方案介绍
本方案围绕农业生产过程中的墒情监测需求，构建一套基于物联网技术的土壤水分监测系统。通过部署高精度土壤水分传感器、数据采集终端、无线传输模块及云端数据平台，实现对农田不同深度土壤含水量的实时监测、动态分析和智能预警，为精准灌溉、节水农业、农业气象服务和抗旱调度提供科学数据支撑。

监测目标

• 实时掌握不同区域土壤水分状况

• 评估作物根区墒情适宜性

• 为灌溉决策提供量化依据

• 为干旱预警、农情分析和水资源管理提供数据支持

需求分析
传统依赖人工测量的土壤墒情数据获取效率低、频率不足，难以满足现代精准农业和高效灌溉管理需求。当前亟需一种低功耗、可视化、可远程访问的自动化墒情监测系统，实现对农田土壤水分连续监测，提升农业管理数字化水平。

监测方法

• 在农田关键位置（代表性地块）布设土壤水分传感器

• 根据作物根系分布设定多个深度（如10cm、30cm、60cm）

• 实时采集数据并通过4G模块上报至云平台

• 平台分析历史趋势与当前数据，生成墒情等级评价

应用原理
基于电容式或时域反射（TDR）技术的土壤水分传感器，通过感知土壤介电常数变化反映土壤中水分含量。监测数据经数据采集器汇总，借助4G或LoRa通信模块上传至云端系统，由平台计算出不同层次土壤含水率与墒情等级，并结合作物需水模型生成灌溉建议。

功能特点

• 多层监测：支持三层以上深度同步采集

• 实时在线：数据自动上报、自动记录、远程查看

• 低功耗运行：太阳能供电，适用于野外农田

• 多端展示：支持网页端、APP、小程序可视化监测

• 可组合拓展：与气象站、灌溉控制系统无缝集成

硬件清单

• 多层土壤水分（温度）传感器

• 数据采集终端（支持4G通信）

• 太阳能供电系统+蓄电池

• 安装支架与防护设备

• 云端平台账户与管理系统

硬件参数（量程、精度）

• 土壤水分量程：0~100%（体积含水率）

• 精度：±2~3%

• 温度量程：-40~85℃，精度±0.3℃

• 工作电压：DC 5~12V，平均功耗<0.1W

• 通信方式：4G/LoRa/NB-IoT可选

方案实现
选择典型代表性田块，安装多层土壤水分传感器，连接数据终端与供电模块。根据监测频率设定上传周期（如每小时或每日一次）。所有传感器数据自动汇总到云平台，系统根据不同作物的需水阈值自动判断墒情等级（干旱、适宜、过湿），并支持生成报表或发送短信提醒。可拓展联动智能灌溉系统，实现自动控制水泵灌水。

数据分析

• 实时数据图表展示含水量随时间变化趋势

• 土壤湿度多层对比图，识别渗透速度与有效水层

• 与作物需水阶段对照，判断灌溉时机

• 支持历史数据导出与回溯分析

预警决策

• 墒情等级设定：轻旱、中旱、重旱等阈值自定义

• 达到设定值自动短信/APP推送提醒

• 可生成月度/季度墒情评估报告

• 可联动泵站控制器实现定量灌溉建议或自动灌溉

方案优点

• 高精度连续监测，免人工干预

• 适用于多种土壤类型和作物类型

• 可远程访问、易于部署、维护成本低

• 与农业水肥管理系统兼容性强

• 支持无人值守、全年运行

应用领域

• 农田灌溉管理与墒情评价

• 旱作农业、节水农业

• 设施农业（大棚）墒情实时监控

• 农业气象监测与农情调度指挥系统

• 农业科研与试验站点监测需求

效益分析

• 精准灌溉节水20%以上

• 提升作物抗旱能力与单产稳定性

• 降低水资源浪费与成本投入

• 提高干旱预警与水肥调控的科学性

• 为农业部门科学管理提供可靠墒情数据依据

国标规范

• GB/T 20481-2017 土壤水分监测方法通则

• GB/T 32737-2016 土壤墒情自动监测系统技术规范

• NY/T 3113-2017 土壤水分信息采集系统技术条件

• NY/T 1736-2009 灌区土壤墒情监测评价技术规范

参考文献

• 《土壤水分传感技术在农业灌溉中的应用》

• 《基于无线传感网的农业墒情监测系统设计》

• 《土壤水分监测在旱作农业区的应用探讨》

案例分享
在河北某小麦主产区部署自动墒情监测系统后，通过实时水分数据辅助灌溉决策，春灌水量减少约35%，亩均产量提升12%。另一个甘肃旱作农业试验区则借助三层水分监测系统，精确判断根区干旱情况，合理安排抗旱措施，有效降低农作物受旱面积。