本發(fā)明涉及墑情監(jiān)測，具體涉及一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田以“旱澇保收、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)”為目標(biāo)，而土壤墑情作為作物水分供給的直接指標(biāo)，直接決定灌溉效率與產(chǎn)量穩(wěn)定性。土壤墑情專指耕作層土壤的水分狀態(tài)，其量化指標(biāo)包括絕對含水量（如水分重量占烘干土重的百分比）和相對含水量（如田間持水量或飽和水量的百分比），影響土壤微生物活性、養(yǎng)分遷移及碳循環(huán)過程，是生態(tài)系統(tǒng)健康的重要參數(shù)。
2、在現(xiàn)有土壤墑情監(jiān)測技術(shù)中，難以捕捉土壤中水分蒸發(fā)滲透等動(dòng)態(tài)遷移過程，水分遷移會(huì)導(dǎo)致獲取的監(jiān)測點(diǎn)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)受土壤鹽分干擾，導(dǎo)致讀數(shù)虛高，鹽分影響電導(dǎo)率進(jìn)而改變介電常數(shù)，扭曲水分物理存在量的測量結(jié)果，并且鹽分產(chǎn)生的滲透壓會(huì)阻礙根系吸水，改變水分遷移路徑，使得水分狀態(tài)的監(jiān)測結(jié)果無法準(zhǔn)確反映土壤真實(shí)墑情。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中水分遷移會(huì)導(dǎo)致獲取的監(jiān)測點(diǎn)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)受土壤鹽分干擾，導(dǎo)致讀數(shù)虛高，鹽分影響電導(dǎo)率進(jìn)而改變介電常數(shù)，扭曲水分物理存在量測量結(jié)果的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法及系統(tǒng)，所采用的技術(shù)方案具體如下：
2、本發(fā)明提供了一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，所述方法包括：
3、在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤的不同深度層的監(jiān)測點(diǎn)處，獲取每個(gè)采樣時(shí)刻的體積含水量、基質(zhì)勢和ec值；
4、根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻下相鄰監(jiān)測點(diǎn)間的體積含水量偏差，以及體積含水量與土壤深度的變化關(guān)系，獲得當(dāng)前時(shí)刻的水分指標(biāo)；根據(jù)每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)刻前的ec值波動(dòng)分布情況，結(jié)合水分指標(biāo)確定每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)當(dāng)前的鹽分異常指標(biāo)；
5、依據(jù)每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)與相鄰淺層監(jiān)測點(diǎn)間的基質(zhì)勢偏差，結(jié)合鹽分異常指標(biāo)確定監(jiān)測點(diǎn)的水分遷移指標(biāo)；基于水分遷移指標(biāo)篩選水分上移監(jiān)測點(diǎn)；分析每個(gè)水分上移監(jiān)測點(diǎn)局部水分遷移指標(biāo)分布，結(jié)合當(dāng)前的鹽分異常指標(biāo)獲得水分上移監(jiān)測點(diǎn)的深度干擾系數(shù)；
6、依據(jù)水分上移監(jiān)測點(diǎn)的深度干擾系數(shù)對體積含水量進(jìn)行修正，獲得修正體積含水量；基于當(dāng)前時(shí)刻修正后的體積含水量獲取土地墑情。
7、進(jìn)一步地，所述水分指標(biāo)的獲取方法包括：
8、在當(dāng)前時(shí)刻下，計(jì)算每相鄰兩個(gè)深度層自檢監(jiān)測點(diǎn)的差異后，將所有差異的均值，作為當(dāng)前時(shí)刻的鄰間偏差度；
9、建立二維空間坐標(biāo)系，以監(jiān)測點(diǎn)對應(yīng)深度層深度為橫軸，體積含水量為縱軸，將當(dāng)前時(shí)刻所有監(jiān)測點(diǎn)的體積含水量映射至二維空間坐標(biāo)系中，獲得數(shù)據(jù)點(diǎn)；獲取所有數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合直線后的斜率，將斜率通過負(fù)指數(shù)冪映射的值作為當(dāng)前時(shí)刻的分布趨勢度；
10、結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻的鄰間偏差度和分布趨勢度，獲得當(dāng)前時(shí)刻的水分指標(biāo)。
11、進(jìn)一步地，所述鹽分異常指標(biāo)的獲取方法包括：
12、對于任意一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，將該監(jiān)測點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻前預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有采樣時(shí)刻的ec值大小和波動(dòng)情況，獲得該監(jiān)測點(diǎn)的鹽分異常波動(dòng)度；
13、將該監(jiān)測點(diǎn)的鹽分異常波動(dòng)度與當(dāng)前時(shí)刻的水分指標(biāo)的乘積，作為該監(jiān)測點(diǎn)當(dāng)前的鹽分異常指標(biāo)。
14、進(jìn)一步地，所述鹽分異常波動(dòng)度的獲取方法包括：
15、將該監(jiān)測點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻前預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有采樣時(shí)刻的ec值均值，作為該監(jiān)測點(diǎn)的鹽分分布顯著度；將該監(jiān)測點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻前預(yù)設(shè)范圍內(nèi)所有采樣時(shí)刻的ec值標(biāo)準(zhǔn)差，作為該監(jiān)測點(diǎn)的鹽分變化顯著度；
16、結(jié)合該監(jiān)測點(diǎn)的鹽分分布顯著度和鹽分變化顯著度，獲得該監(jiān)測點(diǎn)的鹽分異常波動(dòng)度。
17、進(jìn)一步地，所述水分遷移指標(biāo)的獲取方法包括：
18、對于任意一個(gè)存在上方深度層的監(jiān)測點(diǎn)，將該監(jiān)測點(diǎn)在相鄰上方深度層的監(jiān)測點(diǎn)作為相鄰淺層監(jiān)測點(diǎn)；
