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土壤含水量传感器数值测定的准确性是其应用于精准灌溉实现农业节水的前提,然而土壤温度的变化对土壤含水量传感器数值采集的偏差具有显著影响.研究的目的在于分析不同土壤温度对土壤含水量传感器测定影响,进一步提出基于XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)的土壤含水量传感器温度补偿模型,并验证和对比其预测精度.研究中分别配制土壤含水量为10％、15％、20％、25％、35％的12组梯度湿土土样基准,记录传感器在各土样中0～45℃温度变化过程的读数,并将数据集划分后用于模型训练和测试.结果表明:同一土样基准中土壤含水量传感器读数随着土壤温度的升高而增加,各土样基准类别传感器读数最大值与最小值的变幅为[3.6％,7.9％],平均读数变幅为6.25％;所提出的XGBoost土壤含水量温度校正模型能够实现对传感器土壤含水量温度影响的补偿,对测试集的均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和决定系数(R2)分别为0.013％、0.825％、1.165％和0.973.此外,与其他基于树和常用的机器学习模型对比结果显示研究提出的XGBoost温度校正模型具有最佳预测精度. 相似文献
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《节水灌溉》2021,(2)
为了解不同土壤水分传感器的工作性能,以目前国内应用最为广泛的频域反射性(FDR)土壤水分传感器为例,考虑当前新型的探管式结构,选取3种国产主流的FDR (管式)传感器(编号为Q1、Q2和Q3)进行261 d的田间性能测试试验。结果表明:3种传感器监测的土壤含水量曲线变化规律一致,峰值出现在有降雨时,表层土壤含水量曲线波动幅度大于深层土壤。但3种传感器在绝对数值上存在较大差异,土壤含水量变异系数在0.20～0.58之间。3种传感器的观测数值受温度影响较大,表层(0～20 cm)土壤变异系数大于深层土壤,增幅为38%以上,夏季(6月到7月)的土壤含水率变异系数大于其他季节,增幅为16%。通过对传感器观测值和人工观测值进行数据拟合,分别建立了3种传感器土壤水分的原位二次标定方程,有效降低了传感器之间的变异系数,降幅为53%～66%。因此,在农田应用中,应考虑土壤温度、土壤类型因素对FDR传感器原位二次标定的影响,以消除不同传感器工厂标定的差异性。 相似文献
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锯末和保水剂对坡面棕壤土含水量的影响研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在苜蓿的生长过程中,通过测量A区（锯末）、B区（保水剂）和C区（对照）土壤含水量,草产量及土壤容重,研究锯末和保水剂在坡面治理中对棕壤土含水量的影响。结果表明,坡面表层土壤含水量和降雨量的变化趋势基本一致,在20-30cm土层,A区始终保持最高土壤含水量,最高百分比达3.96%。从标准差和变异系数来看,研究均表明A区土壤含水量稳定性强,从而说明锯末释放出的水分多于B区同价格的保水剂释放的水分。最后指出,A区苜蓿平均株高和草产量均比B区和C区高,锯末区域20-30cm土层土壤容重变化最小,适宜苜蓿生长的土壤容重为1.24-1.38g?cm-3。试验结果为在干旱半干旱地区坡面治理中可以用廉价的锯末来代替保水剂,增加效益。 相似文献
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为了提高越野车辆性能和建筑、农业领域机械工作效率,就需要了解土壤黏附机理。该试验旨在找到不同工具材料的土壤切向黏附与含水率之间的关系,探讨土壤切向黏附对土壤剪切力学性能的影响。试验对橡胶（RUB）、钢（SS400）和树脂（PEEK）3种材料进行了直剪试验。结果表明,土壤和材料之间的切向黏附随着土壤含水量的增加而增加至最大值后降低。土壤切向黏附最大值的排序是钢（SS400）,其次是橡胶（RUB）,最后是树脂（PEEK）。结果还表明,3种材料道具与测试土壤间的外摩擦角随着土壤含水率的增加先降低后增加,当发生剪切的时候,随着剪切的发生,土壤含水量导致切向黏附的变化进而直接影响剪切应力和外摩擦角。 相似文献
