[发明专利]土壤水分检测方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及土壤检测技术，尤其涉及一种土壤水分检测方法及设备，属于信息处理技术领域。

背景技术

利用微波遥感监测土壤水分是目前应用极为广泛的一种土壤水分检测手段。微波遥感监测土壤水分的基础是土壤的介电特性与土壤的含水量之间有非常密切的关系，具体说，介电常数的实部(虚部则还与土壤含盐量相关)受土壤含水量的影响非常大。所以，建立土壤介电常数实部与土壤体积含水量之间关系，是用微波遥感技术监测土壤体积含水量的基础。

目前来说，描述土壤介电常数与土壤含水量间关系的介电模型最常用的主要有Hallikainen经验模型和道博森(Dobson)半经验模型。

Hallikainen经验模型是Hallikaihen等于1985年提出的，基于不同土壤类型的多项式拟和模型。在给定的频率(包括了1.4GHz，4GHz，6GHz，8GHz，10GHz，12GHz，14GHz，16GHz，18GHz)、土壤类型的情况下，利用实测的土壤介电常数实部ε′与土壤水分进行拟和，得到实部的模型公式为：

ε′＝(a₀+a₁S+a₂C)+(b₀+b₁S+b₂C)mv+(c₀+c₁S+c₂C)m_v²

上式中S和C分别表示土壤的砂土、粘土百分比含量，m_v表示土壤的体积含水量，a₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂、c₀、c₁、c₂是需要标定的9个系数。

Dobson半经验模型是综合了入射波的频率、土壤体积含水量、土壤质地(砂土粒、壤土粒和粘土粒的比例)、土壤密度、土壤温度等与土壤介电常数的依赖关系，建立的土壤混合介电模型，适用频率范围为0.3GHz-18GHz。

其土壤介电常数实部的具体表达式为：

ϵ′=[1+ρbρs(ϵsα-1)+mvβ′ϵ′αfw-mv]1α]]>

上式中ρ_b表示土壤容重，ρ_s表示土壤中固态物质密度，对于不同类型的土壤，其固态物质密度差别不大，一般取ρ_s＝2.65。ε_s为土壤中固态物质介电常数，可以通过土壤固态物质密度ρ_s计算得到。α表示一常数因子，α因子对所有土壤的最优值为0.65。m_v表示土壤的体积含水量，β′是可调的参数，它与土壤类型有关，可以通过土壤的砂土S，粘土C的百分比含量计算得到，ε′_fw表示自由水介电常数实部，可以通过温度和频率计算得到。