自动土壤水分观测规范（试行）
3.2.4通信接口与通讯模块
联接采集器与计算机、计算机与中心站、采集器与中心站等的通信连接设备。 ⑴采集器应具有采集电压、电流、频率、并行码、计数输入等信号的能力，以连接各种传感器，测量相应气象要素，并可进行扩展。
⑵采集器应至少配置2个通信接口，既可以支持本地通信，又可以通过扩展其它通信设备实现远程通信。
⑶远程通讯模块，可支持无线通讯。 3.2.5微机
系统微机用作采集器的终端，实现对采集器的监控、数据处理和存储，应能满足采集软件和业务软件运行的基本配置要求。
3.3软件
3.3.1采集软件
采集软件由厂家按本规范要求编制，写在采集器中。其主要功能有：
⑴接受和响应业务软件对参数的设置和系统时钟的调整（时钟也可在采集器上直接调整，但必须保证采集器和计算机时钟一致）；
⑵实时和定时采集各传感器的输出信号，经计算、处理形成土壤重量含水率、土壤相对湿度和土壤有效水分贮存量等观测要素值，见本规范附录3；
⑶存储和传输土壤重量含水率、土壤相对湿度、土壤水分总贮存量和土壤有效水分贮存量等观测要素值，见本规范附录4。
⑷运行状态监控。 3.3.2业务软件
业务软件根据农业气象观测业务的需要编制，由国务院气象主管机构颁发。其主要功能包括：参数设置、实时数据显示、定时数据存储、运行监控，数据维护、数据审核、报表编制，形成统一的数据文件等。
3.4主要功能
3.4.1初始化功能
操作员须通过终端，输入或修改嵌入式软件必要的业务参数，如站点的地理位置、拔海高度，检定与维护记录、时间、传感器参数、数据缓冲文件位置、质量控制等方面的参数等。 3.4.2数据采集功能
采集器分别对挂接的传感器按预定的采样频率进行扫描，并将获得的电信号转换成数据信号。 3.4.3数据处理功能
将采样信号按规定的采样算法处理成符合格式要求的数据文件。文件包括：正点土壤水分测量数据文件、实时土壤水分测量数据文件。
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自动土壤水分观测规范（试行）
3.4.4数据存储功能
包括采集器内部的数据存储和采集器外围设备的数据存储。
采集器内部的数据存储。采集器至少能够存储一个月的正点土壤水分体积含水量，采集器内部的数据存贮器应具备掉电保存功能。
外围设备的数据存储。在计算机的磁盘存储器中，存储正点土壤水分测量数据文件、实时土壤水分测量数据文件，包括经过处理的数据、人工输入数据、质量控制信息（内部管理数据）等。 3.4.5数据传输功能
将采集器采集的数据及时传输到终端。根据响应方式的不同，可分为两种情况：定时传输是在设定时间下的传输，即土壤水分自动监测仪器正常运行时的自动传输；响应终端命令的传输，即人工干预下的传输。这种情况下，往往还允许通过终端或远距离设备，对采集器进行控制，如更新程序、设置参数、测试调试等。 3.4.6系统管理功能
⑴质量监控功能
采集器应分级并采用多种方法对采集的数据进行质量监控。主要包括以下内容： A. 出错总量报告与标识。
B. 界限值检测。体积含水量不能为负值、采样值合理性(粗大误差)检查，验证每次采样值在正常传感器测量范围内。
C. 时间一致性检查。验证瞬时值的变化率，可检测不真实的尖峰或跳变值，判断传感器是否损坏。 ⑵时钟管理功能
采集器提供高精度实时时钟，以采集器时钟为准，定时与微机终端进行校时，确保系统内时间的同步。采集器实时时钟走时误差不大于15秒/月。
⑶状态监测功能
采集器应设置自动监测关键部件运行状况的内置式装置，如电源故障监测器、看门狗计时器和用于监测电路某些部分的测试电路。应配有相应的软件，可在终端自动显示状态信息，用于设备的运行控制和维护。终端和采集器之间应建立完善的数据缺测检查和补收机制。建立报警机制。
⑷现场软件升级功能
基于采集器的本地通信口，可以在现场为采集器进行嵌入式软件升级。
3.5采样和算法
3.5.1采样
土壤体积含水量的采样频率为每分钟1次。 3.5.2算法
⑴10分钟平均值
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自动土壤水分观测规范（试行）
取10分钟内的10个采样值，作质量控制后求算术平均，即为该10分钟时段内的土壤体积含水量观测值。
⑵正点瞬时值
小时正点前10分钟的平均值记为正点瞬时值。 ⑶小时平均值
对前1小时内的 6个 10分钟平均值作质量控制后求算术平均，即为该小时土壤体积含水量观测值；超过2次10分钟平均值丢失，则当前小时平均值标识为“缺失”。
⑷导出量的计算方法 i. 土壤重量含水率
以土壤体积含水量与土壤容重的比值表示。
w＝Q?
