一种基于比色法的冻土观测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于比色法的冻土观测方法及装置，属于冻土观测技术领域，通过对加入有溶水变色溶质的待识别冻土的冻土图像进行分层处理，将各分层图像的颜色特征值与设定标准值一一比较，直到某一个分层图像的颜色特征值与设定标准值差异在设定范围内，根据分层图像在整个冻土图像中的高度位置，得到待识别冻土的冻结深度。本发明专利技术的冻土深度识别原理简单，测量冻土深度的精度高，有助于实验环境下冻土深度的研究和观测，利用本发明专利技术的冻土观测方法及装置检测的冻土深度验证冻土设备的测量精度。

A Method and Device for Permafrost Observation Based on Colorimetric Method

The present invention relates to a method and device for frozen soil observation based on colorimetric method, belonging to the field of frozen soil observation technology. By layering the frozen soil image to be recognized with water-soluble chromotropic solute, the color eigenvalues of each layered image are compared with the set standard values one by one until the difference between the color eigenvalues of a layered image and the set standard values is within the set range. According to the height position of the layered image in the whole frozen soil image, the frozen depth of the frozen soil to be identified is obtained. The frozen soil depth identification principle of the invention is simple, and the precision of measuring the frozen soil depth is high, which is helpful for the research and observation of the frozen soil depth under the experimental environment. The measurement accuracy of the frozen soil equipment is verified by using the frozen soil observation method and device of the invention.

