土壌プロファイルにおける土壌水分状態モニタリングのためのIoTベースシステムの開発と応用

土壌水分含量（θ）、マトリックポテンシャル（h）、および水圧伝導率（K）は、水文学的および環境的プロセスの重要なパラメータです。土壌のθ-h-K関係を測定するために、いくつかのセンサーが開発されています。市販のセンサーのコストは、数桁の違いがある場合があります。近年、いくつかのセンサーは、リモートリアルタイムの土壌データ取得を簡単にするために、IoTシステムのフレームワーク内で設計されており、高い空間時間スケールでの低コストなフィールドスケールモニタリングを可能にしています。本論文では、異なる土壌深度でのθおよびhの同時推定のために設計された新しいマルチパラメータセンサーを紹介します。このセンサーの特定のレイアウトにより、瞬時プロファイル法（IPM）を介して土壌水圧伝導率関数を評価できます。我々の調査結果は、二次多項式関数が、調査された土壌（シルト粘土質）のθを推定する際にキャパシタンスベースのセンサーの挙動を捉えるのに最も適したモデルであることを示しています（R2=0.99）。低コストのキャパシタンスセンサーとIPM法の組み合わせの効果が、時間領域反射法（TDR）プローブに対する実行可能な代替手段として確認されました。特に、センサーのレイアウトにより、IPM法の実施が労力を要しないものとなっています。提案されたモニタリングシステムは、長期間のデータ取得を通じて一貫して堅牢なパフォーマンスを示し、土壌水分状態の継続的なモニタリングに非常に適しています。