第1章 土壤水分测量与墒情监测 1
1.1 土壤水分测量与墒情监测的意义 1
1.2 土壤水分测量与墒情监测的方法 4
1.2.1 烘干法 6
1.2.2 张力计法 7
1.2.3 中子仪法 8
1.2.4 FD法 9
1.2.5 TDR法 11
1.3 TDR及其在土壤水分测量中的应用 13
1.3.1 TDR技术研究现状 13
1.3.2 TDR传感器探头研究进展 15
1.3.3 TDR仪器研制进展 16
第2章 TDR土壤水分测量技术的理论基础 18
2.1 麦克斯韦方程 18
2.2 电介质的极化与土壤表观介电常数 20
2.2.1 电介质的介电常数 20
2.2.2 介质极化的不同微观机制 22
2.2.3 交变电场下的介质极化 24
2.3 土壤介电特性 25
2.3.1 土壤磁导率 26
2.3.2 土壤电导率 26
2.3.3 土壤介电常数 28
2.4 土壤水分探头的电参量模型 30
2.5 波在探针上的传播和反射 34
第3章 基于相位检测原理的P-TDR系统 38
3.1 P-TDR系统设计原理与总体设计方案 38
3.2 P-TDR系统硬件设计 42
3.2.1 高频正弦电压信号源设计 42
3.2.2 铁氧体环形器简介 46
3.2.3 相位检测器工作原理 49
3.2.4 检波器工作原理 51
3.2.5 微处理器及其外围电路设计 53
3.3 P-TDR系统软件设计 56
3.4 信号传播时间测量实验 57
第4章 P-TDR土壤水分测试仪的传感器探头 59
4.1 P-TDR传感器探头的基本结构 59
4.2 探头与同轴电缆阻抗失配的影响研究 61
4.2.1 探头首端反射信号的幅值和相位对测量结果的影响 62
4.2.2 探头首端信号反射率与探头阻抗的关系 63
4.3 P-TDR探头阻抗特性研究 67
4.3.1 无绝缘涂层平行三棒式探头的阻抗特性研究 67
4.3.2 有绝缘涂层平行三棒式探头的阻抗特性研究 73
4.4 P-TDR探头性能对比研究 77
4.4.1 不同几何尺寸探头对比研究 77
4.4.2 绝缘涂层影响对比研究 79
4.4.3 内部阻抗变化结构对比研究 80
第5章 P-TDR土壤水分测试仪性能分析 82
5.1 实验材料与实验方法 82
5.1.1 实验材料 82
5.1.2 实验方法与实验数据 83
5.2 P-TDR的土壤水分测试性能分析 87
5.2.1 研究方法与评价指标 88
5.2.2 对各种不同质地土壤的测量结果分别进行回归分析 89
5.2.3 对多种不同质地土壤的测量数据组合进行回归分析 92
5.2.4 不同容重对测量结果的影响分析 95
5.3 P-TDR的土壤电导率测试性能分析 99
第6章 土壤水分数据采集终端 103
6.1 GPS简介 104
6.2 土壤水分数据采集终端 111
6.3 土壤水分数据采集终端软件设计 113
6.4 河南省广利灌区的土壤墒情调查试验 116
第7章 定点土壤墒情变化规律研究 119
7.1 土壤墒情的时程变化规律 120
7.1.1 根系层土壤墒情数据预分析 120
7.1.2 不同阶段土壤墒情数据统计分析 121
7.2 土壤墒情的垂向变化规律 126
7.2.1 垂向上土壤墒情数据预分析 126
7.2.2 垂向上土壤墒情的相关分析 126
7.2.3 垂向上土壤墒情的聚类分析 128
7.2.4 垂向上土壤墒情的多元线性回归分析 131
7.3 土壤墒情的增长与消退规律 135
7.3.1 土壤墒情增长规律 135
7.3.2 土壤墒情消退规律 137
第8章 土壤墒情预报模型 140
8.1 人工神经网络 140
8.1.1 人工神经网络的基本原理 140
8.1.2 BP人工神经网络算法 142
8.2 BP人工神经网络模型的建立 147
8.2.1 学习样本的选择与处理 147
8.2.2 网络参数确定和网络结构 148
8.2.3 网络训练过程 149
8.3 预报结果分析 151
8.3.1 土壤墒情短期预报 151
8.3.2 土壤墒情中期预报 152
8.3.3 土壤墒情长期预报 153
8.3.4 土壤墒情预报结果的验证与比较 154
第9章 土壤墒情信息管理与决策支持系统 157
9.1 北京地区的自然概况 157
9.1.1 气象与水文 157
9.1.2 地形地貌 158
9.1.3 耕地与土壤类型 158
9.2 系统开发的目的意义 158
9.3 北京土壤墒情监测站的分布情况 159
9.4 系统的组成结构 162
9.5 系统软件开发 163
9.5.1 系统软件的开发环境 163
9.5.2 系统的建设目标与功能设计 166
9.5.3 系统的数据库设计 168
9.6 系统的应用 170
9.6.1 系统主界面 170
9.6.2 区域内土壤墒情的监测 170
9.6.3 区域内土壤墒情的预报 176
9.6.4 系统的其他应用 180
参考文献 184