SoilSound：基于智能手机的土壤湿度估计

土壤湿度监测对农业和环境管理至关重要，然而现有方法要么需要破坏土壤的侵入式探针，要么需要专用设备，限制了公众的获取。我们提出了 SoilSound，一个无处不在且易于获取的基于智能手机的声学传感系统，能够在不扰动土壤的情况下测量土壤湿度。我们利用内置扬声器与麦克风执行垂直扫描机制，无需任何校准即可准确测量湿度。与使用透射特性的现有工作不同，我们提出了一种基于表面粗糙度效应的土壤声学反射替代模型，以实现无扰动土壤的湿度传感。该系统通过向土壤发送声学啁啾信号并在垂直扫描期间记录反射，随后对其进行处理并输入卷积神经网络，以极低的计算、内存或功耗开销实现设备端的土壤湿度估计。我们通过在实验室箱体中使用精选土壤进行训练并在户外田间进行测试来评估该系统，结果表明 SoilSound 在 10 个不同位置的平均绝对误差（MAE）为 2.39%。总体而言，评估表明 SoilSound 能够在多种土壤类型、环境和用户中准确追踪 15.9% 至 34.0% 范围内的土壤湿度水平；无需任何校准或扰动土壤，从而为资源受限环境下的家庭园艺者、城市农民、公民科学家和农业社区实现了广泛的湿度监测。