土壤墒情的技术手段，集成应用TDR测量法、宇宙射线中子测量法和遥感反演法协同观测得到点、区域和卫星像元三种空间尺度的土壤墒情，并通过时空协同观测方案，为多尺度土壤墒情对比分析提供技术和数据支持。
[0019]本发明的优点及功效是集成了现有先进装置和优势技术方法，通过协同观测方案设计，实现了多尺度土壤墒情协同观测，突破了土壤墒情遥感反演结果验证的瓶颈，拓展了应用和研宄领域；本发明具有较好的扩展性，其推广应用可服务于最严格的水资源管理、农业节水、旱情观测等业务，提高灌溉效益和水资源利用率。
【附图说明】
[0020]图1、本发明一种多尺度土壤墒情协同观测装置结构示意图。
[0021]图2、本发明一种多尺度土壤墒情协同观测方法，即点、区域和卫星像元三种尺度土壤墒情协同观测方案示意图。
[0022]图中符号说明如下
[0023]I卫星平台、2快中子检测探头、3慢中子探头、4脉冲计数器、5防护机箱、6数据采集器(内置传输模块)、7蓄电池、8天线、9连接线、10安装支架、IlU形卡、12U形螺栓、13太阳能板、14TDR 土壤水传感器、15笔记本电脑；a TDR 土壤水传感器布点、b区域土壤水分测量系统CRS1000B布点、c区域土壤水分测量系统CRS1000B监测范围、d代表大于一公里的卫星像元网格、e代表一公里的卫星像元网格、f代表小于一公里的卫星像元网格。
【具体实施方式】
[0024]见图1，本发明是一种多尺度土壤墒情协同观测装置(MSM-COD)，它由硬件和软件两大主体部分构成。硬件主要卫星平台1、快中子检测探头2、慢中子探头3、脉冲计数器4、防护机箱5、数据采集器(内置传输模块)6、蓄电池7、天线8、连接线9、安装支架10、U形卡11、U形螺栓12、太阳能板13、TDR 土壤水传感器14、笔记本电脑15。它们之间的连接关系是:区域土壤水分测量系统CRS1000B的组装包括数据采集器6、蓄电池8、太阳能控制器7直接固定于防护机箱5内，先将随配的安装支架11固定于地面上，如做长期观测时，可在地里打上水泥墩增加仪器的稳定性；再把机箱随配的U形卡12顶端和底端固定在安装支架11上；随后分别把快中子检测探头2和慢中子探头3固定在顶端和底端U形的螺栓，并旋紧螺丝；把太阳能板14固定在安装支架11上；天线9安装在防水箱外面，指向天空；TDR土壤水传感器(内置通信模块)15插入一定深度的土壤；观测区卫星影像通过卫星平台I获取。利用多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件实现土壤墒情观测设备的相关设置与土壤墒情像元尺度的模型反演。
[0025]所述卫星平台，是进行卫星通信或获取条件温度植被指数VTCI所需植被指数和地表温度等参数遥感空间数据的公共平台，为公共服务平台。
[0026]所述快中子检测探头，规格为长度=122.5厘米，直径=11.5厘米，探头质量(MOD) = 10.7千克，探头质量(BARE) = 6.5千克，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0027]所述慢中子检测探头，规格为长度=122.5厘米，直径=11.5厘米，探头质量(MOD) = 10.7千克，探头质量(BARE) = 6.5千克，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0028]所述脉冲计数器，用于记录脉冲数，为中子检测探头内置部件，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0029]所述防护机箱，尺寸为40.9厘米X 41.3厘米X 28.6厘米(高X宽X深)，质量为7.3千克(不包含电池)，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0030]所述数据采集器，供电规格为+6?+26V，15Mail2V ;采集间隔I分钟至一年可选；数据接口 USB、RS232 ;4个TTL接口 ；内部集成气压精度为0.1mbar ;温度规格为_40°C?85°C，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0031]所述蓄电池，用于给数据采集器供电，输出电压为12V，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0032]所述天线，型号为TNC-F，用于无线信号传输，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0033]所述连接线，用来连接蓄电池与太阳能控制器、中子检测探头与数据采集器等，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0034]所述安装支架，安装于地面上，用来固定防护机箱、太能能板等，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0035]所述U形卡，用来将防护机箱固定在安装支架上，为所购置区域土壤水分测量系Scrs100b附带部件。
[0036]所述U形螺栓，用来固定快中子检测探头和慢中子探头固定，并旋紧螺丝，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0037]所述太阳能板，利用太阳能用来为蓄电池充电，为设备提供电能，为所购置区域土壤水分测量系统CRS1000B附带部件。
[0038]所述TDR 土壤水传感器，内置通信模块，用来测量点上一定深度土壤的含水量，为市场购买产品。
[0039]所述笔记本电脑，用来设置设备检测时间和步长，运行软件程序，接收邮件等，为市场购买产品。
