Kim, Ki-Bok;Lee, Nam-Ho;Lee, Jong-Whan;Lee, Seoung-Seok;Noh, Sang-Ha
Agricultural and Biosystems Engineering
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제2권2호
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pp.63-68
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2001
The objective of this study was to develop a real-time soil moisture meter using RF impedance. The impedance suchas capacitance and resistance (or conductance) was analyzed using parallel cylinder type capacitance probe(C-probe) and Q-meter (HP4342). The capacitance and conductance of soil increased as volumetric water content increased. The 5 MHz of modified Colpitts type crystal oscillator was designed to detect the capacitance change of the C-probe with moist soil. A third order polynomial regression model was proposed to describe the relationship between RF impedance and volumetric water content. The prototype real time moisture meter consisted of the C-probe, sample container, oscillator, frequency counter and related signal processing units. The calibration equation for measurement of volumetric moisture content of soil was developed and validated. The correlation coefficient and root mean square error between measured volumetric water content by oven method and predicted values by prototype moisture meter for unknown soil samples were 0.984 and 0.032$cm^3$$cm\^3$, respectively.
In order to discuss the differences among the SMP(Surface Moisture Availability Parameter), by previous researchers on the basis of their own theoretical and empirical background, we assessed the SMP according to the soil types and volumetric soil water contents. The results are as follows. There are differences among all the five SMAPs. There's a tendency that the larger grain size, the higher value of parameters. And they divided into two groups for their value: one group has parameters with exponential function and the other with cosine and linear function. The maximum difference between the two groups appears when the volumetric soil water contents are 0.07m3m-3 for sand, 0.l1m3m-3 for loam, 0.12 for clay, and 0.13m3m-3 for silt loam. So, these differences must be considered when we estimate the surface evaporation rate. From field data, the paddy field soil around Junam reservoir is classified as a silt has high wetness, 0.56. So, the parameter obtained from the field measurement is much higher than that of Clapp and Hornberger(1978)'s Table. This study treated the SMP for a certain point of time in winter season. But if we measured the soil water contents continuously, we could obtain better time-dependent parameter. Key words : SMAP(Surface Moisture Availability Parameter), Paddy field, Volumetric soil water content, Evaporation, Capillary potential.
In this study, a field study was conducted to investigate the relationship between high-resolution remote images and the volumetric moisture, and the number of compaction. Changes in the shape of the surface and soil moisture content were observed and correlated with the number of compactions using roller equipment. As the compaction is repeated, the surface is flattened and the terrain curvature decreases and converges to zero. In particular, the tangential curvature changes as the number of compactions increase. Due to soil compaction, the vegetation index changed from a positive to a negative value, and most of the test site area was homogenized with a negative index. This suggests a decrease in porosity and an increase in volumetric water content associated with increasing soil compaction. Soil moisture, measured using a frequency domain reflectometry(FDR) sensor, tends to increase proportionately with the number of vibration compactions, but the correlation between the number of compactions and soil moisture is unclear. This study suggests that while it is necessary to consider the reproducibility of the experiments performed, the compaction quality of the soil can be evaluated using high-resolution terrain factors and soil moisture.
In order to discuss the differences among the SMP(Surface Moisture Availability Parameter), by previous researchers on the basis of their own theoretical and empirical background, we assessed the SMP according to the soil types and volumetric soil water contents. The results are as follows. There are differences among all the five SMAPs. There''s a tendency that the larger grain size, the higher value of parameters. And they divided into two groups for their value: one group has parameters with exponential function and the other with cosine and linear function. The maximum difference between the two groups appears when the volumetric soil water contents are 0.07$m^3m^{-3}$ for sand, 0.l1$m^3m^{-3}$ for loam, 0.12 for clay, and 0.13$m^3m^{-3}$ for silt loam. So, these differences must be considered when we estimate the surface evaporation rate. From field data, the paddy field soil around Junam reservoir is classified as a silt has high wetness, 0.56. So, the parameter obtained from the field measurement is much higher than that of Clapp and Hornberger(1978)''s Table. This study treated the SMP for a certain point of time in winter season. But if we measured the soil water contents continuously, we could obtain better time-dependent parameter.
Kim, Yihyun;Hong, Sukyoung;Lee, Kyoungdo;Na, Sangil;Jung, Gunho
한국토양비료학회지
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제47권4호
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pp.235-241
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2014
A ground-based microwave scatterometer has an advantage for monitoring soil moisture content using multi-polarization, multi-frequencies and various incidence angles. In this paper, ground-based multi-frequency (L-, C-, and X-band) polarimetric scatterometer system capable of making observations every 10 min was used to monitor the soil moisture conditions in a corn field over an entire growth cycle. Measurements of volumetric soil moisture were obtained and their relationships to the backscatter observations were examined. Time series of soil moisture content was not corresponding with backscattering coefficient pattern over the whole growth stage, although it increased until early July (Day Of Year, DOY 160). We examined the relationship between the backscattering coefficients from each band and soil moisture content of the field. Backscattering coefficients for all bands were not correlated with soil moisture content when considered over the entire stage ($r{\leq}0.48$). However, L-band Horizontal transmit and Horizontal receive polarization (HH) had a good correlation with soil moisture ($r=0.85^{**}$) when LAI was lower than 2. Prediction equations for soil moisture were developed using the L-HH data. Relation between L-HH and soil moisture shows linear pattern and related with soil moisture content ($R^2=0.77$). Results from this study show that backscattering coefficients of microwave scatterometer appear to be effective to estimate soil moisture content in the field level.