【技术实现步骤摘要】
一种基于比色法的冻土观测方法及装置
本专利技术属于冻土观测
，具体涉及一种基于比色法的冻土观测方法及装置。
技术介绍
冻土是反映土壤热状态的一项指标，在研究地表和大气的热交换上有重要意义。为了对各个地区的土壤的冻结状态进行了解，常常取用一些土壤在不同的温度下进行冻土深度的研究和观测。此时，一般通过采用人工坑挖法或冻土钻凿洞法进行观测，该方法操作繁琐，主观性强，观测精度较低。为了对土壤的冻结程度进行观测，还可采用冻土设备如实现冻土深度的自动测量，如公告号CN102749057B的中国专利技术专利提出的“一种冻土自动观测装置”、公告号CN203337114U的中国技术专利提出的“冻土自动观测装置”，但现有的冻土设备测量的冻土深度仍无法达到要求的精度，因此，有必要对冻土设备对冻土深度的测量精度进行验证。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于比色法的冻土观测方法及装置，用于解决验证冻土自动测量仪器测量精度的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于比色法的冻土观测方法，包括以下步骤：1)获取加入溶水变色溶质的待识别冻土的冻土图像；2)将冻土图像沿冻土深度方向进行分层处理；3)开始计算分层图像的颜色特征值，并将分层图像的颜色特征值与设定标准值进行比较，直至某一个分层图像的颜色特征值与设定标准值的差异在设定范围内，则根据差异在设定范围内的对应分层图像在整个冻土图像中的高度位置，得到待识别冻土的冻结深度。为解决上述技术问题，本专利技术还提出一种基于比色法的冻土观测装置，包括存储器和处理器，处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述步骤1)至步骤3)。本专利技术的冻土观测方法及装置，通过对加入有溶水变色溶质的待识别冻土的冻土图像进行分层处理，将各分层图像的颜色特征值与设定标准值一一比较，直到某一个分层图像的颜色特征值与设定标准值之间的差异在设定范围内，根据分层图像在整个冻土图像中的高度位置，得到待识别冻土的冻结深度。本专利技术的冻土深度识别原理简单，测量冻土深度的精度高，有助于实验环境下冻土深度的研究和观测，利用本专利技术的冻土观测方法及装置检测的冻土深度验证冻土设备的测量精度，如冻土传感器和冻土器。为保证冻土深度的识别精度，该设定标准值通过以下步骤获取：在设定温度环境下获取加入溶水变色溶质的冻土图像，将该冻土图像作为标准图像；设定温度环境为使土壤达到冻结状态的临界温度值。获取标准图像的颜色特征值，将标准图像的颜色特征值作为设定标准值。进一步，上述标准图像的颜色特征值为分层图像由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间的V值，HSV颜色空间的V值比RGB颜色空间的RGB值表征图像的效果更好。为增加溶质对冻土的显色效果，从而得到清晰的冻土图像，上述溶水变色溶质优选为高锰酸钾，使得冻土与未冻土具有明显颜色差异，从而直观便捷的获得冻土冻结深度。附图说明图1是本专利技术的基于比色法的冻土观测方法流程图；图2-1是本专利技术在冻结临界温度下对冻土拍照的标准图像；图2-2是本专利技术在第一个冻结过程对冻土拍照的图像；图2-3是本专利技术在第二个冻结过程对冻土拍照的图像；图3是上述图2-1、图2-2和图2-3中的V值分别与土壤实际深度的关系图；图4-1是对应图2-2中冻土的冻结深度的图像；图4-2是对应图2-3中冻土的冻结深度的图像。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。方法实施例：如图1所示，获取加入溶水变色溶质的待识别冻土的冻土图像。其中，候选的溶水变色溶质有无水硫酸铜、高锰酸钾和氯化钴。无水硫酸铜又叫硫酸铜，为白色或灰白色粉末，溶液呈酸性，粉尘刺鼻性很强，极易吸水变成蓝色，可用来检验化学反应水的存在或生成，主要用于船底防污漆原料、干燥剂、催化剂等方面。高锰酸钾是一种有光泽的紫黑色固体，不易挥发，具有强氧化性，易溶于水，在水溶液中呈现出特有的紫红色，常用于消毒剂杀菌剂，是一种常见的化工试剂。氯化钴为粉红色至红色结晶，无水物为蓝色。微有潮解性，易溶于水、乙醇、乙醚、丙酮和甘油，常用于分析试剂，湿度和水分的指示剂。然后，需要对候选的溶水变色溶质进行可行性验证，包括颜色变化明显、可重复操作性强、土壤冻结特性无变化等方面，满足上述要求的溶质，即可加入在待识别冻土中，因此，分别对无水硫酸铜、高锰酸钾、氯化钴和PH试剂分别进行土壤显色效果和冻融可重复性的实验，实验对比结果如下表所示：土壤显色效果冻融可重复性高锰酸钾较好可重复氯化钴一般不可重复无水硫酸铜一般不可重复PH试剂一般不可重复由上表可知，选用高锰酸钾加入待识别冻土的溶水变色溶质效果最佳。冻土图像获取后，将冻土图像沿冻土深度方向进行分层处理。开始计算分层图像的颜色特征值，并将分层图像的颜色特征值与设定标准值进行比较，直至某一个分层图像的颜色特征值与设定标准值的差异在设定范围内，则根据该差异在设定范围内的对应分层图像在整个冻土图像中的高度位置，得到待识别冻土的冻结深度。上述设定标准值通过以下步骤获取：在设定温度环境下获取加入溶水变色溶质的冻土图像作为标准图像，该设定温度环境为使土壤达到冻结状态的临界温度值，获取标准图像的颜色特征值，将标准图像的颜色特征值作为设定标准值。标准图像的颜色特征值为分层图像优选为由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间的V值(即色调值)，或者为RGB颜色空间的RGB值。其中，每个分层图像的颜色特征值与设定标准值的比较方法可采用以下方式：自上而下计算冻土图像中各分层图像的颜色特征值，计算一个分层图像的颜色特征值后便与设定标准值进行比较，如果该分层图像的颜色特征值与设定标准值的差异不在该设定范围内，再计算下一个分层图像的颜色特征值，再进行比较，直到找到颜色特征值与设定标准值的差异在设定范围内的那个分层图像。本专利技术通过对加入溶水变色溶质的待识别冻土的冻土图像进行分层处理，将各分层图像的颜色特征值与设定标准值一一比较，直到某一个分层图像的颜色特征值与设定标准值之间的差异在设定范围内，根据分层图像在整个冻土图像中的高度位置，得到待识别冻土的冻结深度。本专利技术的冻土深度识别原理简单，测量冻土深度的精度高，有助于实验环境下冻土深度的研究和观测。同时，还可将本专利技术的冻土观测方法检测的冻土深度作为标准，验证用于测量冻土深度的冻土设备的测量精度，冻土设备包括冻土传感器和冻土器。验证方法为，在观测装置中放入混有高锰酸钾溶质的土壤，在土壤中埋入冻土传感器或冻土器，将观测装置放入冷库中进行冷冻，得到冻土传感器或冻土器的冻土深度检测结果，同时对冷冻后得到的冻土按照本实施例的冻土观测方法进行拍照和图像处理，得到采用本实施例中冻土深度识别法的冻土深度检测结果。通过对比检测结果，评估冻土传感器或冻土器的测量准确性。具体的验证方法如下：在0℃环境下对观测装置中的土壤进行拍照，得到的标准图像如图2-1所示，将该标准图像由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间，由于每次观测位置角度不同，因此需要在图2-1中选出观测区域，在选定的观测区域中自上而下把图像分割为多个块，得到多个分层图像，提取每个分层图像的V值，自上而下计算每个分层图像的V值，作为土壤冻结判断的基准向量，即各分层图像对应的标准值。土壤冻结的两个过程的拍照图像分别如图2-2和图2-3所示，土壤的冻结自上而下进行，未冻部分呈现暗红色，完全冻结部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于比色法的冻土观测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取加入溶水变色溶质的待识别冻土的冻土图像；2)将冻土图像沿冻土深度方向进行分层处理；3)开始计算分层图像的颜色特征值，并将分层图像的颜色特征值与设定标准值进行比较，直至某一个分层图像的颜色特征值与设定标准值的差异在设定范围内，则根据所述差异在设定范围内的对应分层图像在整个冻土图像中的高度位置，得到待识别冻土的冻结深度。

【技术特征摘要】
1.一种基于比色法的冻土观测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取加入溶水变色溶质的待识别冻土的冻土图像；2)将冻土图像沿冻土深度方向进行分层处理；3)开始计算分层图像的颜色特征值，并将分层图像的颜色特征值与设定标准值进行比较，直至某一个分层图像的颜色特征值与设定标准值的差异在设定范围内，则根据所述差异在设定范围内的对应分层图像在整个冻土图像中的高度位置，得到待识别冻土的冻结深度。2.根据权利要求1所述的基于比色法的冻土观测方法，其特征在于，所述设定标准值通过以下步骤获取：在设定温度环境下获取加入溶水变色溶质的冻土图像，将该冻土...

【专利技术属性】
技术研发人员：单大龙，苏振，阙艳红，朱东红，李鹏，陈海波，张广周，李炎朋，康义，张会可，李风波，刘兴良，
申请(专利权)人：河南中原光电测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41