传感器布设对土壤水分估计的影响：一项真实案例研究

实现闭环灌溉系统的关键要素之一是基于有限可用传感器进行土壤水分估计。一个相关问题是如何确定安装传感器的最优位置，以获得良好的土壤水分估计。在我们之前的工作中，采用模态可观测度来解决农业水文系统土壤水分估计的最优传感器布设问题，并证明最优布设的传感器能够改善土壤水分估计性能。然而，最优传感器布设是否能在实际应用中显著改善土壤水分估计性能尚不清楚。在本工作中，我们研究了加拿大阿尔伯塔省莱斯布里奇一处实际农田中传感器布设对土壤水分估计的影响。在所研究田块的实验中，在不同深度安装了42个土壤水分传感器，以收集一个生长季的土壤水分测量值。我们建立了具有该田块异质土壤参数的三维农业水文模型，将模态可观测度应用于该三维系统以确定最优传感器位置。选择扩展卡尔曼滤波器（EKF）作为数据同化工具来估计所研究田块的土壤水分含量。获得了不同情景下的土壤水分估计结果并进行分析，以研究实际应用中传感器布设对土壤水分估计性能的影响。