[0040]所述多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件，为应用IDL语言自主开发程序，实现了 TDR 土壤水传感器和区域土壤水分测量系统CRS1000B的控制，对VTCI算法中“干边”和“湿边”的程序化自动提取、VTCI计算及像元尺度的土壤墒情反演计算等，安装在笔记本电脑上。
[0041]本发明是一种多尺度土壤墒情协同观测装置(MSM-COD)，具体实施步骤:首先，多个TDR 土壤水传感器14、区域土壤水分测量系统CRSlOOOBb的安装位置与卫星平台I过境获得的卫星遥感影像像元d、e、f的空间关系遵循所述点、区域和卫星像元三种尺度土壤墒情协同观测方案见图2，确保多个TDR 土壤水传感器a布置在区域土壤水分测量系统CRSlOOOBb所测范围c内的多个位置，区域土壤水分测量系统CRSlOOOBb所测范围涵盖一个较大卫星像元d的一个部分e或者是多个更小的卫星像元f ;其次，打开笔记本电脑15，启动多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件，根据卫星平台I的过境时间和重访间隔，设置TDR 土壤水传感器(内置通信模块)14和区域土壤水分测量系统CRSlOOOBb的观测时间和步长间隔；接收点和区域尺度土壤墒情观测数据，利用条件温度植被指数VTCI模型，反演卫星像元尺度上的土壤墒情，完成点、区域和卫星像元三种典型空间尺度的土壤墒情的协同连续观测。
【主权项】
1.一种多尺度土壤墒情协同观测装置，其特征在于:它由复数个TDR 土壤水传感器组成的无线观测网络WSN、区域土壤水分测量系统CRS1000B、卫星平台、笔记本电脑硬件装置平台和多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件组成，在点、区域和卫星像元三种尺度土壤墒情协同观测方案下开展土壤墒情协同观测；复数个TDR 土壤水传感器组成无线观测网络WSN，实现点尺度上对一定深度土壤墒情的多点同步观测和无线传输；区域土壤水分测量系统CRS1000B，通过文件配置实现区域尺度平均土壤墒情的实时观测与按时数据传输；卫星平台实现对观测区植被和地表温度的瞬时观测；通过多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件，实现对TDR 土壤水传感器和区域土壤水分测量系统CRS1000B观测时间、步长间隔和传输时间的设置，通过集成的VTCI模型算法得到条件植被温度指数VTCI，进而通过回归分析，得到卫星像元尺度的土壤墒情；上述三种尺度的土壤墒情观测是在点、区域和卫星像元三种尺度协同观测方案下进行的，保证了观测时间、步长、数据传输的同步协调和装置架设空间关系的合理布置； 所述复数个TDR 土壤水传感器组成的无线观测网络WSN，是由复数个用于一定深度土壤墒情观测的TDR 土壤水传感器构成，在无线观测网络WSN组网下工作，每个TDR 土壤水传感器都带有通信模块，将测量结果按时自动发送； 所述区域土壤水分测量系统CRS1000B，由中子探测器、数据采集器、气压辅助传感器、太阳能供电系统、安装支架、机箱、GSM无线网络传输模块组成，用来观测区半径300m、从地表到地下一定深度0-50cm的圆柱形土层的平均土壤含水量；它能得到中小区域平均土壤含水量，且不需要破坏土壤，对于研宄土壤水的动态变化具有独特优势；而且该系统预留开放式标准接口，增加传感器能实现生物量观测和冠层截留水观测；该系统解决了传统仪器观测土壤墒情差异大、耗时、费力、破坏大问题； 所述卫星平台，是进行卫星通信或获取条件温度植被指数VTCI所需植被指数和地表温度参数遥感空间数据的公共服务平台； 所述笔记本电脑，要求内存4G，硬盘320G，采用Win XP操作系统，用于无线观测网络WSN和CRS1000B观测数据的接收和处理，以及运行多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件； 所述多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件，集成了 TDR 土壤水传感器和区域土壤水分测量系统CRS1000B的控制功能模块和VTCI模型算法，是应用IDL语言自主开发编写的软件程序，能实现观测时间、步长间隔和传输时间的协同设置，并实现了 VTCI模型算法中“干边”和“湿边”的程序化自动提取、VTCI计算及像元尺度的土壤墒情反演计算。
【专利摘要】一种多尺度土壤墒情协同观测装置，它由多个TDR土壤水传感器组成的无线观测网络WSN、区域土壤水分测量系统CRS1000B、卫星平台、笔记本电脑硬件装置平台和多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件组成，在点、区域和卫星像元三种尺度土壤墒情协同观测方案下开展土壤墒情协同观测；本发明集成了现有先进装置和优势技术方法，通过协同观测方案设计，实现了多尺度土壤墒情协同观测，突破了土壤墒情遥感反演结果验证的瓶颈，拓展了应用和研究领域；其推广应用可服务于最严格的水资源管理、农业节水、旱情观测等业务，提高灌溉效益和水资源利用率。
【IPC分类】H04W4-00, G01N33-24, G01N23-00
【公开号】CN104777286
【申请号】CN201510202877
【发明人】庞治国, 宋文龙, 路京选, 付俊娥, 曲伟, 杨永民, 李琳, 蔡静雅
【申请人】中国水利水电科学研究院
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月24日