CN105548031B

CN105548031B - 基于移动终端的土壤类型识别装置

Info

Publication number: CN105548031B
Application number: CN201510959088.4A
Authority: CN
Inventors: 赵春江; 韩鹏程; 董大明; 杜晓凡; 郭瑞; 吴文彪; 矫雷子
Original assignee: Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture
Current assignee: Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2019-05-24
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: CN105548031A

Abstract

本发明涉及一种基于移动终端的土壤类型识别装置，以解决如何提供降低土壤分类的误差和提高野外土壤分类的便携性的问题。该装置包括：工作仓，其内部设置有用于容置待检测土壤样品的土壤样品盒，用于屏蔽工作仓外部的光线；移动终端，设置在所述工作仓的外部，用于采集所述工作仓内部土壤样品盒内的待检测土壤样品的颜色信息，并根据所述颜色信息判断所述待检测土壤样品的土壤类型。本发明将土壤样品盒放置在工作仓内，尽量避免了外界光线对待检测土壤样品颜色的干扰，因此降低了土壤分类的误差。本发明中采用移动终端采集、分析颜色信息，由于移动终端的便携性，使本发明适合在野外使用，因此提高了野外土壤分类的便携性。

Description

基于移动终端的土壤类型识别装置

技术领域

本发明涉及土壤类型识别技术领域，具体涉及一种基于移动终端的土壤类型识别装置。

背景技术

土壤的分类是研究土壤科学的一个关键领域，是土壤管理和可持续使用的基础保障。不同类型土壤的组成成分、存在环境、物理特性均不相同，而土壤颜色是土壤内部化学组成和物理特征的综合反映，通过土壤颜色信息的获取和解读可以有效地获取大量土壤信息，因此可以通过土壤的颜色鉴别土壤的类型。

目前，最常用的土壤类型鉴别装置是蒙赛尔土壤颜色比对卡。此种卡把颜色空间划分成不同的小区段，严重依赖于工作人员的经验，不方便用现代数字技术进行大量的数据获取。同时，在不同的光照条件下，实验人员对颜色判断也会出现误差。另外，可见光-近红外光谱土壤分类装置也被应用在土壤分类领域，可以很好的获取大量的数据，并借由现代计算机技术进行快速的数据处理。但是，该装置需要光谱仪、近红外或可见光光源，一般装置较为庞大，并且需要结合特定的计算机算法，运算复杂，所以整体上不适合野外便携式使用。

近些年，随着智能手机等移动终端的普及，以移动终端作为传感器的应用也越来越多。移动终端具有便携性好、价格低廉、便于大规模应用等优点，但对于移动终端的应用一般集中在生物医学、人类活动监测等方面，还没有在土壤分类相关方面的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供降低土壤分类的误差和提高野外土壤分类的便携性。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于移动终端的土壤类型识别装置。该装置包括：

