CN106802432B - 土层结构的探查方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种土层结构的探查方法和装置。该方法包括：采集待测土壤的电场数据；对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据；根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线；其中，所述一阶差分曲线用于表征所述待测土壤相邻深度的土壤平均电阻率的差值；根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置。本发明可以直接对土壤进行电法探查，通过得到的电阻率的一阶差分曲线即可得到待测土壤的精细分层结构，无需测量人员对待测土壤进行开挖，节省了人力物力，提高了土层结构的探查效率；另外，本发明基于待测土壤的电阻率获得的土壤的分层位置，提高了探查土壤分层的精确度。

Description

土层结构的探查方法和装置

技术领域

本发明涉及土壤探查技术，尤其涉及一种土层结构的探查方法和装置。

背景技术

随着农业水平的快速提高，精准农业技术应运而生，其中土壤水文学的相关研究逐渐受到人们的关注。为了对一个区域从全局整体的角度开展农田土壤水文综合管理，科学合理的施肥及灌溉就显得非常重要了，这需要人们提前获取区域一定深度范围内的土壤层次结构特征。

目前，对于层状土壤的层次划分仍广泛采用基于分层取样及钻孔资料的相关因子研究，该类方法在实际操作时需要对待测土壤进行实地开挖取样，并且其仅能测定“点”上的土层结构，而对于反映层状土壤“面”上的结构差异则无能为力，同时现有的技术普遍耗时费力且得到的土层结构数据结果误差较大。

因此，如何快速、精细的获取土壤的层次结构已成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种土层结构的探查方法和装置，用以解决现有技术在探查土壤的土层结构时需要对待测土壤进行实地开挖，耗时费力且得到的土层结构的数据结果误差较大的技术问题。

第一方面，本发明提供一种土层结构的探查方法，包括：

采集待测土壤的电场数据；

对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据；

根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线；其中，所述一阶差分曲线用于表征所述待测土壤相邻深度的土壤平均电阻率的差值；

根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置。

进一步地，所述对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据，具体包括：

对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤的电阻率反演剖面图；其中，所述电阻率反演剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的电阻率的数据点。

进一步地，所述根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线，具体包括：

对所述电阻率反演剖面图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率；

对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到所述一阶差分曲线。

更进一步地，所述对所述电阻率反演剖面图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率，具体包括：

对所述电阻率反演剖面图按照预设的测线长度分段机制进行分段，得到多个电阻率反演剖面子图；

对每个电阻率反演剖面子图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，得到每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率；

相应的，所述对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到所述一阶差分曲线，具体包括：

根据每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，得到每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线，并对每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线上相邻深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线。

更进一步地，所述根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置，具体包括：

将每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线的锯齿点对应至所述电阻率反演剖面图，得到多个所述电阻率反演剖面图上与所述锯齿点对应的第一数据点；

根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点，确定所述待测土壤的分层位置。

可选的，所述方法还包括：

根据所述电场数据中每个坐标点的电流值和电压值，得到所述待测土壤的视电阻率剖面图；其中，所述视电阻率剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的视电阻率的数据点；

相应的，所述根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点，确定所述待测土壤的分层位置，具体包括：

根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点、所述视电阻率剖面图，确定所述待测土壤的分层位置。

第二方面，本发明提供一种土层结构的探查装置，包括：

采集模块，用于采集待测土壤的电场数据；

反演模块，用于对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据；

一阶差分模块，用于根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线；其中，所述一阶差分曲线用于表征所述待测土壤相邻深度的土壤平均电阻率的差值；

确定模块，用于根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置。

进一步地，所述反演模块，具体用于对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤的电阻率反演剖面图；其中，所述电阻率反演剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的电阻率的数据点。

进一步地，所述一阶差分模块，具体包括：

获取单元，用于对所述电阻率反演剖面图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率；

一阶差分单元，用于对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到所述一阶差分曲线。

更进一步地，所述获取单元，具体用于对所述电阻率反演剖面图按照预设的测线长度分段机制进行分段，得到多个电阻率反演剖面子图，并对每个电阻率反演剖面子图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，得到每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率；

所述一阶差分单元，具体用于根据每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，得到每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线，并对每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线上相邻深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线。

