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
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可配置探头数量 （单位：个） |
产品型号 |
设备长度 （单位：m） |
探头在设备处位置 （单位：m） |
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1 |
CISS01 |
0.3 |
0.15 |
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3 |
CISS03 |
1 |
0.3/0.6/0.9 |
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5 |
CISS05 |
2 |
0.3/0.6/0.9/1.5/1.9 |
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7 |
CISS07 |
3 |
0.3/0.6/0.9/1.5/1.9/2.5/2.9 |
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9 |
CISS09 |
4 |
0.3/0.6/0.9/1.5/1.9/2.5/2.9/3.5/3.9 |
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21 |
CISS21 |
10 |
0.3/0.6/0.9/1.5/1.9/2.5/2.9/....../9.5/9.9 |
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。
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项目 |
管式 |
针状 |
节状(本产品) |
对比优势 |
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探测范围 |
最大约5cm |
最大约5cm |
立体柱形，水平30cm，垂直25cm |
有效感知 范围大 |
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测量精度 |
3% |
2% |
2% |
高稳定度电路 |
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灵敏度 （分辨率） |
0.5% |
0.1% |
0.1% |
感知含水率微变化过程 |
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电池续航 |
单个传感器，工作三月 |
单个传感器，工作一年 |
自主研发低功耗芯片，7个传感器，可连续工作三年 |
无需太阳能充电 |
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数据采集频率 |
固定频率10分钟/次 |
固定频率 |
依据含水量变化，自动调节采样频率，最高1分钟/次 |
自适应调节采样 |
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传感器 |
单杆 |
多个并联 |
一杆多个传感器串联 |
便于深孔安装 |
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自适应含水率算法 |
无 |
无 |
支持在线自动调节和校准 |
云后台AI学习算法 |
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通信 |
4G/GPRS |
4G、GPRS |
NB-IoT/蓝牙/4G/lora/RS485 |
可根据网络情况选择 |
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多点探测 |
管式延伸，检测点数固定 |
设备只支持单一点 |
灵活组装，多节点级联 |
可灵活组合 |
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安装 |
插管 |
需挖坑安装 |
插50mm管 |
简单 |
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-倾角计采用节状多级级联结构，包括无线采集传输头、若干可级联的1m的探头组杆体。
下图以3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0.3m、0.6m和0.9m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1.5m和1.9m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2.5m和2.9m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3.1m。
3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