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基于边缘电场的电容式土壤含水量监测仪 总被引：3，自引：0，他引：3
研究了一种基于边缘电场的电容式土壤含水量监测仪,设计了新型的同平面梳齿状多级电极组传感器结构,利用边缘电场的电容效应分布式测量土壤含水量.同时,分析了土壤介电特性检测的原理和方法,传感器设计原理、数学模型以及传感器处理电路.实验结果表明,该监测仪具有不破坏原土壤结构、传感器电极稳定等优点,能够动态地测量不同分布位置的土壤含水量,在低于土壤饱和含水量的范围内,土壤含水量与测量值呈线性关系,能够有效地降低传感器受土壤类型的影响,适合于地质灾害预警和农业科学生产等的监测. 相似文献
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针对当前灌溉技术采用定时人工整体灌溉,不能根据土壤含水情况进行节水控制,存在浪费水资源的问题,基于物联网和PLC设计了一种新的农田智能节水施灌系统,从硬件和软件两部分进行优化研究。系统硬件主要由中央处理器、PLC模块、射频信号传感器、土壤传感器、温度传感器组成,系统硬件内部PLC模块主要负责控制节水灌溉架构,在农田监测终端上所收集到的信号在微处理器中实现转化,转变为计算机系统可以辨识的脉冲信号。通过计算机进行计算,确定最适宜的浇水量和灌水时机,采用CC2591型射频信号传感器提高传感速度,选择HL-TTN1土壤传感器检测土壤的含水量,PT100型传感器进行温度检测。通过物联网针对需要灌溉的土地进行网格化处理,采集传感器测试土壤含水量、空气温度等环境参数,引用Zigbee协同开关设置节水灌溉程序。实验结果表明,基于物联网和PLC的农田智能节水施灌系统土壤含水量计算误差在2%以内,能够达到目标值,远程网格节水控制准确度高达98%以上,使农田生长达到高产、高效、优质用水的效果。 相似文献
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为了实现对土壤有机质含量的快速、方便、准确测量,本文提出了一种基于多传感器人工嗅觉系统的土壤有机质含量检测方法。选取10个不同型号的氧化物半导体式气体传感器组成传感器阵列,并采用不同浓度的硫化氢、氨气和甲烷等标准气体对传感器阵列进行了响应测试,从响应曲线可以看出,传感器阵列对不同浓度、种类的标准气体皆有响应且响应结果不同,随着标准气体浓度的增大传感器阵列的响应曲线也随之上升,表明传感器阵列具有较高的特异性和一定的交叉敏感性。提取每个传感器土壤气体响应曲线上的响应面积、最大值、平均微分系数、方差、平均值和最大梯度6个特征构建人工嗅觉特征空间。采用偏最小二乘法回归（PLSR）、支持向量机回归（SVR）和BP神经网络（BPNN）算法建立人工嗅觉特征空间与土壤有机质含量关系的预测模型,使用决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）和绝对平均误差（MAE）评估预测模型的性能。试验结果表明,PLSR、BPNN、SVR测试集的R2分别为0.80878、0.87179和0.91957,RMSE分别为3.6784、3.1614、2.4254g/kg,MAE分别为3.1079、2.4154、2.1389g/kg。SVR算法建立的模型R2最高,RMSE、MAE最小,比PLSR、BPNN具有更好的预测性能,可用于土壤有机质含量的测量。 相似文献
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枯落物含水率测定在森林水文学、碳循环、林火蔓延以及火险等级评估等研究中具有重要作用。本文提出了一种基于驻波率(SWR)原理的森林枯落物含水率测量方法,所设计的SWR水分传感器具有复用双环式探头结构,可分时测量枯落物或土壤的含水率和电导率。实验结果表明,传感器输出电压与半分解、全分解枯落物和土壤含水率呈现良好的线性关系。与商品化TDR水分传感器相比,SWR传感器测量枯落物和土壤含水率的平均绝对误差较小,且在厚度小于10 cm的枯落物含水率测量以及测量成本方面具有明显优势。在对枯落物含水率进行长期原位测定时,SWR传感器可通过测量电导率判断半分解的枯落物是否随时间推移而完全分解,以便及时调整传感器水分测量的标定曲线,最大程度降低因枯落物成分改变对传感器测量精度造成的影响,为准确测量森林地表枯落物含水率奠定基础。 相似文献
