一体化多节点土壤含水率-倾角计CISS

产品概述

一体化多节点土壤含水率-倾角计CISS（Cascaded Integrated Soil Sensor）是针对于地灾监测的传感设备，可级联多个节点深埋于土壤中探测不同层土壤水分含量、倾角、温度的变化，实现深层土壤含水率、位移、温度多维一体的传感融合，监测山体滑坡、塌方、泥石流等地质灾害，以及交通、矿山边坡监控。

设备全部实现数字化传感、采集、嵌入式处理、无线传输。核心含水率传感器基于频率介电反射 (FDR) 测量原理，根据发出的电磁波在不同介电系数物质中的频率变化，测得各土层的含水率；利用内置高精度数字温度传感器，测量各土层温度；利用高精度重力场加速度计测量地下各节点倾角及位移的变化。

设计本着高集成度一体化杆体（All in one rod）的理念，施工简单，只需一个深层钻孔即可实现多种传感，对山体破坏小，经济实用。根据不同地区边坡稳定性监控需求和实际岩土层情况，每套设备可以灵活级联不同探头数目构成一根多点深度探测杆，如每米配置1-2个探测点。

CISS具有如下特点：

- 可拆卸、灵活配置级联、最深支持地下10米检测
- 多种传感数据同时采集，可监测多层土壤含水率、倾角位移及温度变化
- 全集成，供电、数据采集、传输一体
- 杆体管径40mm，对环境破坏小，安装简便
- 低功耗设计，内置电池，免太阳能和其他外供电，使用寿命长

单节点CISS01实物图

4米9节点CISS09实物图

典型的一体化多节点土壤含水率-倾角计探测深度组合参见下表。

不同设备长度配置的探头数及探头位置

注：设备长度0.3-10米可选，在1米3节点基础上，每增加1米，探测节点数增加2个。

一体化多节点土壤含水率-倾角计多传感节点通过RS485总线连接到顶部的采集板卡并通过NBIOT/BLE网关无线传输到云平台，进行长期监测、分析；传感采集及数据上传频率可以根据实际需求动态配置不同土壤参数、采用及无线间隔、设备信息，满足不同地质灾害监测的需求。

典型系统架构如下图所示。 一个山坡可根据山体构造配置多根一体化多节点土壤含水率-倾角计（内置多节点的含水率、倾角、温度传感），一个雨量计、一个报警喇叭等， 若本地无线NBIOT信号弱，可考虑增配4G/蓝牙网关。

多参数地质灾害系统构成图

产品特点

-可拆卸、灵活配置级联、易安装的传感器结构设计
专利技术（实用新型专利号：ZL 202120930308.1）的可拆卸级联结构，通过节数组合构成1-7米长度的连接杆，直接对不同深度、多节点的土层温度、含水量及倾角进行测量。
一体化多节点土壤含水率-倾角计采用钻孔放置的安装方式，与现在常用的标准钻头兼容。地下杆子直径为40mm，无异常突起，安装时不破坏土体剖面，更能真实反映现场实际状况。

-高性能传感
通过测量土壤介电频率特性的方式获得土壤水分数据，内置自主研发的高精度传感器信号调理芯片，具有0.1%的水分含量高灵敏度，2%的典型精度。
测量电极使用大面积环状非接触结构，有效感知体积大，可以有效减少砂岩土质及大颗粒物对测量产生的影响。

-云数据传输分析系统
每根一体化多节点土壤含水率-倾角计自带NBIOT/蓝牙收发器，数据通过无线信号上传到地灾监控云平台，进行土壤温湿度实时监控及大数据分析。可根据需求，动态更改测量时间间隔，也可监控设备位置异动、电量变化。
嵌入式土壤含水率算法可以通过云平台AI算法在线学习优化，免现场校准。

-使用寿命长
采样节点外部为化工级PVC-U管材，强度高，抗老化，耐土壤中酸碱盐腐蚀。
超低功耗设计、内置高效锂亚电池，无需外部供电，即可保证长达3年的工作时间。

本多节点节状传感器（简称“节状”）与市面上现有管式传感器（简称“管式”）、传统针式传感器（简称“针状”）性能对比如下。

由表可见，管式传感器只解决了针式传感器无法监测多岩土层含水率的问题，在各项监测指标上和针式传感器基本相同。本一体化多节点土壤含水率-倾角计产品各项指标均优于上述两种传感器。

技术参数

1、测量范围：深度1-9米多节点深土层
                      含水率：0～100%
                      温度：-40℃~85℃          
                      倾角计：-90°~+90°，X/Y/Z 三轴
2、典型精度：含水率：±2%，分辨率 0.1%
                      温度：±0.5℃，分辨率 0.004℃
                      倾角计：±0.1°，分辨率：0.002º，线性：±0.1%           
3、输出参数：各层深度的含水率、温度、降雨强度、倾斜角度，设备电量、位置变化信息
4、免现场标定，支持传感参数、算法远程升级
5、传感采样间隔：1min～1h（可配置）；无线上传间隔：5min～24h（可配置）
6、输出信号： RS485/NB-IOT/蓝牙/Cat-1
7、定位防盗功能：支持追踪设备位置发送到后台服务器，并通知设备管理人
8、工作温度范围：-20℃~85℃
9、防护等级：IP68防水，化工级PVC-U外壳
10、供电方式：CISS-NB通信产品为网关内置电池供电，包含过压或欠压保护，满足连续工作3年，支持电压5V~7.5V。
                        CISS-RS485通信产品支持7V-28V供电。
11、外形尺寸：地下部分长1-9米，直径40mm杆状多节点级联
                        地上通信部分长0.30米，直径63mm 圆柱状无线收发器

结构介绍

一体化多节点土壤含水率-倾角计（地灾监测版）采用节状多级级联结构，包括无线采集传输机头、若干组1.25m的探头组杆、25cm和75cm的级联转接头。

下图以5米7节点杆为例， 三组探头组杆包含了1-7号传感探头。

其中，探头组1包含1-3号探头，分别测量0.5m、1m和1.5m处深度的土壤温湿度；
          探头组2包含4号和5号探头，分别测量2m和3m处深度的土壤温湿度；
          探头组3包含6号和7号探头，分别测量4m和5m深度的土壤温湿度。

完整一体化多节点土壤含水率-倾角计拼装完成后，总长度约为5.4m。其中地上部分0.3m（即0.36m无线采集头地表露出部分），地下部分5.10m。

                              5米7节点杆体结构                                                            现场安装

实测数据如下图所示， 结果可在网上导出excel 报表。
    

含水率现场应用数据

资料下载

一体化多节点土壤含水率-倾角计CISS产品手册

CISS-Cat1施工指南

传感器Modbus接口协议

CISS-485数据查询软件