CN111044429B - 车载式土壤质构信息实时获取系统 - Google Patents

车载式土壤质构信息实时获取系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111044429B
CN111044429B CN201911360984.3A CN201911360984A CN111044429B CN 111044429 B CN111044429 B CN 111044429B CN 201911360984 A CN201911360984 A CN 201911360984A CN 111044429 B CN111044429 B CN 111044429B
Authority
CN
China
Prior art keywords
soil
vehicle
texture information
mechanical resistance
conductivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911360984.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111044429A (zh
Inventor
杨玮
孟超
李民赞
韩雨
刘振
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texel Technology Shenzhen Co ltd
Original Assignee
Texel Technology Shenzhen Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texel Technology Shenzhen Co ltd filed Critical Texel Technology Shenzhen Co ltd
Priority to CN201911360984.3A priority Critical patent/CN111044429B/zh
Publication of CN111044429A publication Critical patent/CN111044429A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111044429B publication Critical patent/CN111044429B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/088—Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N2015/0846—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials by use of radiation, e.g. transmitted or reflected light
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30—Assessment of water resources

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

车载式土壤质构信息实时获取系统
技术领域
本发明涉及土壤质地和结构识别相关技术领域，特别是涉及一种车载式土壤质构信息实时获取系统。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
本发明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发明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发明的一些实施例，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为本发明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为本发明实施例的土壤机械阻力获取机构的安装示意图；
图3为本发明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
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