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栽培基质pH值是设施园艺中重要的生产过程信息之一。针对栽培基质pH值在线检测误差大、结果易受基质含水率和基质成分影响的问题,基于超亲水pH传感器,以泥炭、蛭石基质为原料,以配置的不同质量比和不同含水率的栽培基质为试验对象,开展了栽培基质超亲水pH传感器pH值测量试验研究。结果发现：栽培基质的质量含水率(θm)降低会引起超亲水pH传感器的pH值测量值线性降低和pH值测量误差线性增加,其测量误差绝对值最大为0.81,显著低于锑电极pH传感器(测量误差绝对值最大为2.15);超亲水pH传感器的测量误差受混合基质中泥炭、蛭石质量比的影响相对较小,由基质成分变化导致的测量误差最大变化为0.23,显著低于锑电极pH传感器(最大变化为1.10)。在此基础上建立了栽培基质超亲水pH传感器的测量误差补偿模型,并在采集的栽培基质中进行了应用试验;补偿前测量误差绝对值最大为0.32,补偿后降为0.18,测量误差进一步降低,验证了超亲水pH传感器及其测量误差补偿模型的有效性。研究结果为实现栽培基质pH值快速、准确在线检测奠定了基础。 相似文献
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荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化 总被引：2，自引：0，他引：2
为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。 相似文献
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本文对基于频域法FDS-100型土壤含水率传感器在基质含水率中的检测性能进行了研究。首先,对不同配比的基质,使用FDS-100型传感器测量并将测量结果与干燥法得到的标准含水率进行对比,将FDS-100型传感器与ECH2O-5TE型基质含水率传感器在混合基质中的测量性能进行对比,并研究了压实程度、电导率和温度对传感器性能的影响。试验结果表明：FDS-100型传感器在不同配比基质中得到的测量值并不遵循同一曲线;测量值随压实程度增大而增大,测量误差在-1%~10%之间;电导率对测量值有一定影响,测量误差在±5%之间;温度对FDS-100型传感器测量值影响极小,测量误差在2%以下;FDS-100型传感器与ECH2O-5TE型传感器之间的相对误差为4.32%。FDS-100型传感器可用于基质含水率检测,但在实际使用时需要针对不同基质与不同压实程度进行标定。 相似文献
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土壤剖面水分线性尺度测量方法 总被引：1，自引：0，他引：1
针对现有土壤水分点尺度下测量的局限性,提出了一种线性尺度下的土壤剖面水分测量方法,并设计了一种基于驻波比法的土壤剖面水分信息测量传感系统。借助HFSS高频电磁场仿真软件与网络矢量分析仪对传感器环形探头的电场强度分布情况与阻抗特性进行了分析研究,确定了环形探头适应性与敏感区域。以2种不同质地的土壤作为试验样本,对土壤水分传感器的输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数均达到了0.99以上,传感器的稳态与动态性能均能满足土壤剖面水分的测量要求。通过多层水分土柱穿层试验与对比试验表明,该系统能够满足线性尺度下土壤剖面水分的实时测量需求,具有较高的测量精度与稳定性。设计的土壤剖面水分线性测量系统的各项指标均达到实际应用的需求,具有较高的应用推广价值。 相似文献
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为了进一步探讨夏玉米品质性状的水氮调控效应,以郑单958为供试材料,于2012—2013年2个生长季在山东省微山县农业局实验站防雨棚中进行了池栽试验。研究了不同土壤水分条件下普通尿素和包膜复合肥对夏玉米籽粒品质性状的影响。试验结果表明,同一土壤水分条件下,包膜复合肥处理的夏玉米籽粒蛋白质含量和产量、粗脂肪含量和淀粉含量均显著高于不施氮处理和普通尿素处理（基施+小喇叭口期追施）。同一氮肥处理,维持土壤田间最大持水量75％时,夏玉米籽粒蛋白质产量、粗脂肪含量和淀粉含量均显著高于维持土壤田间最大持水量50％;而籽粒蛋白质含量却显著降低,但包膜复合肥处理仍高于普通尿素处理。因此,与普通尿素相比,不论在干旱或土壤水分适宜时,包膜复合肥均能明显提高籽粒蛋白质含量、粗脂肪含量和淀粉含量,改善夏玉米籽粒的营养品质。 相似文献