土壤蒙氏顏色-質地野外數碼診斷記錄儀(i-DSCT)的製作方法
2023-08-02 04:42:26
專利名稱：土壤蒙氏顏色-質地野外數碼診斷記錄儀(i-DSCT)的製作方法
技術領域：
本發明專利屬於土壤環境調查技術領域。其涉及土壤顏色判定、土壤各級粒度定量與質地判定、GPS定位技術。通過攝像傳感器成像輔以計算機圖像處理分析技術，實時、原位形成對觀察土壤樣本的顏色、質地及各種土壤環境屬性智能化診斷和記錄。該儀器適用於野外土壤環境科學考察、各級學校土壤類相關專業教學實習使用。
背景技術：
土壤的物理診斷特性是開展土壤環境質量評價與土壤汙染修復的主要參數。其中，土壤顏色和土壤質地是二種重要的物理特性。
土壤顏色是土壤物質成分和內在性質的外部反映，是土壤發生層次外表形態特徵最顯著的標誌。在傳統土壤學中許多土壤類型的名稱均以其顏色命名，如黑土、紅壤、黃壤、棕壤、褐土、紫色土等。客觀定量地鑑別土壤顏色及其變化特徵，是綜合評價土壤礦物組成、有機質含量及其土壤肥力、土壤環境質量的基礎。土壤顏色是十分複雜而多樣的，絕大多數呈複合色彩，在傳統的土壤調查過程中，土壤顏色的確定通常是依靠觀察者的肉眼估計，由於土壤調查工作者對顏色的分辨力和理解不同，再加土壤顏色會隨時隨地變化，因而對土壤顏色的描述上存在的分歧也較大，並具有相當大的主觀隨意性。為此土壤科學於20世紀後期引進了土壤標準顏色比對的方法，如日本1973年研製了《日本標準土色帖》；美國1975年研製了《蒙氏土壤顏色卡》；中國科學院南京土壤研究所和西安光機所隨後也研製了《中國標準土壤色卡》。現有的土壤顏色判定技術上，多是使用上述三種色卡進行現場比對得出。由於《日本標準土色帖》和《蒙氏土壤顏色卡》難以滿足我國土壤工作者鑑別土壤顏色的需要，同時其土壤色卡價格昂貴，再加上述三種紙質土壤色卡在野外使用過程中，遭受雨淋水浸、土染，極易變色或損壞。土壤質地的分類和劃分標準世界各國亦很不統一。國際上應用較為廣泛、我國也曾經採用過的有國際制、威廉斯-卡慶斯基制和美國制。中國(1978)擬定的土壤質地分類方案是按砂粒、粉粒和黏粒的質量分數劃分出砂土、壤土和黏土 3類11級。目前隨著國際學術研究交流的增多，中國土壤質地分類也採用了國際上流行的美國分類標準。該標準也是按砂粒、粉粒和黏粒的質量分數劃分出砂土、壤土和黏土 3類12級。對於土壤質地屬性的診斷，在野外大部分由科研人員使用手撮法憑藉主觀經驗進行判斷。或是通過採樣、處理，然後使用機械篩分法或雷射測粒儀進行數據獲取和分析，再進行判斷。手撮法主觀性強，經驗要求高，誤差較大。機械篩分法和雷射測粒儀法費時、費力、造價高且不能野外實時進行。由荷蘭生產的沙盤尺是一種由透明材料製造的、裝有標準樣本的碟形物。在測量土壤質地時，是一個非常好的指示工具。但是，沙盤尺在國內價格極為昂貴，且樣本不足以全面表示目前通用的美國制標準，也不適合本國內使用。目前國內，能同時自動分析土壤顏色、質地並定位的信息化設備基本沒有。經資料搜集發現也無相關類似專利申請。
發明內容
