车载式土壤质构信息实时获取系统技术方案

本发明专利技术涉及土壤质地和结构识别相关技术领域，公开了一种车载式土壤质构信息实时获取系统，包括：土壤表面信息获取机构、土壤电导率获取机构以及土壤机械阻力获取机构；所述土壤表面信息获取机构用于根据土壤表面图像获取土壤表面特征；所述土壤电导率获取机构用于根据电流‑电压四端法获取土壤电导率，以DDS信号发生电路作为激励源；所述土壤机械阻力获取机构用于根据应变片电桥和压力传感器获取土壤机械阻力。该车载式土壤质构信息实时获取系统适于农田环境，可以在农田现场获得质构信息，满足了土壤理化信息快速测量的需要，为农田的种植规划的制定、田间管理及决策施肥等提供了可靠的基础依据。

Vehicle mounted real-time acquisition system of soil texture information

【技术实现步骤摘要】
车载式土壤质构信息实时获取系统
本专利技术涉及土壤质地和结构识别相关
，特别是涉及一种车载式土壤质构信息实时获取系统。
技术介绍
土壤质地是土壤物理性质之一。指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合状况。土壤质地与土壤通气、保肥、保水状况及耕作的难易有密切关系；土壤质地状况是拟定土壤利用、管理和改良措施的重要依据。土壤表面粗糙度和孔隙度特征可以间接反应土壤质地信息。土壤结构是土壤物理性质之一。指土壤颗粒(包括团聚体)的排列与组合形式，影响着作物的透水、通气、扎根。它与土壤容重和紧实度密切相关，一般情况下用土壤容重和紧实度信息来表征土壤结构。在农田中实时快速获取土壤质地与构造信息对实现精细农业有重要意义。获取土壤质地的标准方法为吸管法，它需要大量时间，而且由于需要加热与使用过氧化氢和磷酸钠，全程需要人工的操作以保证准确与安全，测定精度依赖实验室条件与操作熟练水平。近些年还研究出了一些新方法，如：伽马射线法、筛析法、激光衍射法、扫描电镜法。此外也有很多新颖的研究，比如，凭借手动识别可以代替实验室分析，该方法仅靠手感，完全取决于操作者的经验，并没有普适性；利用vis-NIR技术估算质地；使用中红外的漫反射(DRIFT)技术获得光谱，确定了某地区五种典型土壤类型的光谱特征；使用遥感技术识别土壤类型。但是这些研究需要采用特定的昂贵仪器，而且大多也需要进行土壤的预处理，并不能做到真正的实时快速测量。获取土壤结构时，由于其易破坏性，直接研究获取十分困难。土壤微形态法是较为传统的方式，但所需时间长。近些年X射线计算机断层扫描技术被应用到土壤结构的研究中。通常用来表征土壤结构信息的土壤容重和紧实度的标准测量方法为：环刀法和圆锥仪指数法。两种方法都有极大限制性，测量过程繁琐费时且人力物力消耗大。近些年研究出了土壤紧实度仪器来测量土壤紧实度，但只能定点测量，无法连续；三维激光扫描仪法和伽马射线被用来测容重，但仪器较为昂贵。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种车载式土壤质构信息实时获取系统，用以解决或部分解决现有的获取土壤质构的方法测定精度和效率低下的问题。本专利技术实施例提供一种车载式土壤质构信息实时获取系统，包括：土壤表面信息获取机构、土壤电导率获取机构以及土壤机械阻力获取机构；所述土壤表面信息获取机构用于根据土壤表面图像获取土壤表面特征；所述土壤电导率获取机构用于根据电流-电压四端法获取土壤电导率，以DDS信号发生电路作为激励源；所述土壤机械阻力获取机构用于根据应变片电桥和压力传感器获取土壤机械阻力。在上述方案的基础上，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括用于获取与所述土壤表面图像相对应的经纬度的定位机构。在上述方案的基础上，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括数据采集卡；所述土壤电导率获取机构包括圆盘式电极；所述压力传感器通过压力信号调节器与所述数据采集卡相连；所述应变片电桥通过电桥信号调节器与所述数据采集卡相连；所述圆盘式电极通过信号转换放大电路与所述数据采集卡相连；所述DDS信号发生电路与所述数据采集卡相连。在上述方案的基础上，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括工控机，所述土壤表面信息获取机构包括工业相机，所述定位机构包括GPS定位器，所述GPS定位器、所述数据采集卡以及所述工业相机均与所述工控机相连。在上述方案的基础上，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括与所述工控机相连的移动终端。在上述方案的基础上，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括用于为所述GPS定位器、所述DDS信号发生电路、所述数据采集卡以及所述工业相机供电的电源模块。在上述方案的基础上，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括后置式三点悬挂至拖拉机的可调节高度的测量机构，所述土壤表面信息获取机构、所述土壤电导率获取机构以及所述土壤机械阻力获取机构均安装于所述测量机构。在上述方案的基础上，所述土壤机械阻力获取机构包括三个所述应变片电桥，所述测量机构包括深松犁钩；在所述深松犁钩上沿高度方向依次布置有三个所述应变片电桥。本专利技术实施例提供的一种车载式土壤质构信息实时获取系统，将获取的土壤电导率和表面图像信息进行数据融合对土壤质地(土壤表面粗糙度和孔隙度)进行预测；将获取的土壤机械阻力和表面图像信息进行数据融合对土壤结构(容重)进行预测；可以根据多次试验在农田现场测量的数据和采集土样在实验室测量得到的土壤粒度值，建立预测土壤质构的模型，并评估模型的预测精度；并根据多次的试验结果，对模型进行校正，提高了模型的精度和对多种土壤类型的适用性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的车载式土壤质构信息实时获取系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例的土壤机械阻力获取机构的安装示意图；图3为本专利技术实施例的箱体的安装示意图。附图标记说明：1、压力传感器；2、应变片电桥；3、深松犁钩；4、圆盘式电极；5、箱体；6、工业相机；7、数据采集卡；8、工控机；9、移动终端；10、GPS定位器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1、图2和图3所示，本专利技术实施例提供的车载式土壤质构信息实时获取系统，包括：土壤表面信息获取机构、土壤电导率获取机构以及土壤机械阻力获取机构；土壤表面信息获取机构用于根据土壤表面图像获取土壤表面特征；土壤表面信息获取机构首先获得土壤表面图像，其中再对于采集到的土壤表面图像，通过GLCM和Tamura等纹理特征的提取，得到土壤表面粗糙度、颜色、对比度等相关信息；具体地，通过土壤表面图像获得土壤表面纹理特征的方式主要有两种：Tamura纹理和GLCM纹理。Tamura提取粗糙度，对比度，方向度这三个特征。GLCM是描述具有某种空间位置关系两个像素灰度的联合分布，计算四个共生矩阵，取距离为1，角度分别为0°，45°，90°，135°，为了能更直观地以共生矩阵描述纹理状况，从共生矩阵导出一些反映矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载式土壤质构信息实时获取系统，其特征在于，包括：土壤表面信息获取机构、土壤电导率获取机构以及土壤机械阻力获取机构；/n所述土壤表面信息获取机构用于根据土壤表面图像获取土壤表面特征；所述土壤电导率获取机构用于根据电流-电压四端法获取土壤电导率，以DDS信号发生电路作为激励源；所述土壤机械阻力获取机构用于根据应变片电桥和压力传感器获取土壤机械阻力。/n