如图1、图2和图3所示，本发明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阵状况的参数，使用能量、熵、转动矩、相关度这4种流行特征。
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；
其中，在传统的土壤电导率测量方法中，激励源作为恒流源是被认为永远输出恒定的，不受负载变化的影响，而事实上，经过实际测量，恒流源的电流强度会随负载的变化产生变化，也就影响了测量的准确性。
采用电流-电压四端法原理测量电导率，电流-电压四端法是测量土壤电导率最为经典的方法，由恒流源为J、K间提供一个恒定的电流，M、N之间由电压表测出两端电压降，通过电压降来计算出土壤的电导率值。
在本实施例中采用DDS信号发生电路产生的频率为1KHz，振幅为14Vpp的正弦信号作为激励源，提高了信号源的信号强度和信噪比。DDS建立在采样定理基础上，首先对目标波形进行采样，将采样的数值存储在存储器中作为查找表。使用时，通过读表的方式，读取数值，再经过D/A转换器转换为模拟信号，将保存的波形重新合成出来。由于只在合成的最后阶段转换到模拟中，所以在多个方面降低了信号发生器的复杂度，提高了信号发生器的稳定性。
本实施例中选用基于AVR单片机与FPGA的DDS信号发生电路，DDS信号发生电路能够产生1Hz-65KHz的正弦波，方波，锯齿波，三角形波等多种波形。DDS信号发生电路能够产生的振幅为0.5～14Vpp，输出阻抗为20～200ohms。DDS信号发生电路可以进行波形调节、频率调节以及振幅调节。
与传统的交流恒流源模拟电路产生的电信号相比，DDS信号发生电路产生的信号能够产生多种波形，振幅更大、波形更标准。
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。
其中，电阻应变片是利用应变效应来把力学量转变为电学量。将应变片粘贴在构件表面，当构件受力变形时，其中的金属箔也随着构件一起拉伸或者压缩，进而发生电阻变化。在产生应变效应时，应变与电阻变化率成线性关系，经过一定的测量电路可以间接测得力。由四个应变片搭成一组惠斯通电桥即一组应变片电桥。土壤机械阻力获取机构包括上中下三组应变片电桥和一个压力传感器，
在传统的土壤机械阻力测量方法中，只使用一种阻力测量电极：一组应变片电桥或者一个压力传感器，而在实际测量过程中，由于农田的复杂性和拖拉机驾驶带来的突发情况，应变片电桥与压力传感器会被损耗甚至破坏，这就影响了测量的结果。在本发明实施例中，共有四种阻力测量电极，即上中下三组应变片电桥以及一个压力传感器。可以应对复杂农田情况，而且通过互相校正可以提高测量精度。
本发明实施例提供的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；将获得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。
在上述实施例的基础上，车载式土壤质构信息实时获取系统还包括用于获取与土壤表面图像相对应的经纬度的定位机构。
在本发明实施例中，经纬度作为一种被人们广泛应用的定位信息，可以准确且唯一的定位到地球表面上的任意一个位置；而环境图像也可以提供观察点的位置信息，提取图像的特征像素点并结合该观察点的经纬度可以作为观察点的更精确的定位信息。
在上述实施例的基础上，车载式土壤质构信息实时获取系统还包括数据采集卡；土壤电导率获取机构包括圆盘式电极4；
压力传感器1通过压力信号调节器与数据采集卡7相连；应变片电桥2通过电桥信号调节器与数据采集卡7相连；圆盘式电极4通过信号转换放大电路与数据采集卡7相连；DDS信号发生电路与数据采集卡相连。
需要说明的是，圆盘式电极4用于测量电导率，在本实施例中设置有依次排布的四个圆盘式电极4，圆盘式电极4入土时与土壤紧密接触，减少了因土壤阻力引起的扰动，可以更精确的测得土壤电导率信息。外侧两个圆盘式电极4作为恒流源输出电极即DDS信号发生电路与外侧两个圆盘式电极4相连，内侧两个圆盘式电极4通过圆盘式电极4两侧的电刷将测得的电信号送往数据采集卡7。DDS信号发生电路还与数据采集卡相连，利用数据采集卡通过同步测量土壤反馈电信号和正弦信号源的电流值，消除了正弦信号源的波动对测量结果的影响，提高了测量精度和稳定性。
在本发明实施例中，为了实现数据测量的实时性和快速性，电路中选择了一个高速的数据采集卡7以便保证数据的流量与精确度。由于经过土壤的电信号很弱而且容易受到干扰，选择相应的信号调节器来过滤并放大毫伏信号，转化为与输入呈线性关系的选定输出，可以消除接地回路、共模电压，大幅降低噪声。
在上述实施例的基础上，车载式土壤质构信息实时获取系统还包括工控机8，土壤表面信息获取机构包括工业相机6，定位机构包括GPS定位器10，GPS定位器10、数据采集卡7以及工业相机6均与工控机8相连。
