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多参数地质灾害多土壤含水率-倾角计传感器

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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

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

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）
1	CISS01	0.3	0.15
3	CISS03	1	0.3/0.6/0.9
5	CISS05	2	0.3/0.6/0.9/1.5/2
7	CISS07	3	0.3/0.6/0.9/1.5/2/2.5/3
9	CISS09	4	0.3/0.6/0.9/1.5/2/2.5/3/3.5/4
21	CISS21	10	0.3/0.6/0.9/1.5/2/2.5/3/....../9.5/10

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

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。

类别项目	管式	针状	节状(本产品)	对比优势
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
测量精度	3%	2%	2%	高稳定度电路
灵敏度（分辨率）	0.5%	0.1%	0.1%	感知含水率微变化过程
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
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
传感器	单杆	多个并联	一杆多个传感器串联	便于深孔安装
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
通信	4G/GPRS	4G、GPRS	NB-IoT/蓝牙/4G/lora/RS485	可根据网络情况选择
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
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