Способ определения влажности почв Советский патент 1982 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к технике измерений к может быть использовано в агрометеорологии, мелиорации, сельском хозяйстве. Известен способ измерения влагозапас верхнего слоя почвы (О-1 см), основанный на и млерении полного влагозапаса верхнего слоя почвы в объемных единицах (г/см) на эталонных участках, измерении коэффициента обратного рассеяния на тех же участках под углами 7-12 от надира на частоте вблизи 4,25 ГГц, на эталонных участках, построении рег ресионной зависимости, измерении коэффициента обратного рассеяния на контролируемом участке при тех же углах и часто тах зондирования, сопоставлении измеренных значений с регрессионной зависимостью и определении полного влагозапаса (в г/см) на контролируемом участкеГ Недостатком данного способа является зависимость коэффициента обратного рассеяния, а, следовательно, измеряемого значения полного влагозапаса верхнего слоя почвы, от состояния поверхности (шероховатости), от типа почв, а также узкий диапазон углов визирования вблизи . надира и узкий диапазон рабочих частот. Известен также способ определения влажности почв, основанный на измерении характеристик радиолокационного сигнала, отраженного от эталонных и контролируемого участков и определеннв регреосионных зависимостей Между ннтенси&ностью отраженного радиолокационного сигнала и влажностью почвы на эталонйыз4 участках 2 . Однако известный способ также не обеспечивает высокую точность камере так как на параметры измеряемого сшла влияют тип почв и характеристики и верхности. Цель изобретения - повышение точности за счет устранения влияния типа почвы и характеристик ее поверхности. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения влажности почв на эталонных участках путем непосредственных измерений определяют объе ный запас свободной влаги, после чего определяют регрессионные зависимости между интенсивностью отраженного ради локационного сигнала и измеренным объ емным запасом свободной влаги на эталонных участках.и по интенсивности радиолокационного сигнала, отраженного от контролируемого участка, и регрессионным зависимостям определяю объемный запас свободной влаги на контролируемом участке. На фиг. 1 приведена регрессионная зависимость характеристик отраженного радиолокационного сигйала от объемного запаса свободной влйги для различных типов почв; на фиг. 2 --регрессионная зависимость характеристик отражен йг объемного запаса свободной влаги. для двух типов шероховатости поверхнос ти, характерных для агротехнической обработки почвы в посевной период; на фиг. 3 - регрессионна.я зависимость характеристик отражения от объемного запаса свободной влаги для участков с открытой почвой и участков с посевами озимых культур для трех типов почв, где D - средняя интенсивность отраже- НИН радиолокационного сигнала; ., объемный запас свободной влаги почвь в слое 0-10 см, d - черноземы типичные; б - черноземы вышелочные; Б темно-серые лесные оподзоленные почвы; 1 - мелкозернистый нанорельёф поверхности ; Э - среднегребнистый нано. рельеф; е , ж , 3 - участки открытых почв; и - черноземы типичные; к - черноземы выщелочные; л - темно-серые лесные оподзоленные почвы; м э И О - участки с посевами зимних культур на соответствующих типах почв. Способ реализуется следующим образом. Измеряют характеристики отраженног радиолокационного сигнала на эталонных .и контролируемых участках и сравниваю последние с регрессионными зависимост ми для эталонных измерений, но при этом на эталонных участках измеряк объемный запас свободной влаги, при этом характеристики отраженного радиолокационного сигнала измеряют в пределах от скользящих углов до углов зон дирования вблизи надира и строят регрессионные зависимости указанных характеристик как функцию объемного запаса свободной влаги. Физической тюновой определения влаж ности почв радиофизическими методами 9 1 5юляется различие в диэлектрических свойствах воды и сухого вещества, почвы. По, известной классификации влаги в коллоиднъ1х капиллярно-пористых телах, к которым относится почва, влагу в почве можно разделить на свободную и связанную влагу, которые существенно различаются по диэлектрическим проница&мостям : для сво)бодной влаги ggCsSO; для связанной Ej..ц ci 4-6, т.е. близка к t сухого вещества. Как известно характеристики отражений радиолокационных сигналов существенно зависят от параметра, характеризующего влажность почвы (полный объемный влагозапас полный влагозанас в процентах полевой влагое ькости). Тйким образом, необходимо найти . параметр, который, с одной стороны, удовлетворил бы агрометеослужбу, а, с другой стороны, не влиял на величину характеристик отраженного радиолокационного сигнала при изменении характера состояния поверхности и типа почв, Для сельскохозяйственного производства, основной интерес представляет запас свободной влаги в почве, который обеспечивает получение надежногчэ урожая. Изменения влажности почвы в полезных условиях в основном обусловлены изменением количества изменяющейся в ней свободной влаги. Использование запаса свободной влаги в качестве измерительного параметра характеризующего влагозапас почвы, позволяет существенно уменьшить влияние типа почв и состояния поверхности (щероховатости) на измерение характеристики отраженного радиолокационного сигнала. В связи с тем, что отражение определяется в основном диэлектрической проницаемостью свободной влаги почвы, это позволяет варьировать угол зондирования в щироких пределах. В результате открывается возможность построения радиолокационной системы, в которой угол обзора может изменяться от 1О° до 75° от надира, например, с помощью сканирования, либо при использовании радиолокационной станции базового обзора. Это позволяет существенно увеличить производительность за счет увеличения площади контролируемого участка в течение одного полета. Измеренные характерис- тики отраженного радиолокационного сигнала в случае калиброванной аппаратуры можно выражать через коэффициент обратного рассеяния или через среднюю интеисивность отраженного сигнала - при некалиброванной аппаратуре. Чувствительность к измеряемому параметру составляет 0,102 дБ/О; О1 г/с при коэффициенте корреляции 0,89. Сравнение представленных материалов показывает, что в случае использования предлагаемого способа происходит группировка экспериментальных данных, что позволяет измерять запас свободной влаги под посевами озимых зерновых кульртур в период возобновления вегетации весной и на участках с открытой почвой по одной регрессионной зависимости. Формула изобретения Способ определения влажности почв, основанный на измерении характеристик, радиолокационного сигнала, отраженного от эталонных и контролируемого участков и определении регрессионных зависимостей между интенсивностью отраженного радиолокационного сигнала и влажностью почвы на эталонных участках, отличающийся тем, что, с це лью повышения точности за счет устране 9S 16 ния влияния типа почвы и характеристшс ее поверхности, на эталонных участках путем непосредственных измерений oivределяют объемный запас свободной вла ги, после чего определяют регрессионные зависимости между интенсивностью отраженного радиолокационного сигнала и измеренным объемным запасом свобоо ной влаги на эталонных участках и по интенсивности радиолокадионногосигн ла, отраженного от контрюхшруемого участка, и указанным регрессионным зависимостям определяют объемный запас свободной влаги на контр олируеи«ом учаотке.. Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе 1. Р. Р.BdleivaEd, F- Т. Feasb o torinqj- SoiP moisture active mioro wo(Me remote sensintf. UniversH-s of Kanscsis Center or Reseotrcli, :jnc Lci wrence, K5, RSL Teciinicae Report 264--I2, ЗсЛП. Ш1,р.1-94. 2. Вериго С. А., Разумова Л. X Почвенная влага. Л., Гидрометеонадат, 1973, с. 49-76.

/

Л.

-.2

/

/

I 1

I I I I

0,15

/

/

в fy

/- а

I I

0,20 0,25 V JcJ2/r«5/ Фиг Л

о,го 0,25 Л гА

0,f5

I II I I I i III II II t I 0,150,100,25 (г/смУ)

Фиг.2

Фиг, 3