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龙图腾网恭喜沈阳一凡农业科技有限公司申请的专利一种步进式时域反射土壤有效态养分原位速测系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115754221B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-27发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211043869.5，技术领域涉及：G01N33/24；该发明授权一种步进式时域反射土壤有效态养分原位速测系统及方法是由张兴国;陈子学;王锐竹;徐志强;王永欢;戴继光;李慧昱;邢硕;明亮设计研发完成，并于2022-08-30向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种步进式时域反射土壤有效态养分原位速测系统及方法在说明书摘要公布了：一种步进式时域反射土壤有效态养分原位速测系统及方法，属于土壤检测技术领域，所述系统包括相互连接的原位多层探针装置、信息采集控制箱、客户端，所述原位多层探针装置与信息采集控制箱相连，所述信息采集控制箱包括相互连接的信号收发处理模块、数据采集控制模块、4G5G传输模块、供电模块，所述信息采集控制箱通过互联网与客户端操作系统相连。本发明通过安装原位多层探针装置，监测作物生长过程中土壤介电常数实部和虚部变化的差异，通过主成分分析与神经网络算法结合建模，定时、原位、一次性联合测定多土层土壤相关参数。

本发明授权一种步进式时域反射土壤有效态养分原位速测系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种步进式时域反射土壤有效态养分原位速测方法，其特征在于：采用步进式时域反射土壤有效态养分原位速测系统，包括如下步骤：步骤S01：将原位多层探针装置置于土壤内，磁力弹簧通电，时域反射仪与温度检测一体探头向土壤伸出；步骤S02：信息采集控制箱的数据采集控制模块接收客户端操作系统的指令，数据采集控制模块将命令同时下发给信号收发处理模块及温度传感器，信号收发处理模块依次步进产生1024组步进频率连续波信号，步进频率信号通过原位多层探针装置发射至土壤中，遇到不同状态的土壤便产生信号反射，再通过定向耦合使测试信号与反射响应信号分离，形成反射接收信号；当一次1024组步进频率扫描结束后，所得系列入射代表信号接收数据、反射接收信号接收数据及温度传感器采集的电压信号，通过数据采集控制模块、传输模块，传输到智能客户端操作系统；步骤S03：操作系统将TDR发射频率从高到低的1024组步进频率表示为fH、fL，则高低频率差为频率带宽,根据不同带宽得到不同带宽的中心频率fC，则频率带宽B的中心频率fC〡B〡表示为： ；通过傅里叶逆变换将频域信号转换成不同带宽的中心时域；步骤S04：测量土壤体积含水量；所述步骤S04中，测量土壤体积含水量具体为：土壤体积含水量测量中的中心时域，其低高频率差为30MHz至1GHz，通过TOPP经验公式，基于表观介电常数的测量，按下式计算出土壤体积含水量， ；式中a1、a2、a3为多次项系数，b为调整常数；步骤S05：测量土壤电导率；所述步骤S05中，测量土壤电导率具体为：土壤电导率测量中的中心时域，其低高频率差为1MHz至1GHz；获得表观介电常数，电磁波沿电缆传播的速度与周围介质的表观介电常数的平方根成反比，表观介电常数即转换成公式： ；其中，Ka为介质的表观介电常数,v为电磁波在介质中传播的速度；c为电磁波在真空中的传播速度，单位为厘米纳秒；2L为电磁波在探针上来回传播的距离，L为电磁波在探针上单次单向传播的距离，单位为厘米；dt2-dt1为传播的时间，单位为纳秒；根据如下公式获得土壤电导率： ；式中：Ka为介质的表观介电常数、V1是中心时域探针土壤起始端的电压、V2是中心时域探针土壤末端的电压；步骤S06：通过主成分分析与神经网络模型建模，对有效态养分数据进行测量；所述步骤S06包括如下步骤：（1）录入3414试验过程中土壤TDR传感器、温度传感器监测的各时间、土层的中心时域数据组、温度数据；（2）录入土壤样品化学方法测定的有效态养分含量数据；（3）中心时域预处理：采用求导和或S-G平滑和或多元散射校正MSC和或变量标准化SNV的方法对中心频率进行预处理；采用稳健主成分分析法剔除土壤样品的异常样品；（4）特征中心时域提取：采用连续投影算法SPA和或无信息变量消除算法UVE和或遗传算法GA方法选择特征波段，提取特征中心时域，用于建立模型；采用稳健主成分分析法剔除土壤样品的异常样品；（5）多元矫正：采用Kennard-Stone算法划分用于建立土壤养分含量模型的校正集和检验集，采用偏最小二乘方法PLS建立土壤养分含量模型；采用稳健主成分分析法剔除土壤样品的异常样品；（6）精度判断：对中心时域解译后的土壤有效态养分模型进行精度判别计算决定系数r2及相对分析误差RPD值，判断r2及RPD值，如果满足实验允许范围，进入下一步骤，如果不满足，返回到步骤1重新开始，再计算决定系数r2及相对分析误差RPD值，选取最佳模型；（7）完成建模；（8）准备预测：输入未知土壤样品步进频率数据；（9）预测：通过已建的土壤样品特征中心频率及其有效态养分含量的模型和未知土壤样品步进频率数据预测其有效态养分含量值；（10）完成预测；所述步进式时域反射土壤有效态养分原位速测系统包括相互连接的原位多层探针装置、信息采集控制箱、客户端，所述原位多层探针装置与信息采集控制箱相连，所述信息采集控制箱包括相互连接的信号收发处理模块、数据采集控制模块、4G5G传输模块、供电模块，所述信息采集控制箱通过互联网与客户端操作系统相连；所述原位多层探针装置包括相互套接的外套管、内套管，所述外套管底部为锥体结构，所述外套管的一侧壁上自上而下均匀等距开设有测量孔，所述内套管自上而下均匀等距开设有横向的安装槽，安装槽开口位置与测量孔位置相匹配，所述安装槽内设有时域反射仪与温度检测一体探头，所述时域反射仪与温度检测一体探头与磁力弹簧的一端相连，磁力弹簧的另一端与安装槽的内侧壁相连，所述磁力弹簧与电源相连，所述时域反射仪与温度检测一体探头与信息采集控制箱相连。

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