更进一步地，所述确定模块，具体用于将每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线的锯齿点对应至所述电阻率反演剖面图，得到多个所述电阻率反演剖面图上与所述锯齿点对应的第一数据点，并根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点，确定所述待测土壤的分层位置。

可选的，所述获取单元，还用于根据所述电场数据中每个坐标点的电流值和电压值，得到所述待测土壤的视电阻率剖面图；其中，所述视电阻率剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的视电阻率的数据点；

所述确定模块，具体用于根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点、所述视电阻率剖面图，确定所述待测土壤的分层位置。

本发明提供的土层结构的探查方法和装置，通过对采集到的待测土壤的电场数据执行反演操作，得到待测土壤不同位置的电阻率数据，从而根据上述不同位置的电阻率数据，确定待测土壤的电阻率的一阶差分曲线，进而根据一阶差分曲线的锯齿点，确定待测土壤的分层位置。本发明提供的方法，可以直接对土壤进行电法探查，通过得到的电阻率的一阶差分曲线即可得到待测土壤的精细分层结构，无需测量人员对待测土壤进行开挖，大大节省了人力物力，提高了土层结构的探查效率；另外，本发明采用反演技术获得待测土壤的真实导电特性，由于土壤电阻率能够反映出土壤异质性以及土壤内部的动态变化过程，因此本发明基于待测土壤的电阻率获得的土壤的分层位置，提高了探查土壤分层的精确度。

附图说明

图1为本发明提供的并行电法土层结构探查系统的结构示意图；

图2为本发明提供的并行电法土层结构探查系统中电极的结构示意图；

图3为本发明提供的土层结构的探查方法实施例一的流程示意图；

图4为本发明提供的一阶差分曲线示意图；

图5为本发明提供的土层结构的探查方法实施例二的流程示意图；

图6为本发明提供的温纳三极电阻率反演剖面图；

图7为本发明提供的温纳四极电阻率反演剖面图；

图8为本发明提供的待测土壤的电阻率曲线示意图；

图9为本发明提供的土层结构的探查方法实施例三的流程示意图；

图10为本发明提供的待测土壤的分层示意图；

图11为本发明提供的土层结构的探查装置实施例一的结构示意图；

图12为本发明提供的土层结构的探查装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的土层结构的探查方法和装置，可以适用于图1所示的并行电法土层结构探查系统。如图1所示，该并行电法土层结构探查系统包括：64个电极、电法仪和处理设备，该处理设备可以是计算机，还可以是服务器、主机等能够处理电法仪传输的电场数据功能的设备。本发明提供的土层结构探查方法，使用的是并行电法仪对土层电性数据进行采集，该电法仪采用拟地震式数据采集方式及多次覆盖叠加系统，其能够同时采集多个电位数据，也就是说，上述图1所示的并行电法土层结构探查系统中的64个电极中无一是空闲电极，该64个电极可以在上述电法仪的控制下，交换供电功能和测量功能。本发明所提供的方法，可以用于农田、塌陷区复垦土壤、水库坝体、高压电接地、路基、建筑设计等领域的待测土壤的土层结构探查。

在测量土层结构之前，首先部署图1所示的并行电法土层结构探查系统，主要分为以下两个步骤：

步骤A：按照一定的电极顺序依次间隔的将64个电极插入土壤中，可选的，本发明中涉及的电极可以是打磨处理后的紫铜棒和芯线构成的，可以参见图2所示的结构。其中，上述64个电极的规格和芯线的长度可以根据实际探查需要选择合适的类型：例如，当电极规格为长4cm、直径2mm，且芯线长度为6.5m时，该电极所适用的探测深度范围可以为0～2m；当电极规格为长6cm、直径3mm，且芯线长度为16m时，该电极所适用的探测深度范围可以为0～5m；当电极规格为长8cm、直径5mm，且芯线长度为31m时，该电极所适用的探测深度范围可以0～10m。

步骤B：将上述64个电极和电法仪连接，上述电法仪可以通过有线或者无线的方式与处理设备连接。本发明所涉及的电法仪具有发射和接收信号的双重功能，电法仪四个端口均与电极电缆连接，该电法仪的电源可以采用多块锂电池整合而成，可按需进行24v、48v、72v、96v电压的任意调节，该电法仪还可以进行恒流时间、采样时间间隔、电极数、供电方式等多工作参数的设置以及进行接地检查，并且针对供电方式的不同可以分为单点供电和偶极子供电，分别对应AM法和ABM法两种采集模式。其中，通过电法仪对恒流时间进行设置，实际上是对电极对地的供电时长进行设置；通过电法仪对采样时间间隔进行设置，实际上是控制电极每隔多长时间采集一次电场数据。另外，为了提高电极与土壤的耦合效果，还可以适当敲实电极处的土壤并且浇灌适宜浓度的盐水。

