
G2
第3代
G3
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！
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
25
未来的传感器 The future of soil moisture sensor
5 土壤墒情监测的发展趋势
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下一代土壤墒情监测技术
6 应用案例
27
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
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
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FDR TDR
4 我国最新一代的端能云一体的新技术
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4 我国最新一代的端能云一体的新技术
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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
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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
监测设备性能
大多测不准、测不稳、不可靠
1 2
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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