一种多尺度土壤墒情协同观测装置，它由多个TDR土壤水传感器组成的无线观测网络WSN、区域土壤水分测量系统CRS1000B、卫星平台、笔记本电脑硬件装置平台和多尺度土壤墒情协同观测控制终端软件组成，在点、区域和卫星像元三种尺度土壤墒情协同观测方案下开展土壤墒情协同观测；本发明集成了现有先进装置和优势技术方法，通过协同观测方案设计，实现了多尺度土壤墒情协同观测，突破了土壤墒情遥感反演结果验证的瓶颈，拓展了应用和研究领域；其推广应用可服务于最严格的水资源管理、农业节水、旱情观测等业务，提高灌溉效益和水资源利用率。