当图1所示的并行电法土层结构探查系统布置完成之后，开始对土层结构进行探查，本发明提供的土层结构的探查方法，在不需要对土壤进行开挖的基础上，能够实现对土层结构的精细划分，具体可以参见下述的实施例。

图3为本发明提供的土层结构的探查方法实施例一的流程示意图。本实施例涉及的是通过对待测土壤的电场数据执行反演操作，得到待测土壤不同深度的电阻率数据，从而根据该待测土壤不同深度的电阻率数据对应的一阶差分曲线，确定待测土壤的分层位置的具体过程。如图3所示，该方法包括：

S101：采集待测土壤的电场数据。

具体的，当上述图1所示的并行电法土层探查系统部署完成之后，可以利用电法仪和上述电极中的供电电极对待测土壤进行供电，通过上述电极中的测量电极按照电法仪中的工作参数的设置(例如恒流时间、采样时间时间等)采集待测土壤的电场数据，可选的，本发明可以通过AM法采集待测土壤的电场数据，还可以通过ABM法采集待测土壤的电场数据。该电场数据包括待测土壤的不同深度的供电回路的电流和测量回路的电压，即该电场数据包括了多个坐标点的值。

S102：对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据。

具体的，当电法仪通过电极采集到待测土壤的电场数据之后，可以将该电场数据传输给上述并行电法土层探查系统中的处理设备，由处理设备对该电场数据进行读取、导入坐标、解编、畸变点剔除等操作，并且根据需要提取相应的装置类型数据体，例如，如果采用是的AM法采集电场数据，则这里提取的可以是二电极装置的数据，或者是三电极装置的数据，如果采用的是ABM法采集电场数据，则这里提取的是四电极装置的数据。当处理设备对该电场数据进行相应的处理后，可以对处理后的电场数据执行反演操作，例如可以将处理后的电场数据转换为AGI格式的文件，并采用AGI反演软件，设置初始化参数、正演参数以及反演参数等，反演采用收敛程度较好的阻尼最小二乘法，得到上述待测土壤不同位置的电阻率数据，一个位置的电阻率数据代表待测土壤在相应的纵向深度和横向测点的电阻率，即一个位置分别具有纵向坐标和横向坐标，纵向坐标代表该数据点所在的深度，横向坐标代表该数据点所在的水平位置。

S103：根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线；其中，所述一阶差分曲线用于表征所述待测土壤相邻深度的土壤平均电阻率的差值。

具体的，当处理设备得到待测土壤不同位置的电阻率数据之后，可以根据该不同位置的电阻率数据得到待测土壤的一阶差分曲线，该一阶差分曲线上的每个点代表待测土壤相邻两个深度的土壤平均电阻率的差值。可选的，可以将上述经过反演得到的待测土壤的电阻率数据中相同深度的电阻率求和，然后通过相应的平均算法得到该深度的平均电阻率，基于该方法可以得到待测土壤在不同深度处的土壤平均电阻率，进而对相邻深度的土壤平均电阻率取差值，得到多个差值点，进而可以绘制出一阶差分曲线。该一阶差分曲线的纵坐标为待测土壤的深度，横坐标为相邻深度上土壤平均电阻率的差值。

S104：根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置。

具体的，当处理设备得到一阶差分曲线之后，可以识别出该一阶差分曲线的锯齿点，并根据该锯齿点的坐标确定待测土壤的分层位置，即确定上述待测土壤的分层点，从而准确获知待测土壤的土层分界点。上述一阶差分曲线可以参见图4所示，该图4中的NO.3为采用AM法得到的温纳三极电阻率的一阶差分曲线，NO.4为采用ABM法得到的温纳四极电阻率的一阶差分曲线(图4中的纵坐标为待测土壤的深度，横坐标为相邻深度上土壤平均电阻率的差值Δρ)，由图4可以看出，无论通过AM法还是ABM法，所得到的待测土壤的电阻率的一阶差分曲线均具有锯齿点，该锯齿点即就是待测土壤的土层分界点。基于此，处理设备就可以根据土壤实际的导电特性得到准确的待测土壤的分层位置(即得到待测土壤的土层结构)，其无需测量人员对待测土壤进行实际开挖就可以得到准确的土层结构，大大节省了人力物力，提高了土层结构的探查效率。

