土壤冻土监测系统 campbell

  仪器组成及原理

土壤冻土监测系统由数据采集器和土壤层传感器等组成。

数据采集器控制整个系统的测量、采集、数据运算及存贮。经数据采集器在线计算或研究者离线处理，可得到土壤温度、土壤湿度、土壤电导率、土壤热导率、土壤热通量，土壤表面温度等，这些特征是用于活动层监测系统研究的主要参量。

数据采集具有良好的人机界面，可以在现场不借助外部设备检查设备系统运行状况。具有足够的数据存储空间。

系统设计图

      每套活动层监测系统设计图

系统设计示意图

活动层监测系统安装示意图

活动层监测系统地上部分的安装立体图

系统供电与防雷

系统设计监测站采用太阳能-蓄电池直流浮充供电方式。测站电池容量配置综合考虑了各种设备的功耗及其当地气候条件等，电源模块均有可靠的防雷电设计，有效避免从电源回路引入的雷击信号。在日照期间该系统给蓄电池充电，在夜间或连续阴雨期间使用蓄电池存储的电能。铁塔必须保证接地电阻达到国家标准，因为设备的防雷系统的地线全部采用铁塔的大地。

系统的通讯单元

通讯单元负责完成监测数据并把数据传输回监控中心。也可以将中心的控制命令发送到监测站，主要包括GPRS/3G/4G无线通讯设备、及相关应用软件构成。根据我公司的系统集成经验，各个分站点数据量不大。

对数据的收集可进行如下操作：

1：取卡（2G存储卡），用***通过电脑读取内部数据。

2：使用笔记本电脑对各个站点的采集器通过软件进行数据收集。

3：利用无线通讯实施办公室无线监控收集数据。

网络结构如下图：

土壤活动层观测系统的显著特点

1）、拥有多年高原作业的专业工程师队伍，可以很好的适应高原反应。

自2002年以来我公司共有40以上人次高原安装调试记录，分别在珠峰5800米，5200米，唐古拉山脉，可可西里地区，阿里地区，那曲，海北门源，青海果洛，天山一号冰川以及青藏铁路沿线各个地点等3000-6000米的高原承担各种观测系统的安装调试和技术维护项目。

2）、在低温高寒环境下使用，稳定性强，有多年无故障运行记录。

2003年安装的冻土含水量监测系统，气象辐射监测系统，已经无故障连续运行10年以上。

3）、高精度集成

这个系统选用的设备都是上等的，但是数量不多，相对安装设计较为简单。

4）、数据的实时无线传输功能

提供了远程监控功能，这样不仅仅是远程摄像监控，而且视频图像也是宝贵的数据资源。

5）、系统测量精度高，在各个温度范围内表现优异。

电压测量分辨率为0.33uV，远远优于招标的0.1mV的要求，电流和电阻的精度也均优于要求。

6）、数据下载有效率高，支持断线续传，丢失自动补充。

中心端软件可以自动下载所有断面数据，下载期间遇到停电或者其它电脑关机问题都能在重启后自动恢复，自动记录指针，无重复下载，不需要人工干预。

7）、扩展性良好（SDI-12，RS485总线，模拟扩展，弦振通道扩展）

各个通道的扩展均为我公司独立设计，具有很好的扩展性，在增加传感器时候，只需要修改程序即可，大量传感器增加需要添加扩展板。

8）、支持一点对多点访问，也支持多点对单点并发访问，便于维护.

现在的采集器在一对多点访问都能实现，本系统采集器具有并发多任务访问协议，支持多个用户同时访问一台采集器。方便现场和远程的同时访问。

9）、具有自动维护提醒系统，可以发邮件对设置条件的数据进行提示。

用户可以随意设计一个条件，在该条件满足时候，系统可以发邮件或者短信进行提示。

现场安装案例

A) 中国科学院2013年野外观测网络修缮购置的土壤水分站部分现场

1）鹤山气象观测场安装现场(如下图):

2) 西双版纳气象观测场安装现场（如下图）：

3）鼎湖山气象观测场安装现场（如下图）：

B) 我公司近年来负责供货并提供现场安装调试的更多现场案例（一部分）：

中科院寒区旱区与环境工程研究所活动冻土观测系统                                                           锡林浩特国家气候观象台土壤水分测量系统

                             中国科学院新疆生态与地理研究所土壤监测系统                              贵州省林业科学研究所生态研究所土壤温度土壤水分测量系统

                  中国科学院青藏高原研究所土壤温湿仪系统                              中国科学院寒区旱区环境与工程研究所STP01_DT活动层水热监测系统

                           中国科学院地理科学与资源研究所光照与土壤监测系统                             宁夏大学土壤温湿度测量系统