w：土壤重量含水率（%）；
Q?：土壤体积含水量（%）； ：地段实测土壤容重（g/cm3）。
以重量含水率占田间持水量的百分比表示。
R?wfc?100%ii. 土壤相对湿度
R：土壤相对湿度（%），取整数记载；
w：土壤重量含水率（%）；
fc：田间持水量（用重量含水率表示，%）。
iii. 土壤水分贮存量
土壤水分总贮存量指一定深度（厚度）的土壤中总的含水量，以水层深度mm表示。
v???h?w?10
v：土壤水分总贮存量（mm），取整数记载； ?h：地段实测土壤容重（g/cm3）；
：土层厚度（cm）；
w：土壤重量含水率（%）。
iv. 土壤有效水分贮存量
土壤有效水分贮存量是指土壤中含有的大于凋萎湿度的水分贮存量。
u???h?(w?wk)?10
u：有效水分贮存量（mm）； ?3
：地段实测土壤容重（g/cm）；
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h：土层厚度（cm）；
w：土壤重量含水率（%）；
wk：凋萎湿度（用重量含水率表示）。
第4章 仪器安装与维护
4.1基本要求
⑴自动土壤水分观测站建设前，按照本规范2.1要求进行观测场选址，做好基础建设工作。
⑵设备安装前应认真阅读仪器技术手册，按照要求进行安装。土壤水分传感器按本规范2.1要求安装在观测场规定的位置上，数据采集器可安装在观测场内或观测值班室内，保证设备的安全。
⑶传感器的安装层数和高度应符合土壤水分观测的要求。
⑷计算机、打印机及其电源（蓄电池、UPS电源）等设备均安放在观测值班室内。 ⑸传感器和数据采集器用专用电缆连接。
⑹做好安装区域的保护，应该在传感器安装区域、数据采集器安装区域以及通讯电缆敷设区域做明显的标识和围栏，避免观测设施遭受破坏。
4.2传感器的安装
4.2.1探针式传感器
插针式传感器平行于地面安装，传感器安装按照做安装剖面、传感器定位、传感器埋设、联机检查、原土回填等步骤进行。
⑴做安装剖面：在传感器安装点向北约18cm处挖安装剖面，剖面大小1.2m（长）×0.7m（宽）×1.2m（高），挖土同时在各安装层次进行环刀取土，用于测定土壤水文、物理常数。传感器的埋设层次、安装剖面示意、实际效果见图4.1。
图4.1 传感器的埋设层次、安装剖面示意、实际效果图
⑵传感器定位：在土壤剖面上根据各传感器安装层次确定各层传感器的安装定位
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点(见图4.2)。为减少相邻层次间影响，将8支传感器按安装层次间隔为两列进行安装。
图4.2 传感器安装定位
⑶传感器埋设：使用专用土钻以各传感器安装定位点为中心，沿与土壤剖面垂直方向做安装孔，安装孔的深度约为18cm。使用专用的电木底座将传感器插入安装孔。在土壤剖面制作线槽，分别将各传感器电缆经传感器线槽引至垂直主线槽后固定，统一引出地面 (见图4.3) 。传感器的引线在线槽中不易拉的太直，应以S型布置，或者留有部分余量，避免将来回填土沉降后，将传感器引线拉断。
图4.3 传感器埋设及安装效果图
⑷联机检查：将各传感器接入数据采集器，联机检查正常后再进行回填操作。 ⑸原土回填：在土壤剖面上做电缆布设槽，将传感器电缆固定在槽内。然后按照“后出先回填”的原则进行原土回填，要求逐层压实。土壤回填后，第一次大的降水后，应该及时检查土壤水分传感器安装区域，回填土是否发生沉降及沉降的多少，适当的给予补充并压实。 4.2.2插管式传感器
插管式传感器垂直于地面安装，传感器的安装需要专用的安装工具（专用三脚架、取土钻、大锤等），安装步骤如下：
⑴在安装地点展开并固定三脚架，将三脚架的水平调节好，根据传感器安装深度选择合适长度的护棺，并将护管插入安装支架。
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