另外，本发明所采用的并行电法土层结构探查系统具有多种规格的电极，能够实现田间多尺度下的电极间距任意调整，操作便捷且适用性强。并且，本发明采用反演技术获得待测土壤的真实导电特性，由于土壤电阻率能够反映出土壤异质性以及土壤内部的动态变化过程，因此基于待测土壤的电阻率获得的土壤的分层位置的精确度较高。另一方面，本发明不仅仅适用于田间尺度上的层状土壤结构探查，同样适用于多种领域的层状岩土体的精细分层探查，具有无损高效的特点，适用范围广。

本发明提供的土层结构的探查方法，通过对采集到的待测土壤的电场数据执行反演操作，得到待测土壤不同位置的电阻率数据，从而根据上述不同位置的电阻率数据，确定待测土壤的电阻率的一阶差分曲线，进而根据一阶差分曲线的锯齿点，确定待测土壤的分层位置。本发明提供的方法，可以直接对土壤进行电法探查，通过得到的电阻率的一阶差分曲线即可得到待测土壤的精细分层结构，无需测量人员对待测土壤进行开挖，大大节省了人力物力，提高了土层结构的探查效率；另外，本发明采用反演技术获得待测土壤的真实导电特性，由于土壤电阻率能够反映出不同土壤层次间的物性参数及水力学参数的差异，因此本发明基于待测土壤的电阻率获得的土壤的分层位置，提高了探查土壤分层的精确度。

图5为本发明提供的土层结构的探查方法实施例二的流程示意图。本实施例涉及的是上述处理设备对电场数据执行反演操作，得到待测土壤的电阻率反演剖面图，从而根据该电阻率反演剖面图得到待测土壤的电阻率的一阶差分曲线的具体过程。如图5所示，该方法包括如下步骤：

S201：采集待测土壤的电场数据。

上述S201的具体过程可以参见上述S101的具体描述，在此不再赘述。

S202：对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤的电阻率反演剖面图；其中，所述电阻率反演剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的电阻率的数据点。

具体的，当上述处理设备得到电法仪传输的电场数据，并对该电场数据进行解编、畸变点剔除等操作后，可以将该电场数据转换为AGI格式的文件，进而可以通过AGI反演软件等电阻率成像技术，得到拟合度较好的电阻率反演剖面图，该电阻率反演剖面图包括多个用于表征待测土壤不同位置的电阻率的数据点，通过该电阻率反演剖面图可以直观的得到待测土壤不同位置的电阻率。该电阻率反演剖面图可以参见图6和图7所示，图6所示的电阻率反演剖面图为采用AM法得到的温纳三极电阻率反演剖面图，图7所示的电阻率反演剖面图为采用ABM法得到的温纳四极电阻率反演剖面图，图6和图7的横坐标为水平方向测线的长度，纵坐标为待测土壤的深度。上述图6和图7采集一次数据即可获得探查区域一定深度范围内的土壤剖面电阻率，而非现有技术中仅可获得个别点位的电阻率值，电阻率反演剖面图以真电阻率色谱图进行了可视化表达，能够初步观测到待测土壤的层次结构。

S203：对所述电阻率反演剖面图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率。

具体的，在电阻率反演剖面图的基础上，为了能够对待测土壤的层次进行精细划分，处理设备在获得待测土壤的电阻率反演剖面图之后，从该电阻率反演剖面图中确定深度相同的数据点，假设确定了A、B、C三个集合，每个集合中均包括的是深度相同的数据点，且A、B、C三个集合各自对应的数据点的深度不同(例如，A集合中包括的是深度均为0.5m的数据点，B集合总包括的是深度为1m的数据点，C集合中包括的是深度为1.5m的数据点)。以A集合为例，处理设备将A集合中的数据点的值相加，然后利用相加得到的和除以A集合中数据点的个数，从而得到A集合所对应的深度的土壤平均电阻率。基于该方法，处理设备就可以得到待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，这样将比某个单点电阻率值更加准确的反映不同深度下待测土壤的电阻率，有效地降低了偶然因素给分层结果带来的误差。

