TZSA 77-2021.docx
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1、ICS 07.040M502021-10-15 实施准T/ZSA 77-2021基于全球卫星导航系统反射信号的土壤湿度信息采集终端Soil moisture information acquisition terminal based on GNSS reflected signal中关村标准化协会中关村标准化协会发布2021-10-14 发布T/ZSA 77-2021终端的各项标识清晰完整,输入输出插座牢靠,按键及旋钮能正常动作并接触良好,通电后状态正 常。6.2检验方法功能检验功能检验包括无线通信功能、对外发送信息功能、电气保护功能,检验方法如下。6.2.1.1 无线通信功能、对外发送数据
2、功能检验步骤如下:a)将终端置于室外空旷的场地,接通电源并开机启动。b)利用一台电子计算机通过终端的配置接口将用户的网络通信地址包括IP地址与端口号写入终端。c)通过网络抓包工具抓取终端发送给用户的数据包,并按照用户手册或者说明书中的协议格式说明 解析数据,若解析出来的数据包含5.11中所述数据,则说明无线通信功能与对外发送数据功能正常。6.2.1.2 电气保护功能使用一台稳压电源,并将其电压设置于终端工作的额定电压,将稳压电源正负极反接到终端电源接口,等待10 so此后将稳压电源正负极正确接入终端,查看终端能否正常工作,若可正常工作则说明电器 保护功能正常。6.2.2 性能检验性能检验包括功
3、耗、捕获灵敏度、导航数据输出频率、卫星导航系统支持、测量面积、测量误差, 检验方法如下。6.2.2.1 功耗选择量程适当的瓦特表进行检验。6.2.2.2 捕获灵敏度使用符合T/ZKJXX 000032018要求的全球卫星导航系统信号模拟器进行检验。方法是将终端的 GNSS天线取下,然后将模拟器的信号输出接入终端,调整模拟器信号输出功率为-148 dBm,按621,1检验终 端的导航定位功能,若导航定位功能正常则说明捕获灵敏度符合要求。6.2.2.3 导航数据输出频率将终端的数据接口连接到一台电子计算机上,根据终端输出的状态信息进行检验。6.2.2.4 卫星导航系统支持根据终端对外发送信息中的卫
4、星编号进行检验。6.2.2.5 测量面积测量面积由第一菲涅尔区的面积5(单位:m2)决定,首先测得GNSS天线距土壤表面的垂直高度为 (单位:m),以及终端输出卫星的仰角9 (单位:度),则第一菲涅尔区可由公式(1)确定:T/ZSA 77-2021S = TlS = TlXA/sin(e) + X2/(4sin2(e)sin(0)式中:为为导航信号波长,单位为米(m) 示例:以GPSL1信号为例,k 0. 1903 nio测量误差检验方法如下:将终端安装在空旷地块上,地块应不存在明显的地形变化(如明显坡度),且以安装地点为中心至 少100 m半径的范围内无建筑物或树木遮挡,调整GNSS天线距地
5、面的高度约2 m左右,开机进行 数据采集;同时使用至少3个经过校准的高精度探针式土壤湿度测量仪(如FDR、TDR 土壤湿度测 量仪)在安装地点周围的土壤中随机部署,并均以固定采样时间间隔(10分钟以内)采集土壤表面下方0 cm到10cm深度的平均土壤湿度;数据采集时长至少7d,并确保数据采集期间以安装地点为 中心至少100 m半径的范围内土壤的实际湿度变化大于0.2 cm3/cm3o测量准确度计算方法如下:首先对每个采样时刻三个高精度探针式土壤湿度测量仪测得的土壤湿度进行平均,并将其作为真实土壤 湿度值,单位为立方厘米每立方厘米(cm3/cm3) o然后按照公式(2)计算测量误差/(单位:cn