本發明專利目的是提供一種便於攜帶、自動化和信息化程度高的土壤顏色-質地診斷數碼記錄儀。本發明專利目的可以通過以下技術方案實現該設備具有矩形的機身殼體，殼體上設有開關按鈕、光標移動和確認按鈕、攝像傳感器窗口、顯示面板窗口、USB接口。殼體內設有以下部件設置控制模塊、GPS模塊、攝像傳感器模塊、土壤顏色標準儲存模塊、土壤質地標準儲存模塊、微型處理器模塊、樣本信息儲存模塊、輸出控制模塊。通過機身的攝像傳感器對觀察土壤樣本成像並存於機內。同時，通過設置控制模塊配合微型處理器模塊提取影像的色彩、粒度信息，並與機內土壤顏色、質地標準儲存模塊中標準樣本進行參比。將最近似的標準樣本色彩、質地信息作為分析樣品的屬性值。機內所有信息通過輸出控制模塊進行顯示和控制USB接口經過數據線向外部計算機輸出。設置控制模塊可以控制機身的光標移動與確認按鈕完成對土壤樣本其他環境屬性的輸入及實現人機互動。殼體內的電源系統為儀器的正常工作提供動力保證。·本發明專利的特徵在於其機內的土壤顏色標準儲存模塊、土壤質地標準儲存模塊內存有標準的土壤樣本顏色和質地的影像資料和屬性值。其中土壤質地標準儲存模塊內所存分三類，分別是日本《標準土色帖》中的389個色片、美國《芒賽爾土色卡》中的199個色片、中國《中國標準土壤色卡》426個色片的標準影像和顏色的色調(相)、明度、彩度屬性值；土壤質地標準儲存模塊內所存為採集中國境內按美國制土壤質地分類標準的十二種土壤質地類型，每種類別三個不同標準土樣的影像、類別名稱、各級粒度質量百分比(共計36個)。本發明專利的特徵在於對觀察的土壤樣點進行影像獲取。色彩、質地分析通過電腦程式自動化處理,並自動檢索機內所存的標準樣本的色彩、質地信息和賦值。能最大程度的降低土壤色彩判定的誤差、質地判斷的高成本。本發明專利的特徵還在於對觀察土壤樣本點能自動定位，並通過設置控制模塊配合輸出顯不部分完成對該點土壤其他相關環境屬性的輸入。本發明專利目的在於為土壤環境的科學考察、土壤環境管理提供一種可攜式、實時、原位診斷土壤顏色、質地的智能化、信息化設備。與現有技術和方法比，本專利具有以下優點(I)智能化、信息化程度高針對目前土壤顏色的人工判定時，可能因為主觀原因和標準色卡受汙而失真原因；針對現有土壤質地判定方法的各種弊端；實時、原位獲取土壤樣本的高真影像，所有評判的標準樣本也貯存為數位化的影像，全面實現數位化、信息化。以電腦程式自動分析與匹配標準，全過程實現智能化，最大限度減少人工誤差。(2)便捷、費用低本專利具有集成、緊湊體積小的特點，所以便於攜帶與野外作業。由於使用本專利可以野外現場獲取土壤樣本的影像，並同時進行定位、土壤顏色、質地及其他環境信息的判定和記錄，節省了大量的人力、物力及時間。
圖I給出了本發明專利的內部模塊簡圖。其中
I設置控制模塊 2 GPS模塊 3攝像傳感器模塊4 土壤顏色標準儲存模塊5 土壤質地標準儲存模塊 6微型處理器模塊7樣本信息儲存模塊8輸出控制模塊圖2是本發明專利的工作流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖詳細說明本發明的工作原理和實施方式本發明所述的一種土壤顏色-質地診斷記錄儀結合了目前數位化、信息化和智能 化處理的優勢，突出在野外工作時的便捷性、準確性和低費用的特點。如圖I所示，起動本機後，通過I設置控制模塊經6微型處理器模塊調用2GPS模塊自動對所觀察點進行GPS定位，並於7樣本信息儲存模塊中建立對應點的文件並將定位信息存入。通過I設置控制模塊經6微型處理器模塊調用3攝像傳感器模塊對觀察點土壤進行攝像，所獲取的影像通過8輸出控制模塊在顯不屏上顯不並同時存於7樣本信息儲存模塊中對應點的文件中。