S204：对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到所述一阶差分曲线。

S205：根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置。

具体的，当处理设备得到待测土壤不同深度的土壤平均电阻率之后，可以直接对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，这里的“相邻”可以是将得到的所有土壤平均电阻率按照深度的大小依次排列后，相邻的两个深度的土壤平均电阻率。可选的，处理设备还可以根据深度和平均电阻率的对应关系，绘制待测土壤的电阻率曲线，参见图8所示的电阻率曲线，其中，图8中的No.3为采用AM法得到的温纳三极电阻率曲线，No.4为采用ABM法得到的温纳四极电阻率曲线，电阻率曲线上相邻的两个数据点，即就是相邻的两个深度的土壤平均电阻率。

当处理设备得到电阻率曲线之后，可以对该电阻率曲线上进行一阶差分，具体为：设ρ₁、ρ₂、ρ₃、…、ρ_i为待测土壤从上往下不同深度的土壤平均电阻率，则一阶差分为：Δρ_i＝ρ_(i+1)-ρ_i，式中：Δρ_i指垂直方向上相邻深度的土壤平均电阻率的差值，ρ_i指垂向深度上从上往下第i个深度的土壤平均电阻率值。当处理设备得到Δρ_i后，可以根据Δρ_i和待测土壤的深度的对应关系，得到待测土壤的电阻率的一阶差分曲线，例如可以参见上述图4所示的一阶差分曲线，图4中的No.3为图8中的No.3对应的一阶差分曲线，图4中的No.4为图8中的No.4对应的一阶差分曲线。从图4中可以看出，一阶差分曲线具有明显的锯齿点，这是因为相同的土壤层次内电阻率曲线有着相同的变化趋势，即电阻率曲线的斜率相近，而不同的土壤层次间电阻率曲线的斜率会有明显的变化，经过对电阻率曲线进行一阶差分处理后的差分曲线，由于土壤分层处上下数据间差异较大，呈现出变化幅度不同的锯齿状，故而，一阶差分曲线的锯齿点即对应着层状土壤的分层位置。基于此，就可以得到待测土壤的土层结构。

本发明提供的土层结构的探查方法，通过对采集到的待测土壤的电场数据执行反演操作，得到待测土壤的电阻率反演剖面图，然后对该电阻率反演剖面图上相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率，进而对待测土壤相邻深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到待测土壤的电阻率的一阶差分曲线，从而根据一阶差分曲线的锯齿点，确定待测土壤的分层位置。本发明提供的方法，可以直接对土壤进行电法探查，通过得到的电阻率的一阶差分曲线即可得到待测土壤的精细分层结构，无需测量人员对待测土壤进行开挖，大大节省了人力物力，提高了土层结构的探查效率；另外，本发明可以通过电阻率反演剖面图得到一个大致的土壤分层，使得研发人员可以通过该电阻率反演剖面图能够直观的得到土壤剖面的初步分层，然后本发明进一步采用电阻率的一阶差分曲线得到待测土壤的精细分层，提高了探查土壤分层的精确度。

图9为本发明提供的土层结构的探查方法实施例三的流程示意图。本实施例涉及的是并行电法土层结构探查系统按照预设的测线长度分段机制将电阻率反演剖面图划分为多个电阻率反演剖面子图，从而得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线，进而将每个一阶差分曲线上的锯齿点对应至电阻率反演剖面图上的第一数据点，从而根据第一数据点确定待测土壤的分层位置的具体过程。本实施例的方法，可以直观的得到待测土壤精细的分层线，使得研发人员能够更清楚的获知待测土壤的分层结构。如图9所示，该方法包括如下步骤：

S301：采集待测土壤的电场数据。

S302：对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤的电阻率反演剖面图；其中，所述电阻率反演剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的电阻率的数据点。