6、rVcn?):式中:N为数据采集期间总的数据组数;为第,个采样时刻终端测得的土壤湿度值;V(力为第,个采样时刻的真实土壤湿度值。6.2.3 环境适应性按照 GB/T 2423.12008和GB/T 2423.22008要求进行检验。6.2.4 电磁兼容性按照GB 48242019试验方法要求进行检验。7验收环境条件验收时环境温度范围为(-3555) ,环境相对湿度W 80%0外观及工作正常性检查T/ZSA 77-2021符合6. 1要求。7.1 功能检查按照6. 2. 1的方法进行仪器功能检验,应符合第5章中的要求。7.2 性能检查按照6. 2. 2的方法进行仪器性能检验,应符合第5章中的要求
7、。7.3 检验合格证检验合格证应包括但不限于如下内容: 产品名称、型号; 制造商名称; 执行的产品标准编号; 出厂检验结论、检验日期;检验员标识或检验员代号。7.4 包装外包装应体现如下内容: 中文产品名称和型号,额定电源电压、电源频率等主要电气参数,结构尺寸、整机重量; 制造商名称、详细地址、产品产地、商标或标识; 产品所执行的、符合的标准编号及标准名称; 包装箱应符合防潮、防尘、防震、运输的要求; 单个包装箱内应有使用说明书、保修卡、检验合格证及装箱清单。T/ZSA 77-2021附录A(资料性)土壤湿度估算模块软件架构土壤湿度估算模块为终端的核心组件,需要完成对导航模块输出数据的实时收集
8、,实时运行土壤反演 算法,并将相关结果输出给无线通信模块等任务,因此土壤湿度估算模块是一个多任务的实时系统,为此需要 引入操作系统以实现多个任务的协同配合,土壤湿度估算模块的软件架构实现可参考图A.1:同一Is上壤湿度反演应用软件i操作系统文件系统硬件驱动硬件图A.1 土壤湿度估算模块软件架构图A.1中,硬件驱动程序实现了土壤湿度估算模块与导航模块、无线通信模块之间的硬件接口通信、存储 设备操作等功能;操作系统负责硬件管理、任务调度等;文件系统负责程序文件与数据文件的管理;土壤湿度反演 应用软件是土壤湿度反演算法的实现,土壤湿度反演算法流程可参考图A.2:导航数据!观测量提取算法观测量土壤湿度
9、反演模型土壤湿度图A.2 土壤湿度反演算法流程图A.2中,观测量提取算法主要利用导航数据中的载噪比与卫星高度角数据,从中提取出对土壤湿度 敏感的观测量,包括但不限于幅度、频率、相位、土壤相对介电常数等;然后将其中一个或者多个观 测量输 入到土壤湿度反演模型中从而反演土壤湿度。T/ZSA 77-2021附录B(资料性)对外发送数据的协议格式说明对外发送数据的协议格式可参考图B1 :11 121314协议头终端编号 终端位置经度 终端位置纬度 测量时刻的年 测量时刻的月测量时刻的日测量时刻的时测量时刻的分测量时刻的秒导航系统标识1516171819202124 2528 2932 3336MSB卫
10、星号卫星仰角卫星方位角土壤湿度测量值校验信息图B.l对外发送数据的协议格式在图B1中,协议的最低有效位(LSB)在前,最高有效位(MSB)在后,数字表示字节序号(1字 节=8位),各字段数据类型、所占字节序号、有意义的取值范围如下:a) 协议头字段为16位有符号整型数据,所占字节序号为01,有意义的取值范围为-2石2jb)终端编号字段为16为无符号整型数据,所占字节序号为23,有意义的取值范围为0c) 终端位置经度字段为32位浮点型数据,所占字节序号为47,有意义的取值范围为T80 180,单位为度;d)终端位置纬度字段为32位浮点型数据,所占字节序号为811,有意义的取值范围为-90 90,
11、单位为度;e)测量时刻的年字段为16位无符号整型数据,所占字节序号为1213,有意义的取值范围为0 216-1;f)h) i: j) k)测量时刻的月字段为8位无符号整型数据, 测量时刻的日字段为8位无符号整型数据, 测量时刻的时字段为8位无符号整型数据, 测量时刻的分字段为8位无符号整型数据, 测量时刻的秒字段为8位无符号整型数据,所占字节序号为14,有意义的取值范围为112; 所占字节序号为15,有意义的取值范围为131; 所占字节序号为16,有意义的取值范围为023; 所占字节序号为17,有意义的取值范围为059; 所占字节序号为18,有意义的取值范围为059;导航系统标识字段为8位有符
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