[发明专利]一种土壤热通量的估算方法及系统

权利要求书

1.一种土壤热通量的估算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将检测装置安装在已知湿度值的标定土壤中，并运行预设的自标定程序，生成湿度拟合曲线；

S2：根据热传导计算公式推导出土壤热通量计算公式；

S3：测量并计算待测土壤的各层土壤质量；

S4：通过检测装置获取每层待测土壤开始时的温度T1和t时间后的温度T2；

S5：通过检测装置获取t时间段内待测土壤的湿度平均值HUM；

S6：将湿度平均值HUM代入预设土壤比热容计算公式算出待测土壤的比热容；

S7：运用土壤热通量计算公式获取每层待测土壤的热通量；

S8：将获得的每层待测土壤的热通量取平均值，从而得到土壤热通量值。

2.根据权利要求1所述的土壤热通量的估算方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：将检测设备插入标定土壤中，进入预设自标定程序；

S12：在预设自标定程序中输入标定土壤的湿度值SetHum，使用公式expresult＝1.0*SetHum/10.0完成数据转换；

S13：在预设自标定程序中运行For循环和IF函数，将当前湿度值拟合成湿度曲线；

S14：储存湿度曲线数据。

3.根据权利要求1所述的土壤热通量的估算方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

传热导公式为：Q＝q*S*t；

其中，Q为传递的热量、S为热量传递面积、t为所采集传递的时间、q为热流密度；

当系统的温度升高dT时，如果它所吸收的热量为dQ，则系统的热容C定义为C＝dQ/dT；

所以预设时间内温度变化ΔT对应的吸收或放出的能量为：

Q＝C*ΔT＝(Cm)*n*(T2-T1)＝c*m*(T2-T1)；

其中，Cm为摩尔热容，n为物质的量，c为比热容，m为质量，T2-T1为温度变化；由此，可得到：q*S*t＝c*m*(T2-T1)，推导出：q＝[c*m*(T2-T1)]/(S*t)；

即可通过公式q＝[c*m*(T2-T1)]/(S*t)获取每层土壤热通量。

4.根据权利要求1所述的土壤热通量的估算方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

设定并测量待测土壤的检测面积S、土壤密度ρ、各层土壤间距h和测试时间间隔t，土壤检测层数n；

运用公式m＝ρSnh计算出各层的土壤质量。

5.根据权利要求1所述的土壤热通量的估算方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

运用公式c＝C*HUM+B算出土壤的比热容；其中C为水的比热容，B为待测土壤的补偿值。

6.根据权利要求3所述的土壤热通量的估算方法，其特征在于，所述步骤S7具体为：运用公式q＝[c*m*(T2-T1)]/(S*t)获取每层待测土壤的热通量。

7.一种土壤热通量的估算系统，其特征在于，包括：检测装置、总控制模块和云平台，检测装置与总控制模块数据连接，总控制模块与云平台通过网络连接；

所述检测装置用于获取土壤的温度值和湿度平均值，并发送至总控制模块；

所述总控制模块设在检测装置顶部，总控制模块包括估算单元和通信单元；

所述估算单元内存储有预设自标定程序、预设土壤比热容计算公式和土壤热通量计算公式，估算单元将湿度平均值代入预设土壤比热容计算公式算出土壤的比热容，然后运用土壤热通量计算公式获取每层土壤热通量，最后将获得的每层土壤热通量取平均值，从而得到土壤热通量值；

所述通信单元通过无线网络将土壤热通量值发送至云平台；

所述云平台用于存储土壤热通量值，并通过网络将土壤热通量至发送至匹配的移动终端。

8.根据权利要求7所述的土壤热通量的估算系统，其特征在于，所述检测装置包括多个检测模块，所述检测模块按预设间距安装，检测模块内设有温度传感器、湿度传感器和单片机，检测模块内部和检测模块之间均通过RS485连接通信；所述温度传感器用于获取土壤的温度值，并通过单片机发送至总控制模块；所述湿度传感器用于获取土壤的湿度平均值，并通过单片机发送至总控制模块。