其中，数据采集卡可以可用于信号连续高速采集和控制信号连续高速输出。采样率最高1MSa/s。配合工业平板电脑使用，可以同时采集DDS信号发生电路、经过土壤的反馈电压、4组压力测量电极的电压信号，可以实现实时显示、储存调用等功能。
需要说明的是，工业相机6选用MindVision工业相机，分辨率2592X1944，像素位深度12bits，帧率8FPS，像元尺寸2.2X2.2μm，可以拍摄满足需要的高清图像。其中，工控机8可以为工业平板电脑。
在本发明实施例中，对于土壤电导率，工控机8对土壤的反馈电信号进行数字滤波，取平均，计算土壤电导；对于土壤机械阻力，工控机8对土壤的电信号利用标定方程反演计算土壤机械阻力；对于土壤表面图像，工控机8对土壤图像进行了GLCM等特征纹理提取以获得土壤的颜色和粗糙度等参数信息。工控机8将这些土壤参数信息相结合，预测土壤质构，将土壤信息与GPS相结合，绘制土壤构地、电导率、机械阻力的空间分布图。
对某地实验田中的土壤质构进行预测，预测成功率达到85％。将土壤信息和GPS经纬度坐标相结合，用横坐标和纵坐标表示经纬度、分别用不同颜色表示的砂土、壤土、粘土的比例，以表示土壤质地的空间分布；用不同颜色代表容重和紧实度的数值大小，以表征结构信息；用不同颜色代表电导率值的大小区间以表示土壤电导率的空间分布；用不同颜色代表机械阻力大小以表示土壤机械阻力的空间分布。
在上述实施例的基础上，车载式土壤质构信息实时获取系统还包括与工控机8相连的移动终端9。
在本发明实施例中，用于可以通过移动终端9内的APP实现对数据的查看。
在上述实施例的基础上，所述车载式土壤质构信息实时获取系统还包括用于为GPS定位器、DDS信号发生电路、数据采集卡以及工业相机供电的电源模块。
在本发明实施例中，使用12V锂电池供电，而电路中部分芯片的工作电压值为5V，部分芯片的工作电压值为220V，这需要电源转换电路和逆变器来实现，采用LM2596芯片用来将电压转化为5V芯片供电电压，通过改变滑动变阻器R15的阻值，可以对模块的输出电压进行微调。电压经过转换后，成为稳定的5V电压。采用逆变器将12V直流电源转换为220V。
在上述实施例的基础上，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，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均安装于测量机构。
在本发明实施例中，测量机构的两侧有两个限深轮，测量机构的横杆可以上下移动，沿着横杆的长度依次设置有第一个圆盘式电极、第二个圆盘式电极、深松犁钩、第三个圆盘式电极以及第四个圆盘式电极，相机通过缓震机械结构固定在横杆上，可以有效减少拖拉机抖动和行驶过程中对图像清晰度的影响。
在上述实施例的基础上，土壤机械阻力获取机构包括三个应变片电桥2，在深松犁钩3上沿高度方向依次布置有三个应变片电桥2。
在本发明实施例中，在横梁上安装了两个箱体5，两个箱体5对称放置在两侧，其中一个箱体5用于放置12V供电锂电池与电路模块，另一个箱体5用于放置工业相机等相关的设备，使得两个箱体5的重量相同即可。
需要说明的是，通过螺丝与定制尺寸的凹形铁片固定各设备，缓解振动带来的影响，有效防止土壤灰尘以及雨水对设备造成的损害，并且增加配重使传感器电极与土壤充分接触。
本发明实施例提供的车载式土壤质构信息实时获取系统拥有以下特点：
a.基于“电流-电压四端法”测量电导率，该方法为接触式测量方法，测量稳定，对周围环境要求低，而电磁式非接触测量方法由于对金属过于敏感，在实际农田中的测量精度会受到很大程度的影响；
b.使用高速的数据采集卡以微秒为单位记录土壤反馈信号，能够详细记录土壤反馈电信号和农田噪声；
c.使用DDS信号发生电路产生电信号同时同步测量该正弦信号源的电流值，去除电流抖动造成的干扰；
d.该系统为车载式，可通过3点悬挂安装在任意大小的拖拉机上，可以在农田中在线实时获得土壤压实情况、电导率、表面粗糙情况信息，并估算出土壤质构；
e.获得的所有都数据记录在工业平板电脑中，不需要外接笔记本电脑，在农田中更方便；
f.采集到的数据与GPS信息相结合，可以用于绘制分布图；
g、能够实时测量土壤电导率、土壤机械阻力、土壤表面图像，并融合采集到的多种数据对土壤质构进行预测，土壤质构参数的实时获取对于农田决策管理非常有价值，该发明的应用能够为农田质构的测量提供一种快速、简便、准确的方法，为土壤质构的车载式、快速、大范围的测量提供了一种实现方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

