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龙图腾网获悉江西省水利科学院(江西省大坝安全管理中心、江西省水资源管理中心)申请的专利一种加热光纤分布式同步测定土壤水热参数的方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117074458B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-06发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310487479.5，技术领域涉及：G01N25/20；该发明授权一种加热光纤分布式同步测定土壤水热参数的方法是由胡优;汤崇军;陈晓安;孔琼菊;张杰;刘吕刚设计研发完成，并于2023-05-04向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种加热光纤分布式同步测定土壤水热参数的方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种加热光纤分布式同步测定土壤水热参数的方法，其步骤为：将光缆埋设于待测土壤中，用于感应周围土壤的温度；对光缆内的金属层进行短时间通电产生焦耳热；测定周围土壤的温度增量及随时间的变化；建立土壤水分与测定的热导率的函数关系；通过光纤不同空间点位测定的热导率测定沿光纤不同点位的土壤水分；采用均方根误差RMSE评价光纤法的土壤水分测定精度。本发明的有益效果是：本发明从光纤自身特性出发，考虑光纤结构和材料的影响，以热探针法为参考，建立光纤法的热导率校正模型，提高光纤法测定土壤水热参数的准确性和普适性。

本发明授权一种加热光纤分布式同步测定土壤水热参数的方法在权利要求书中公布了：1.一种加热光纤分布式同步测定土壤水热参数的方法，利用加热光纤法实现土壤水热参数同步测定，其特征在于：包括以下步骤： 步骤S11：将光缆埋设于待测土壤中，光缆由外向内包括绝缘护套、金属层和光纤，绝缘护套包裹金属层和光纤，金属层包裹光纤，光纤用于感应待测土壤周围的温度； 步骤S12：对光缆内的金属层进行短时间通电产生焦耳热，加热功率通过金属层的电阻R和实时记录的电压U求得，计算公式为Q=U2R；Q为金属层单位长度的加热功率； 步骤S13：利用光信号解调模块DTS采集步骤S11中沿光纤不同空间点位测定待测土壤周围的温度增量ΔT及随时间t的变化；通过公式1计算得到沿光纤不同空间点位的待测土壤热导率λFO； 1； 其中，为沿光纤不同空间点位测定的待测土壤周围的温度增量；λFO为沿光纤不同空间点位的待测土壤热导率；t为时间；t0为加热时间；为校正时间； 步骤S14：在待测土壤内光纤的不同空间点位附近埋设土壤水分探头TDR，土壤水分探头TDR用于监测光纤附近的土壤水分θ，将光纤的不同空间点位土壤水分θ与沿光纤不同空间点位的待测土壤热导率λFO通过公式2的LuSen模型拟合得到，建立土壤水分θ与沿光纤不同空间点位的待测土壤热导率λFO的函数关系； 2； 其中，λsat、λdry分别为待测土壤饱和热导率和干燥热导率；为指数函数；α为形状指数；θsat为待测土壤饱和含水率； 步骤S15：通过土壤水分θ与沿光纤不同空间点位的待测土壤热导率λFO的函数关系，得到土壤水分θ； 步骤S16：采用均方根误差RMSE评价光纤法的土壤水分θ的测定精度，均方根误差RMSE是指土壤水分探头TDR的水分观测值与光纤法的土壤水分θ测定值偏差的平方和观测次数n比值的平方根，均方根误差RMSE越小，表示测量精度越高，均方根误差RMSE的计算如公式3： 3； 其中，RMSE为均方根误差，Xobs,i是第i个土壤水分探头TDR的水分观测值；Xpre,i是第i个光纤法的土壤水分θ测定值，n为观测次数； 提升加热光纤法的土壤水热参数的测定精度，包括以下步骤： 步骤S21：将热探针埋设在光纤附近，热探针包括一根内置电阻为RHP的电阻丝的加热探针和一根内置热敏电阻的感应探针，内置电阻为RHP的电阻丝通电15s产生焦耳热，感应探针用于测定温度增量变化ΔTHP；利用数据采集器CR1000采集感应探针的温度增量变化ΔTHP随时间t的变化，每秒采集1次数据；同时用数据采集器CR1000记录电阻为RHP的电阻丝两端的电压UHP，计算热探针的加热功率Q'，计算公式为Q'=UHP2RHP； 步骤S22：通过拟合径向热传导方程得到土壤热扩散率k和土壤的体积热容量ρc，径向热传导方程如公式4和公式5； 4； 5； 其中，ΔTHP1、ΔTHP2分别是加热阶段、冷却阶段的温度增量变化，单位为℃；Q'为热探针的加热功率；k为土壤热扩散率；-Ei-x是指数积分函数；r为感应探针与加热探针的距离，单位为m；t为时间，t0为加热时间，ΔTHP1中的t满足0＜t≤t0；ΔTHP2中的t满足t≥t0；单位为s；Q'=q'ρc，q'是热探针单位时间单位长度输入的热量，ρc是土壤的体积热容量； 步骤S23：通过公式计算得到热探针测定的土壤热导率λHP； 步骤S24：以探针法为真实值，通过均方根误差RMSE评价沿光纤不同空间点位的待测土壤热导率λFO的测定精度； 步骤S25：通过线性拟合法，获得沿光纤不同空间点位的待测土壤热导率λFO的校正模型，所述校正模型为公式6； 6； 其中a、b为与光纤特性有关的参数； 步骤S26：将沿光纤不同空间点位的待测土壤热导率λFO代入校正模型6，得到新的光纤法测定的土壤热导率λFO´； 步骤S27：新的光纤法测定的土壤热导率λFO´代入步骤S14中的LuSen模型，计算得到新的光纤法测定的土壤水分θ´； 步骤S28：通过均方根误差RMSE评价土壤热导率校正后光纤法的土壤水热参数的测定精度。

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