工作仓，其内部设置有用于容置待检测土壤样品的土壤样品盒，该工作仓用于屏蔽工作仓外部的光线；

移动终端，设置在所述工作仓的外部，用于获取所述工作仓内部土壤样品盒内的待检测土壤样品的颜色信息，并根据所述颜色信息判断所述待检测土壤样品的土壤类型。

进一步地，该装置还包括：

湿度调节装置，用于调节土壤样品盒内待检测土壤样品的湿度。

进一步地，所述湿度调节装置包括：

加水模块，用于向所述工作仓内部的土壤样品盒内加水；

压力传感器，设置在所述工作仓内土壤样品盒的底部，用于检测所述待检测土壤样品的重量；

信号解析传输器，用于获取所述压力传感器的重量检测值，对该重量检测值进行模数转换，并将模数转换后的重量检测值发送至所述移动终端；

所述移动终端还用于根据接收到的重量检测值是否达到预设重量值，判断所述加水模块是否需要继续加水。

进一步地，所述加水模块包括：储水单元、与所述储水单元连接的空气增压单元及与所述空气增压单元连接的雾化喷头；

其中，所述雾化喷头设置在所述工作仓的内部，且面对所述土壤样品盒。

进一步地，所述移动终端包括：

第一采集模块，包括第一摄像单元和第一照明单元，用于采集所述待检测土壤样品的颜色信息；

处理模块，连接至所述第一采集模块的第一摄像单元，用于根据所述颜色信息判断所述待检测土壤样品的土壤类型；

其中，所述第一采集模块通过所述工作仓上的通孔对准所述工作仓内的土壤样品盒。

进一步地，所述工作仓还包括：

第二采集模块，用于采集工作仓内待检测土壤样品的颜色信息，并将该颜色信息发送至所述移动终端；

其中，所述第二采集模块包括第二摄像单元和第二照明单元。

进一步地，该装置还包括：

镜头组，安装在所述工作仓上的通孔外侧，用于调整视场的大小和/或校准所述第一摄像单元和所述第一照明单元之间的位置差异。

进一步地，该装置还包括：

颜色校准盒，设置在所述工作仓内，容置有颜色校准卡片；

所述移动终端还用于根据所述颜色校准卡片的颜色信息对所述待检测土壤样品的颜色信息进行校准。

进一步地，该装置还包括：

卡具，用于将不同尺寸的移动终端安装在所述工作仓上。

进一步地，所述工作仓的侧壁上开设有仓门。

本发明将土壤样品盒放置在工作仓内，尽量避免了外界光线对待检测土壤样品颜色的干扰，为待检测土壤样品提供了一个相对稳定的环境，因此降低了土壤分类的误差。本发明中采用移动终端采集、分析颜色信息，由于移动终端的便携性，使本发明适合在野外使用，因此提高了野外土壤分类的便携性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了根据本发明基于移动终端的土壤类型识别装置一实施例的结构示意图；

附图标号说明：

1-工作仓；11-仓门；12-土壤样品盒；21-储水单元；22-空气增压单元；23-雾化喷头；3-压力传感器；4-信号解析传输器；5-镜头组。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明提供一种基于移动终端的土壤类型识别装置，包括：

工作仓1，其内部设置有用于容置待检测土壤样品的土壤样品盒12，工作仓用于屏蔽工作仓外部的光线；

图1中，未示出移动终端，而且位于工作仓内的部分以虚线表示。

本发明中，土壤样品盒设置在工作仓内部，移动终端设置在工作仓外部，而采用移动终端采集土壤样品盒内待检测土壤样品的颜色信息，因此工作仓必然是非完全封闭的，移动终端通过工作仓上的通孔采集工作仓内部的土壤颜色信息，但是工作仓的通孔处有移动终端的覆盖，可以避免外界光线的进入。另外，工作仓的内壁可为黑色，并做漫反射处理。

土壤样品盒可由不透水的塑料材料制成。

其中，所谓的颜色信息即RGB信息。移动终端可采用无监督的模式识别方法中的聚类分析法判断待检测土壤样品的类型。

若直接将土壤样品盒放置在外界，由于在不同的环境下，例如不同的光照下，采集到的颜色信息会有差异。而本发明将土壤样品盒放置在工作仓内，尽量避免了外界光线对待检测土壤样品颜色的干扰，为待检测土壤样品提供了一个相对稳定的环境，因此降低了土壤分类的误差。本发明中采用移动终端采集、分析颜色信息，由于移动终端的便携性，使本发明适合在野外使用，因此提高了野外土壤分类的便携性。

移动终端，例如手机、平板等装置，能够提供平台支撑、提供摄像头、照明光源等。

由于土壤的湿度不同，即便是同一类型的土壤所呈现的颜色也是有差别的，为了尽量减少湿度对土壤类型的鉴别造成影响，本发明还可包括：湿度调节装置，用于调节土壤样品盒内待检测土壤样品的湿度。

进一步地，所述湿度调节装置可包括：

加水模块，用于向所述工作仓内部的土壤样品盒内加水；

压力传感器3，设置在所述工作仓内所述土壤样品盒的底部，用于检测所述待检测土壤样品的重量；

信号解析传输器4，用于获取所述压力传感器的重量检测值，对该重量检测值进行模数转换，并将模数转换后的重量检测值发送至所述移动终端；

所述移动终端还用于根据接收到的重量检测值是否达到预设重量值，判断所述加水模块是否继续加水。

其中，压力传感器为压阻式压力传感器。由于压力传感器设置在土壤样品盒的底部，得到待检测土壤样品的重量。

由于压力传感器得到的重量检测值为模拟信号，在发送至移动终端之前，需要转换为数字信号。信号解析传输器完成该模数转换工作，信号解析传输器可设置在工作仓的外侧壁上。

上述压力传感器与信号解析传输器之间及信号解析传输器与移动终端之间可通过无线的方式传递相应的数据。

尽管初始湿度未必完全相同，但土壤的重量能够大致反映土壤的湿度。由于土壤的含水量与土壤的重量成正比，重量越大，含水量越多，当重量检测值到达一定的预设重量值后，土壤的湿度大致到达一定的预设湿度值。