具体的，S301和S302的具体过程可以参见上述实施例所示，在此不再赘述。

S303：对所述电阻率反演剖面图按照预设的测线长度分段机制进行分段，得到多个电阻率反演剖面子图。

具体的，以并行电法土层结构探查系统采用ABM法采集数据为例，其得到的电阻率反演剖面图参见上述图7所示。由图7可以看出，横坐标为测线的水平长度，纵坐标为待测土壤的深度。本实施例中，可以按照预设的测线长度分段机制将图7所示的电阻率反演剖面图划分为多个电阻率反演剖面子图，例如，从图7所示的电阻率反演剖面图中截取测线长度0-1m这一段，作为一个电阻率反演剖面子图，以此类推，从图7中分别截取1m-2m、2m-3m各自对应的电阻率反演剖面子图。

S304：对每个电阻率反演剖面子图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，得到每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率。

S305：根据每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，得到每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线，并对每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线上相邻深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线。

具体的，当并行电法土层结构探查系统中的处理设备获得多个电阻率反演剖面子图之后，针对每一个电阻率反演剖面子图，对每个电阻率反演剖面子图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，得到每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，然后根据每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，绘制每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线，进而对每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线进行一阶差分(具体的一阶差分过程可以参见上述实施例二，在此不再赘述)，得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线。

S306：将每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线的锯齿点对应至所述电阻率反演剖面图，得到多个所述电阻率反演剖面图上与所述锯齿点对应的第一数据点。

S307：根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点，确定所述待测土壤的分层位置。

具体的，当处理设备得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线之后，分别将每个一阶差分曲线的锯齿点按照锯齿点所在的深度坐标对应至上述图7所示的电阻率反演剖面图上，得到多个与一阶差分曲线的锯齿点对应的第一数据点。然后处理设备可以根据这些第一数据点的值，将值相同或者接近的第一数据点进行连线，从而得到待测土壤的分层位置，可以参见图10所示的第一数据点标定的待测土壤的分层线，该分层线指示了待测土壤的分层位置，从而使得研发人员可以通过电阻率反演剖面图上的分层线直观的获知当前待测土壤的土层结构，大大提高了用户探查土层结构的体验，同时也提高了探查土壤分层的精确度。

可选的，上述处理设备在采集到电场数据之后，还可以根据电场数据中每个坐标点的电流值和电压值，得到待测土壤的视电阻率剖面图，该视电阻率剖面图包括多个用于表征待测土壤不同位置的视电阻率的数据点，然后处理设备可以结合该视电阻率剖面图和上述所得到的电阻率反演剖面图上的第一数据点进行综合考虑，确定待测土壤的分层位置，以降低因盲目的依赖曲线图对层状土壤进行层次划分所造成的误差。

本发明提供的土层结构的探查方法，通过对采集到的待测土壤的电场数据执行反演操作，得到待测土壤的电阻率反演剖面图，然后根据预设的测线长度分段机制将该电阻率反演剖面图划分为多个电阻率反演剖面子图，并对每个电阻率反演剖面子图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，得到每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，进而根据每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，得到每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线，之后对每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线上相邻深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线，从而根据一阶差分曲线的锯齿点，确定待测土壤的分层位置。本发明提供的方法，可以直接对土壤进行电法探查，无需测量人员对待测土壤进行开挖，大大节省了人力物力，提高了土层结构的探查效率；另外，本发明通过将多个一阶差分曲线上的锯齿点对应至电阻率反演剖面图上，得到待测土壤的分层线，从而使得研发人员可以通过电阻率反演剖面图上的分层线直观的获知当前待测土壤的土层结构，大大提高了用户探查土层结构的体验，同时也提高了探查土壤分层的精确度。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图11为本发明提供的土层结构的探查装置实施例一的结构示意图。该装置可以通过软硬结合的方式实现，可选的，该装置可以为上述图1所示的并行电法土层结构探查系统，还可以为集成了上述并行电法土层结构探查系统的设备。如图11所示，该装置包括：采集模块11、反演模块12、一阶差分模块13和确定模块14。

具体的，采集模块11，用于采集待测土壤的电场数据；

反演模块12，用于对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据；

一阶差分模块13，用于根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线；其中，所述一阶差分曲线用于表征所述待测土壤相邻深度的土壤平均电阻率的差值；

确定模块14，用于根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置。

可选的，上述采集模块11可以为上述图1中的电极和电法仪，上述反演模块12、一阶差分模块13和确定模块14可以是集成在处理设备中的软件或者硬件设备。

本发明提供的土层结构的探查装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

图12为本发明提供的土层结构的探查装置实施例二的结构示意图。在上述图11所示实施例的基础上，进一步地，所述反演模块12，具体用于对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤的电阻率反演剖面图；其中，所述电阻率反演剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的电阻率的数据点。上述一阶差分模块13，具体包括：获取单元131和一阶差分单元132。