19、計(jì)算該監(jiān)測點(diǎn)和相鄰淺層監(jiān)測點(diǎn)之間基質(zhì)勢的差值，作為該監(jiān)測點(diǎn)的水勢梯度值；將該監(jiān)測點(diǎn)與相鄰淺層監(jiān)測點(diǎn)之間的深度層深度差異，作為深度差值；將該監(jiān)測點(diǎn)的水勢梯度值與深度差值的比值，作為該監(jiān)測點(diǎn)的遷移顯著度；
20、將該監(jiān)測點(diǎn)與相鄰淺層監(jiān)測點(diǎn)之間的鹽分異常指標(biāo)均值，作為該監(jiān)測點(diǎn)的局部差異度；
21、結(jié)合該監(jiān)測點(diǎn)的遷移顯著度和局部差異度，獲得該監(jiān)測點(diǎn)的水分遷移指標(biāo)。
22、進(jìn)一步地，所述水分上移監(jiān)測點(diǎn)的獲取方法包括：
23、當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)的水分遷移指標(biāo)為負(fù)數(shù)時(shí)，將對應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)作為水分上移監(jiān)測點(diǎn)。
24、進(jìn)一步地，所述深度干擾系數(shù)的獲取方法包括：
25、對于任意一個(gè)水分上移監(jiān)測點(diǎn)，將該水分上移監(jiān)測點(diǎn)在相鄰上方深度層的監(jiān)測點(diǎn)的水分遷移指標(biāo)絕對值與該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的水分遷移指標(biāo)絕對值求平均值，獲得該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的遷移度；
26、將該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的遷移度與所有監(jiān)測點(diǎn)的水分遷移指標(biāo)絕對值的和值之間的比值，作為該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的相對遷移指標(biāo)；
27、將該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的相對遷移指標(biāo)和當(dāng)前的鹽分異常指標(biāo)之間的乘積，作為該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的深度干擾系數(shù)。
28、進(jìn)一步地，所述修正體積含水量的獲取方法包括：
29、對于任意一個(gè)該水分上移監(jiān)測點(diǎn)，將該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的深度干擾系數(shù)與對應(yīng)深度層的深度之間的比值進(jìn)行負(fù)相關(guān)映射，作為該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的修正系數(shù)；
30、將該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的體積含水量與修正系數(shù)的乘積，作為該水分上移監(jiān)測點(diǎn)的修正體積含水量。
31、進(jìn)一步地，所述當(dāng)前時(shí)刻前預(yù)設(shè)范圍為當(dāng)前時(shí)刻前10分鐘內(nèi)時(shí)間范圍。
32、本發(fā)明還提供了一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任意一項(xiàng)方法的步驟。
33、本發(fā)明具有如下有益效果：
34、本發(fā)明通過對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤不同深度的水分情況分析，結(jié)合深度與體積含水量的整體分布關(guān)系，更全面表征時(shí)刻下土壤水分情況，進(jìn)而結(jié)合時(shí)序上ec值波動(dòng)更精準(zhǔn)識別鹽分異常情況。分析土壤中存在的水分遷移現(xiàn)象，由于當(dāng)前位置的水分蒸發(fā)情況越強(qiáng)烈，相應(yīng)的水分遷移帶動(dòng)鹽分離子產(chǎn)生的對水分情況產(chǎn)生的鹽分干擾就越顯著，因此基于獲取的水分遷移指標(biāo)從監(jiān)測點(diǎn)中篩選處于水分上移監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行修正。結(jié)合水分上移監(jiān)測點(diǎn)的水分遷移和鹽分異常，分析鹽分對不同監(jiān)測點(diǎn)體積含水量數(shù)據(jù)的干擾程度，獲取深度干擾系數(shù)，并據(jù)此修正體積含水量得到更準(zhǔn)確的土壤墑情數(shù)據(jù)。本發(fā)明對土壤整體水分的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析，通過垂直深度上水分遷移及鹽分影響修正土壤墑情數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測的準(zhǔn)確可靠性，為后續(xù)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的科學(xué)管理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
1.一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述水分指標(biāo)的獲取方法包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述鹽分異常指標(biāo)的獲取方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述鹽分異常波動(dòng)度的獲取方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述水分遷移指標(biāo)的獲取方法包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述水分上移監(jiān)測點(diǎn)的獲取方法包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述深度干擾系數(shù)的獲取方法包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述修正體積含水量的獲取方法包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法，其特征在于，所述當(dāng)前時(shí)刻前預(yù)設(shè)范圍為當(dāng)前時(shí)刻前10分鐘內(nèi)時(shí)間范圍。
10.一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1~9任意一項(xiàng)所述一種高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測方法的步驟。