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，所述土壤表面特征包括土壤表面粗糙度、颜色和对比度；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；
还包括工控机，所述工控机用于根据所述土壤表面特征和所述土壤电导率获取土壤质地信息，和根据所述土壤表面特征和所述土壤机械阻力获取土壤结构信息；
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；
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；
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；
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；
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。
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。
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。
CN201911360984.3A 2019-12-25 2019-12-25 车载式土壤质构信息实时获取系统 Active CN111044429B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911360984.3A CN111044429B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 车载式土壤质构信息实时获取系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911360984.3A CN111044429B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 车载式土壤质构信息实时获取系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111044429A CN111044429A (zh) 2020-04-21
CN111044429B true CN111044429B (zh) 2023-09-08

Family

ID=70239913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911360984.3A Active CN111044429B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 车载式土壤质构信息实时获取系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111044429B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485460B (zh) * 2021-12-28 2022-12-20 安徽农业大学 一种基于激光雷达的地表三维形貌测量系统及方法
CN117147526B (zh) * 2023-10-31 2024-02-06 西北师范大学 大面积土壤pH值快速检测方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5524560A (en) * 1994-12-09 1996-06-11 The United States Of America As Represented By The Department Of Agriculture System for controlling vertical displacement of agricultural implements into the soil
EP0981060A2 (de) * 1998-08-20 2000-02-23 Forschungszentrum Jülich Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur oberflächennahen Detektion von Stromdichteverteilungen in einem Untergrund
CN2624209Y (zh) * 2003-04-09 2004-07-07 浙江大学 土壤信息快速定位测量仪
US6937939B1 (en) * 1999-07-08 2005-08-30 Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd. Soil measuring instrument, soil measurement assisting device and method, recorded medium on which a program is recorded, recorded medium on which data is recorded, application amount controller, application amount determining device, method for them, and farm working determination assisting system
CN1920583A (zh) * 2005-08-26 2007-02-28 中国农业大学 多用途车载式土壤电导率实时测试仪
CN101216482A (zh) * 2008-01-18 2008-07-09 中国农业大学 一种农田环境的监测装置
CN201417152Y (zh) * 2009-06-15 2010-03-03 山西农业大学 便携式多参数农田信息采集仪
CN102788566A (zh) * 2012-09-03 2012-11-21 电子科技大学 一种土壤表面粗糙度测量板及测量方法
CN104198200A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 江苏大学 拖拉机滑转率的测试方法
CN104198537A (zh) * 2014-09-03 2014-12-10 中国科学院合肥物质科学研究院 一种土壤含水率与电导率检测方法及检测装置
CN104678180A (zh) * 2015-02-09 2015-06-03 中国农业大学 一种土壤电导率的检测装置及方法
US10102473B1 (en) * 2017-09-12 2018-10-16 Technical Development Consultants, Inc. Soil moisture sensing determines soil type
CN108732129A (zh) * 2017-07-14 2018-11-02 北京山水云图科技有限公司 一种用图像表示农田土壤成分的系统及其方法
US10149958B1 (en) * 2015-07-17 2018-12-11 Bao Tran Systems and methods for computer assisted operation
CN109885117A (zh) * 2019-03-12 2019-06-14 湖北民族学院 一种无人化自动农业耕种系统
CN110593642A (zh) * 2019-10-11 2019-12-20 无为县年香马蹄种植专业合作社 一种马蹄种植田的防护架

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6853937B2 (en) * 2001-07-06 2005-02-08 Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd. Soil characteristics survey device and soil characteristics survey method
US7581446B2 (en) * 2005-08-30 2009-09-01 Troxler Electronic Laboratories, Inc. Methods, systems, and computer program products for determining a property of construction material
US9585307B2 (en) * 2007-07-03 2017-03-07 Kyle H. Holland Optical real-time soil sensor and auto-calibration methods
WO2015006675A2 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Blue River Technology, Inc. Method for automatic phenotype measurement and selection
US10176642B2 (en) * 2015-07-17 2019-01-08 Bao Tran Systems and methods for computer assisted operation
US20170082568A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-23 WaterBit, Inc. System and method of sensing soil moisture
US10247717B2 (en) * 2017-07-14 2019-04-02 SafeNet International LLC Method of efficient acquisition of soil data using image mapping