其中，获取单元131，用于对所述电阻率反演剖面图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率；

一阶差分单元132，用于对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到所述一阶差分曲线。

在一种可能的实施方式中，所述获取单元131，具体用于对所述电阻率反演剖面图按照预设的测线长度分段机制进行分段，得到多个电阻率反演剖面子图，并对每个电阻率反演剖面子图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，得到每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率；所述一阶差分单元132，具体用于根据每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，得到每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线，并对每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线上相邻深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线，则上述确定模块14，具体用于将每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线的锯齿点对应至所述电阻率反演剖面图，得到多个所述电阻率反演剖面图上与所述锯齿点对应的第一数据点，并根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点，确定所述待测土壤的分层位置。

可选的，所述获取单元131，还用于根据所述电场数据中每个坐标点的电流值和电压值，得到所述待测土壤的视电阻率剖面图；其中，所述视电阻率剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的视电阻率的数据点；

所述确定模块14，具体用于根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点、所述视电阻率剖面图，确定所述待测土壤的分层位置。

本发明提供的土层结构的探查装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种土层结构的探查方法，其特征在于，包括：

采集待测土壤的电场数据；

对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据；

根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线；其中，所述一阶差分曲线用于表征所述待测土壤相邻深度的土壤平均电阻率的差值；

根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置；

所述对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据，具体包括：

对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤的电阻率反演剖面图；其中，所述电阻率反演剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的电阻率的数据点；

所述根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线，具体包括：

对所述电阻率反演剖面图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率；

对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到所述一阶差分曲线；

所述对所述电阻率反演剖面图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率，具体包括：

对所述电阻率反演剖面图按照预设的测线长度分段机制进行分段，得到多个电阻率反演剖面子图；

对每个电阻率反演剖面子图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，得到每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率；

相应的，所述对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到所述一阶差分曲线，具体包括：

根据每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，得到每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线，并对每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线上相邻深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置，具体包括：

将每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线的锯齿点对应至所述电阻率反演剖面图，得到多个所述电阻率反演剖面图上与所述锯齿点对应的第一数据点；

根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点，确定所述待测土壤的分层位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述电场数据中每个坐标点的电流值和电压值，得到所述待测土壤的视电阻率剖面图；其中，所述视电阻率剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的视电阻率的数据点；

相应的，所述根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点，确定所述待测土壤的分层位置，具体包括：

根据所述电阻率反演剖面图上所有第一数据点、所述视电阻率剖面图，确定所述待测土壤的分层位置。

4.一种土层结构的探查装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集待测土壤的电场数据；

反演模块，用于对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤不同位置的电阻率数据；

一阶差分模块，用于根据所述不同位置的电阻率数据，确定所述待测土壤的电阻率的一阶差分曲线；其中，所述一阶差分曲线用于表征所述待测土壤相邻深度的土壤平均电阻率的差值；

确定模块，用于根据所述一阶差分曲线的锯齿点，确定所述待测土壤的分层位置；

所述反演模块，具体用于对所述电场数据执行反演操作，得到所述待测土壤的电阻率反演剖面图；其中，所述电阻率反演剖面图包括多个用于表征所述待测土壤不同位置的电阻率的数据点；

所述一阶差分模块，具体包括：

获取单元，用于对所述电阻率反演剖面图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，获得所述待测土壤不同深度的土壤平均电阻率；

一阶差分单元，用于对相邻两个深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到所述一阶差分曲线；

所述获取单元，具体用于对所述电阻率反演剖面图按照预设的测线长度分段机制进行分段，得到多个电阻率反演剖面子图，并对每个电阻率反演剖面子图中相同深度的数据点的值求和并取平均值，得到每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率；

所述一阶差分单元，具体用于根据每个电阻率反演剖面子图对应的待测土壤在不同深度的土壤平均电阻率，得到每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线，并对每个电阻率反演剖面子图对应的电阻率曲线上相邻深度的土壤平均电阻率进行一阶差分，得到每个电阻率反演剖面子图对应的一阶差分曲线。