I設置控制模塊經6微型處理器模塊對獲取的影像分析處理，提取影像顏色和顆粒的粒度屬性值，將所得屬性值分別與4 土壤顏色標準儲存模塊和5 土壤質地標準儲存模塊中所存的各標準樣本屬性值進行參與。然後將選出的標準樣本屬性值賦給觀察的土壤樣點，並存於7樣本信息儲存模塊中對應點的文件中，同時可通過8輸出控制模塊在顯示屏上顯示。通過I設置控制模塊選擇觀察點土壤的其他環境屬性值並儲存。通過電源轉換器與8輸出模塊中的USB接口相連實現對本機電源系統充電及連接數據線實現本機與外部計算機之間的數據傳輸。以上所述，僅為本發明的一種具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.本發明是屬於土壤環境調查和管理時使用的一種可攜式土壤蒙式顏色-質地野外數碼診斷記錄儀。其特徵在於，包括 矩形的機身殼體，殼體上設有開關按鈕、光標移動和確認按鈕、攝像傳感器窗口、顯示面板窗口、USB小窗口。
殼體內設有如下部件設置控制模塊、GPS模塊、攝像傳感器模塊、土壤顏色標準儲存模塊、土壤質地標準儲存模塊、微型處理器模塊、樣本信息儲存模塊、輸出控制模塊、電源系統。
2.根據權利要求I所述的可攜式土壤蒙式顏色-質地野外數碼診斷記錄儀，其特徵在於土壤顏色標準儲存模塊儲存內容分三類，分別儲存日本《標準土色帖》中的389個色片、美國《芒賽爾土色卡》中的199個色片、中國《中國標準土壤色卡》426個色片的標準影像和顏色的色調(相)、明度、彩度屬性值。
3.根據權利要求2所述的可攜式土壤蒙式顏色-質地野外數碼診斷記錄儀，其特徵在於土壤質地標準儲存模塊儲存有按美國制土壤質地分類標準的12種土壤質地類型，每種類別3個不同標準樣的影像、類別名稱、各級粒度質量百分比(共計36個)。
4.根據權利要求3所述的可攜式土壤蒙式顏色-質地野外數碼診斷記錄儀，其特徵在於設置控制模塊通過光標按鈕能上下左右移動光標及確認。
5.根據權利要求4所述的可攜式土壤蒙式顏色-質地野外數碼診斷記錄儀，其特徵在於電源系統含有輕便的電池、交流電變直流電充電器、開關機鍵。
6.根據權利要求5所述的可攜式土壤蒙式顏色-質地野外數碼診斷記錄儀，其特徵在於設置控制模塊、GPS模塊、攝像傳感器模塊、土壤顏色標準儲存模塊、土壤質地標準儲存模塊、樣本信息儲存模塊、輸出控制模塊、電源系統均包括他們與微型處理器溝通交互的電路。
7.根據權利要求6所述的可攜式土壤蒙式顏色-質地野外數碼診斷記錄儀，其特徵在於輸出控制模塊還包括輸出顯示器，USB接口。
全文摘要
本發明是一種土壤蒙氏顏色-質地野外數碼診斷記錄儀(i-DSCT)，屬於土壤環境調查技術領域。其功能涉及土壤顏色判定、土壤質地判定、GPS定位技術的集成。通過機身的攝像傳感器對所觀察的土壤成像並存於機內。通過提取影像的色彩、粒度信息，並與機內土壤顏色、質地標準儲存模塊中標準樣本進行參比。獲得分析樣品的屬性值。機內所有信息通過輸出控制模塊進行顯示和向外部計算機輸出。設置控制模塊可以控制機身的光標移動與確認按鈕完成對土壤樣本其他環境屬性的輸入及實現人機互動。以上功能形成實時、原位對觀察土壤樣本的顏色、質地及各種土壤環境屬性智能化診斷和記錄。
文檔編號G01N21/84GK102879397SQ20121005460
公開日2013年1月16日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者趙燁, 周凌雲, 柳婧, 韓莎莎 申請人:北京師範大學