进一步地，所述加水模块可包括：储水单元21、与所述储水单元连接的空气增压单元22及与所述空气增压单元连接的雾化喷头23；

储水单元为一储水罐，可通过螺丝固定到工作仓的外壁上。

储水单元与空气增压单元通过水管连接，空气增压单元与雾化喷头通过水管连接。

雾化喷头可固定在工作仓内部的内壁上，对准土壤样品盒。

进一步地，所述移动终端可包括：

处理模块，连接至所述第一采集模块，用于根据所述颜色信息判断所述待检测土壤样品的土壤类型；

上述第一摄像单元和第一照明单元共同完成采集工作，其中第一摄像单元执行采集操作，第一照明单元提供采集所需的光线。

以上第一采集模块为移动终端的部件，目前的移动终端通常包括采集模块，因此移动终端负责采集、进而分析，得到土壤类型。当然，可以在工作仓上设置一采集模块，采集颜色信息后，传给移动终端，移动终端仅仅是分析数据，即可得到土壤类型。具体为：

所述工作仓还包括：

进一步地，该装置还可包括：

镜头组5，安装在工作仓通孔的外侧，用于调整视场的大小和/或校准所述第一摄像单元和所述第一照明单元之间的位置差异。

在工作时，在所述移动终端的第一采集模块和所述工作仓上的通孔之间，且与所述第一采集模块的第一摄像单元上的镜头同轴设置。

上述镜头组可以由两片光学镜片组成，且可采用短焦镜头，实现在短距离内的大面积成像。

图1中，镜头组5覆盖了工作仓的通孔。由于在移动终端的第一采集模块和工作仓的通孔之间设置了镜头组，镜头组可以增大第一摄像单元的视场。同时，尽管第一摄像单元和第一照明单元通常距离较近，但仍有一定的距离，因此镜头组还可校准所述第一摄像单元和所述第一照明单元之间的位置差异。

进一步地，该装置还可包括：

颜色校准盒，设置在所述工作仓内，容置有颜色校准卡片；

一般情况下，颜色校准卡片的颜色以白色、黑色居多。

本发明中移动终端将待检测土壤的颜色信息与颜色校准卡片的颜色信息进行对比，从而对待检测土壤样品进行校准，进一步地提高土壤类型鉴别的准确性。

由于移动终端有不同的种类，同一种类的移动终端又有不同的型号，终端之间的差值主要在于尺寸。该装置还可包括卡具，用于将不同尺寸的移动终端安装在所述工作仓上。另外，所述工作仓的侧壁上开设有仓门11，用于将土壤样品盒、颜色校准盒放置在工作仓内。

综上所述，本发明基于移动终端的土壤类型识别装置具有以下优点：

(1)利用工作仓屏蔽外界光线对待检测土壤的颜色造成影响；

(2)采用非常普遍且易于携带的移动终端采集、分析、处理有关数据，提高了本发明的便携性；

(3)采用湿度调节装置调节待检测土壤的湿度，进而减少了不同湿度对待检测土壤的颜色造成影响；

(4)采用镜头组调节拍照的视场大小；

(5)采用卡具使工作仓固定不同尺寸的移动终端。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种基于移动终端的土壤类型识别装置，其特征在于，包括：

移动终端，设置在所述工作仓的外部，用于获取所述工作仓内部土壤样品盒内的待检测土壤样品的颜色信息，并根据所述颜色信息判断所述待检测土壤样品的土壤类型；

其中，还包括湿度调节装置，用于调节土壤样品盒内待检测土壤样品的湿度；

所述湿度调节装置包括：

加水模块，用于向所述工作仓内部的土壤样品盒内加水；

压力传感器，设置在所述工作仓内所述土壤样品盒的底部，用于检测所述待检测土壤样品的重量；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加水模块包括：储水单元、与所述储水单元连接的空气增压单元及与所述空气增压单元连接的雾化喷头；

3.根据权利要求1-2任一所述的装置，其特征在于，所述移动终端包括：

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1-2任一所述的装置，其特征在于，所述工作仓还包括：

6.根据权利要求1-2任一所述的装置，其特征在于，还包括：

颜色校准盒，设置在所述工作仓内，容置有颜色校准卡片；

7.根据权利要求1-2任一所述的装置，其特征在于，还包括：

卡具，用于将不同尺寸的移动终端安装在所述工作仓上。

8.根据权利要求1-2任一所述的装置，其特征在于，所述工作仓的侧壁上开设有仓门。