【技术特征摘要】
1.一种车载式土壤质构信息实时获取系统，其特征在于，包括：土壤表面信息获取机构、土壤电导率获取机构以及土壤机械阻力获取机构；
所述土壤表面信息获取机构用于根据土壤表面图像获取土壤表面特征；所述土壤电导率获取机构用于根据电流-电压四端法获取土壤电导率，以DDS信号发生电路作为激励源；所述土壤机械阻力获取机构用于根据应变片电桥和压力传感器获取土壤机械阻力。


2.根据权利要求1所述的车载式土壤质构信息实时获取系统，其特征在于，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括用于获取与所述土壤表面图像相对应的经纬度的定位机构。


3.根据权利要求2所述的车载式土壤质构信息实时获取系统，其特征在于，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括数据采集卡；所述土壤电导率获取机构包括圆盘式电极；
所述压力传感器通过压力信号调节器与所述数据采集卡相连；所述应变片电桥通过电桥信号调节器与所述数据采集卡相连；所述圆盘式电极通过信号转换放大电路与所述数据采集卡相连；所述DDS信号发生电路与所述数据采集卡相连。


4.根据权利要求3所述的车载式土壤质构信息实时获取系统，其特征在于，所述车载式土壤质...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玮，孟超，李民赞，韩雨，刘振，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11