This study was conducted to develop a soil moisture meter using capacitance probe. A parallel cylinder type capacitance probe (C-probe) was fabricated The 5 MHz of crystal oscillator was constructed to detect the capacitance change of the C-probe with moist soil. A third order polynomial regression model for volumetric water content having oscillation frequency changes at 5 MHz as independent variables presented the determination coefficient of 0.979 and root mean square error of $0.031\;cm^{3}cm^{3}$ for all soil samples. A prototype soil moisture meter consisting of the sample container, C-probe, oscillator, frequency counter and related signal procession units presented the correlation coefficient of 0.987 and the root mean square error of $0.032\;cm^{3}cm^{3}$ as compared with the oven drying method for unknown soil samples.
최근 원예작물의 지속가능한 생산을 위한 작물 생육환경 센싱 기반 복합환경제어시스템 연구와 산업적 이용이 부각되면서, 노지재배에 적용하기 적합한 토양센서 활용 방안 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 산업 및 연구 현장에서 많이 사용되고 있는 TEROS 12 FDR 센서(frequency domain reflectometry sensor)를 노지 과수원의 토양에 알맞게 활용하기 위하여 국내 세 지역 과수원 토양의 토성별 FDR 센서 활용 방법을 제시하고자 수행하였다. 실제 과수가 재배되고 있는 각 과수원에서 토양을 채취하여, 토성 및 토양수분보유곡선을 조사하였으며, 토양별 TEROS 12 센서 Raw 값과 이에 대응하는 용적수분함량 값을 선형 회귀 분석, 3차 회귀 분석을 통해 보정식을 얻은 뒤 제조사에서 제공하는 광질 토양 보정식과 비교 분석하였다. 채취한 세 과수원의 토양은 모두 토성이 달랐으며, 토성에 따라 각 보수력에 따른 용적수분함량 수치에 차이가 있었다. 또한, TEROS 12 센서 보정식에서는 모든 토양에서 3차 회귀 분석 보정식이 결정계수 0.95 이상으로 가장 높게 나타났으며, RMSE도 가장 낮게 나타났다. 제조사에서 제공하는 보정식을 사용하여 TEROS 12 센서의 용적수분함량을 보정할 경우 토양에 따라 실제 수치에 비해 최대 0.09-0.17m3·m-3가량 낮게 나타나, FDR 센서 사용시 적용 토양에 알맞은 보정이 반드시 선행되어야 함을 확인하였다. 또한 토성에 따라 토양의 보수력 구간에 따른 용적수분함량 범위의 차이가 있었으며, 토양 용적수분함량의 수치 해석에 보수력 정보가 수반되어야 할 것으로 나타났다. 또한, 사질이 많은 토양에서는 관수 개시점 측정을 위해 FDR 센서를 활용하는 데 있어 용적수분함량 측정 범위가 상대적으로 좁아 정밀도가 떨어질 것으로 판단되었다. 결론적으로 토양에서 FDR 센서를 통해 토양수분의 변화를 알맞게 해석하고 노지에서 알맞은 관수 시점을 선정하기 위해서는, 적용 토양의 수분보유특성을 파악하고 FDR 센서 보정을 선행하여 올바른 토양 수분 정보 제공이 필요할 것이다.
This study was conducted to develop a precision measurement method of water content in soil (find sand and silty sand) using dual RF impedance changes. The electrically stable perpendicular plate capacitive sensor was fabricated and utilized to sense the water content in soil. Crystal oscillators of 5 and 20 MHz and related circuits were designed to detect the capacitance changes of a perpendicular plate capacitive sensor with soil samples at various volumetric water contents. A multiple regression model for volumetric water content having dual oscillation frequency changes at 5 and 20 MHz as independent variables resulted in coefficient of determination of 0.963 and standard error calibration of 0.030 cm$^3$/cm$^3$ for calibration and coefficient of determination of 0.966, standard error of prediction of 0.027 cm$^3$/cm$^3$ and bias of 0.001 cm$^3$/cm$^3$ for prediction.
Considerable progress has been made in the application of time-domain reflectrometry(TDR) to measurement of soil water content. The TDR provides a means of monitoring the water content of soil over a wide range of values, in the field and in the laboratory The TDR measures the volumetric moisture content of the soil via a bureid sensor(probe). Probes can be buried and monitored remotely and an immediate result can be obtained. In addition to, the results are very reliable.
This study proposes an inversion algorithm to extract the surface parameters, such as surface roughness and soil moisture contents, using multi-frequency SAR data. The study areas include the tidal flats of Jebu Island and the reclaimed lands of Hwaong district on the western coasts of the Korean peninsula. SAR data of three frequencies were accordingly calibrated to provide precise backscattering coefficients through absolute radiometric calibration. The root mean square (RMS) height and the correlation length, which can describe the surface roughness, were extracted from the backscattering coefficients using the inversion of the Integral Equation Method (IEM). The IEM model was appropriately modified to accommodate the environmental conditions of tidal flats. Volumetric soil moisture was also simultaneously extracted from the dielectric constant using the empirical model, which define the relations between volumetric soil moistures and dielectric constants. The results obtained from the proposed algorithm were verified with the in-situ measurements, and we confirmed that multi-frequency SAR observations combined with the surface scattering model for tidal flats can be used to quantitatively retrieve the geophysical surface parameters in tidal flats.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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