測量原理
宇宙射線是來自外層空間的高能粒子，銀河系宇宙線可能在銀河系超新星遺跡的沖擊波中加速。太陽宇宙線是在太陽劇烈噴發后，在太陽或其附近的高能過程中產生的。太陽調節（solar modulation）指太陽或太陽風改變進入太陽系的銀河系宇宙射線強度和能譜的過程。當太陽處于活躍時期，相比安靜時期，銀河系的宇宙射線會較少的進入太陽系?；谶@個原因，銀河系宇宙射線與太陽一樣遵從11年周期，但不同的是：劇烈的太陽活動對應低宇宙射線（進入太陽系），反之亦然。在地磁場的作用下宇宙射線進入大氣層，與大氣層中的氮、氧等碰撞，產生二次粒子，即次級宇宙射線，進入土壤。這些次級宇宙射線可以分為三類：
（1）高能中子，能量約為GeV，由主質子和較重的原子將大氣中的原子核分裂成含有中子的粒子而形成；
（2）快中子，能量約為1MeV，由高能中子與原核子進行碰撞而產生，此過程也被稱為“核蒸發”；
（3）通過快中子與原子核碰撞而產生的低能熱中子（0.025eV）和超熱中子（>0.5eV）中的一部分會被土壤所吸收。
因此，進入土壤中的快中子，一部分終會變為熱中子被土壤所吸收，另一部分則會擴散到近地表中。
近地表的氫元素在上述次級宇宙射線能量衰變為熱中子的過程中，起決定性作用，而近地表極大的氫庫通常即為土壤水。土壤含水量越高，氫原子數量就越多，快中子慢化速度也就越快，近地表所能檢測到的快中子就越少。因此，擴散到地表的快中子量與土壤含水量（氫原子）呈顯著負相關關系，宇宙射線土壤水分測量系統就是利用這種相關關系，通過中子探測器監測近地表中子數（主要為快中子）進行土壤水分觀測的系統。
傳統的土壤水分測量方法有土壤取樣稱重烘干法、原位傳感器測量法和空天遙感法三類。稱重法（烘干法）、電容法、張力計法、中子儀法、時域反射計法（TDR）和頻域反射計法（FDR）等, 這些測量方法都屬于對土壤有損的單點測量方式, 其測量尺度較小、空間代表性差,一般只能代表取樣點或安裝位置周邊幾厘米到幾十厘米范圍的土壤含水量情況，難以得到土壤含水量在田畝尺度上的綜合數據。
遙感監測土壤水分可以實現快速、大面積區域土壤水分監測, 但遙感獲取的土壤含水量是像元尺度的平均值，其空間分辨率一般在數十米（航空遙感）到數十公里（航天遙感）之間, 且只是飛機或衛星過境時刻的瞬時值, 無法獲取連續數據, 限制了遙感大尺度測量在實際土壤水分檢測中的應用。而且遙感方法只能反映地表數厘米的土壤含水量，無法測量10厘米以下土壤的含水量，對農業生產和生態研究的代表性不足。由于土壤成分的復雜性，不同的遙感測量方法，也會導致測量測量結果的一定差異。
傳統點測量和遙感大尺度監測之間，存在一個空間尺度上的缺口, 即無法獲取農田或小流域尺度上的區域土壤水分信息。同樣, 在驗證遙感反演的土壤水分過程中，無法直接獲取所需對應像元尺度土壤水分數據。因此上述傳統的土壤水分測量方法在農田、小流域等中小尺度上，往往不能滿足日益發展的土壤科學研究和現代化精準農業對大面積、快速、準確的土壤水分動態信息的需求。
近年來, 利用宇宙射線快中子數量來測量地表土壤含水量的研究逐漸引起人們的重視, 地表以上宇宙射線快中子強度與土壤水分含量呈反相關關系, 通過架設在地表上方的中子探頭測量宇宙射線快中子的強度, 反演地表附近土壤水分含量。宇宙射線快中子土壤水分測量法是一種被動、非侵入式的中尺度土壤水分測量方法, 其測量半徑為300米左右, 有效測量深度 12～70厘米（兩者均與土壤水分含量反相關）。 該方法可以長期固定點位監測，也可以進行移動監測，代表區域廣。
應用領域
主要應用在土壤水分測量、干旱監測、雪深測量、農業灌溉指導、坡面穩定性分析、山洪預報、供水管理、數值預報、氣候模型等。此外，可以安裝在移動平臺上用來繪制大 范圍的土壤墑情圖。
樣例數據曲線