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5524560A (en) * 1994-12-09 1996-06-11 The United States Of America As Represented By The Department Of Agriculture System for controlling vertical displacement of agricultural implements into the soil
EP0981060A2 (de) * 1998-08-20 2000-02-23 Forschungszentrum Jülich Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur oberflächennahen Detektion von Stromdichteverteilungen in einem Untergrund
US6937939B1 (en) * 1999-07-08 2005-08-30 Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd. Soil measuring instrument, soil measurement assisting device and method, recorded medium on which a program is recorded, recorded medium on which data is recorded, application amount controller, application amount determining device, method for them, and farm working determination assisting system
CN2624209Y (zh) * 2003-04-09 2004-07-07 浙江大学 土壤信息快速定位测量仪
CN1920583A (zh) * 2005-08-26 2007-02-28 中国农业大学 多用途车载式土壤电导率实时测试仪
CN101216482A (zh) * 2008-01-18 2008-07-09 中国农业大学 一种农田环境的监测装置
CN201417152Y (zh) * 2009-06-15 2010-03-03 山西农业大学 便携式多参数农田信息采集仪
CN102788566A (zh) * 2012-09-03 2012-11-21 电子科技大学 一种土壤表面粗糙度测量板及测量方法
CN104198200A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 江苏大学 拖拉机滑转率的测试方法
CN104198537A (zh) * 2014-09-03 2014-12-10 中国科学院合肥物质科学研究院 一种土壤含水率与电导率检测方法及检测装置
CN104678180A (zh) * 2015-02-09 2015-06-03 中国农业大学 一种土壤电导率的检测装置及方法
US10149958B1 (en) * 2015-07-17 2018-12-11 Bao Tran Systems and methods for computer assisted operation
CN108732129A (zh) * 2017-07-14 2018-11-02 北京山水云图科技有限公司 一种用图像表示农田土壤成分的系统及其方法
US10102473B1 (en) * 2017-09-12 2018-10-16 Technical Development Consultants, Inc. Soil moisture sensing determines soil type
CN109885117A (zh) * 2019-03-12 2019-06-14 湖北民族学院 一种无人化自动农业耕种系统
CN110593642A (zh) * 2019-10-11 2019-12-20 无为县年香马蹄种植专业合作社 一种马蹄种植田的防护架

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于线结构激光传感器的土壤表面粗糙度测量方法研究;刘洁 等;《农业工程学报》;第第35卷卷(第第3期期);第134-140页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111044429A (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111044429B (zh) 车载式土壤质构信息实时获取系统
Karydas et al. Evaluation of spatial interpolation techniques for mapping agricultural topsoil properties in Crete
CN102813516B (zh) 基于光学成像的非接触式人体身高测量方法
Depeng et al. Monitoring slope deformation using a 3-D laser image scanning system: a case study
CN102735421A (zh) 一种水力模型泡漩或漩涡流测量系统及测量方法
EP3421988A1 (en) Device and a method for the continuous measurement of one or more tree staticity
CN108267741A (zh) 一种超声波探头标定装置及标定超声波探头的方法
CN109708614A (zh) 一种多源的实时地面沉降及水平位移监测系统及方法
Ellis et al. Detecting impacts of sand grains with a microphone system in field conditions
CN101702034B (zh) 基于地球电磁感应原理的地下水源探测方法及探测仪
JP2012233758A (ja) 構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法及びその測定装置
CN102279032A (zh) 自由液面表面微幅波三维重构方法
CN103149180B (zh) 一种土壤光谱反射率和电导率检测方法
CN212007873U (zh) 一种多功能的地理信息测绘装置
CN202101695U (zh) 机电物化综合测量报告仪
CN110472590B (zh) 鸟类调查方法及装置
CN104678180B (zh) 一种土壤电导率的检测装置及方法
CN108195724A (zh) 籽粒成分含量的测量方法及测量装置
CN216474919U (zh) 一种基于5g技术的路基压实度实时检测系统
Adamchuk Precision Agriculture: Does it make sense?
CN209858761U (zh) 一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置
CN109633760B (zh) 一种基于自然电位等效融合成像的地下流体监测方法
CN1267751C (zh) 利用磁性标记探测埋藏物位置的磁性标记探测器
CN207007456U (zh) 一种桥梁挠度检测装置
CN109061748A (zh) 矿井瞬变电磁二次电位相对误差确定地质体信息的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20220222

Address after: 518067 402d, block C, Wanrong building, No. 1029, Nanhai Avenue, Yanshan community, merchants street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong

Applicant after: Texel Technology (Shenzhen) Co.,Ltd.

Address before: 100193 No. 2 Old Summer Palace West Road, Beijing, Haidian District

Applicant before: CHINA AGRICULTURAL University

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant