MXPA04004195A - Inspeccion de suelos y topografia. - Google Patents

Abstract

Metodos para caracterizar condiciones de sup-superficie en una region (14) geografica seleccionada previamente asociada como un conjunto con un perfil de referencia de caracteristica del material de sub-superficie especifico, como de una inspeccion de suelos de USDA-NRCS. El metodo incluye desplegar una herramienta (18, 20) detectora en las posiciones (44) seleccionadas dentro de la region geografica para determinar una caracteristica de material sup-superficie referenciado a profundidad como el tipo o estrato de suelo, comparar la caracteristica del material de sub-superficie determinado con el perfil de referencia de caracteristica de material de sub-superficie asociado con la region geografica (14) para determinar una correlacion entre el perfil de referencia de caracteristica del material de sub-superficie y la caracteristica del material de sub-superficie referenciado a profundidad, y despues decidir sin desplegar o no la herramienta a otra posicion (44), la posicion optima para desplegar la herramienta al considerar la correlacion.

Description

INSPECCIÓN DE SUELOS Y TOPOGRAFÍA CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con métodos para inspección de suelos y topografía y a mapas fotográficos y más en particular a las guías para la ubicación de muestras de suelos y pruebas de sensores en áreas para las cuales se encuentran disponibles ciertos datos de inspección pre-existente de varios tipos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La información sobre suelos se encuentra disponible al público en los Estados Unidos como fotografías aéreas sobrepuestas con fronteras limitadas o polígonos, cada uno de los cuales encierra una región geográfica o "unidad de mapa de suelo" etiquetada con un número correspondiente de un perfil de referencia característica de un material de sub-superficie específico identificado en el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos-Servicio de Conservación de Recursos Naturales (USDA-NRCS) de Inspección de Suelos como una descripción en serie de los suelos. Tales inspecciones de suelos se encuentran disponibles para el noventa por ciento del área geográfica de los Estados Unidos, y también existen otros tipos de mapas de caracterización de suelos, ambos para los Estados Unidos y otras regiones geográficas. En un campo determinado, pueden existir varios polígonos, cada uno de los cuales abarca una unidad de mapa de suelo numerada. En promedio, existen aproximadamente 5.5 polígonos por un área de 0.4 kilómetros cuadrados. Debido a que el número de la unidad de mapa de suelo corresponde a un tipo y perfil particulares de suelo característico, muchas unidades de mapa de suelo en un área en particular pueden tener etiquetas idénticas. En la inspección, se utiliza una tabla para vincular cada número con el nombre de serie de suelo, y para cada nombre de serie de suelo, la inspección de suelo contiene una descripción de texto de un perfil representativo de suelo. Por ejemplo, la lista para las "Series Drummer" correspondiente a la unidad "152" de mapa de suelo es como sigue: La serie Drummer consiste de suelos profundos, drenados en forma deficiente, casi a nivel. Estos suelos se encuentran en canales de drenaje y en áreas amplias, planas en altiplanicies. Están formados de material encenegado y en tierra labrantía estratificada subyacente. En un perfil representativo, la capa superficial es negra y es tierra labrantía de arcilla encenegada de color gris muy oscuro de aproximadamente 45.72 cm de espesor. El subsuelo, de aproximadamente 81.28 cm de espesor, es tierra labrantía de arcilla encenegada jaspeada de gris-oliva y gris a gris claro con café oscuro. El material subyacente es gris y es tierra labrantía de arcilla arenosa color café oscuro y tierra labrantía encenegada. Estos suelos son moderadamente permeables y tienen una alta capacidad de agua. El drenaje superficial y el drenaje interno son muy lentos y cuando se mojan, los suelos tienen muy poca estabilidad. Estos suelos están sujetos a cargas frecuentes de agua y a la inundación durante los períodos de vaciado. La tabla de agua en temporada se encuentra a una profundidad de menos de 60 cm. Estos suelos son apropiados para cosechas en hilera cuando se drenan adecuadamente con tile. Las cargas de agua frecuentes y el potencial para la inundación o para hacerse lacustre son limitaciones importantes para la mayoría de sus usos. El perfil representativo de la tierra labrantía de arcilla encenegada, 144 m sur y 22.5 m oeste del punto noreste de SE1/4 sec. 24, T.39 N.,R. 3E. A11 - 0 a 27.94 cm, tierra labrantía de arcilla encenegada negra (10YR 2/1); estructura granular moderada fina y muy fina; fronteras suaves, graduales; friable; neutral. A12 - 27.94 cm a 45.72 cm, tierra labrantía de arcilla encenegada, negra (10 yr 2/1) y gris muy oscuro (10 YR 3/1); estructura en bloques sub-angular, fina, débil, hacia fina, granular, moderada; friable; neutral; fronteras suaves, graduales. B21g - 45.72 cm a 73.66 cm; tierra labrantía de arcilla encenegada color gris olivo (5Y 5/2); jaspeada de café oscuro, poco, fino, delgado; estructura prismática, fina, moderada hacia una estructura en bloque sub-angular, fina, moderada; firme, neutral; frontera suave, gradual. B22g - 73.66 cm a 1.27 m; tierra labrantía de arcilla encenegada, de gris a gris claro (5Y 6/1) y café oscuro (7.5 YR 5/6); estructura prismática, media, moderada; firme; neutral, frontera suave, abrupta. HC1g - 1.27 m a 1.52 m; tierra labrantía de arcilla encenegada café oscuro (7.5 YR 5/8) y gris a gris claro (5Y 6/1); masiva; friable; moderadamente alcalina; frontera suave, abrupta. HC2g - 1.52 m a 1.98 m, tierra labrantía encenegada, de gris a gris claro (5Y 6/1) y rosada-gris (5YR 6/2), café a café oscuro (7.5 YR 4/4) y gris a gris claro (7.5 YR 6/0), masiva; friable; moderadamente alcalina. Los intervalos de horizonte A de 20.32 cm a 50.8 cm de espesor. Los intervalos de horizonte B de 38.10 a 1.01 m de espesor y de tierra labrantía de arcilla encenegada a tierra labrantía de arcilla en textura en la parte inferior. Es neutral a moderadamente alcalina. Los intervalos de horizonte C de tierra labrantía a tierra labrantía encenegada a tierra labrantía de arcilla arenosa. Los suelos Drummer se asocian con suelos Peotone y Flanagan. Tienen un horizonte A más delgado que los suelos Peotone y se drenan en forma más deficiente que los suelos Flanagan. Esta descripción con base de texto de las series de suelos incluye información de registro de suelos de un perfil representativo ubicado en algún lugar en los Estados Unidos. Este tipo de suelo e información de perfil es útil para calcular las características de suelo de cualquier unidad de suelo de esa serie de suelos (en este caso, las series Drummer, número 152) ubicados en algún lugar en Estados Unidos o en alguna otra parte.

Estas descripciones de perfil representativo típicamente varían de la superficie hacia debajo de aproximadamente 1.50 a 2.00 m y contienen descripciones de horizontes o capas de suelos. La información en la profundidad de horizonte y espesor y atributos de suelos se proporciona para cada horizonte de suelo típico. Estos datos son cuando mucho una representación de la forma en que se verían en promedio en una situación típica. De este modo, en una ubicación determinada, existirán diferencias entre esta información característica y la profundidad y espesor de capa límite reales y hasta cierto punto el contenido y tipo de suelos dentro de cada frontera u horizonte. Con el fin de clasificar mejor los suelos para aplicaciones de manejo, algunas veces es necesario caracterizar la profundidad, espesor y contenido reales de una unidad de mapa de suelo dentro de un campo, y todas las otras unidades de mapa de suelo contenidas dentro de ese campo. Los polígonos USDA-NRCS se encuentran disponibles en un formato digital para aproximadamente 60% de los Estados Unidos. En estos casos, las fronteras de la unidad de mapa de suelo y su posición en el terreno se pueden descargar de una base de datos a la cual se tiene acceso a través de Internet o de un CD-Rom u otro dispositivo de almacenamiento de datos. En algunos casos, la fotografía aérea también se encuentra en formato digital. Sin embargo, las descripciones de texto de las series de suelos se encuentran disponibles solamente en un formato de texto que se puede leer y visualizar por una persona, pero no se puede comparar digitalmente con una muestra o con datos de un sensor. Además, debido a que la descripción asociada con una serie particular de suelos proviene, la mayoría de las veces, de un registro de suelos representativo tomado en una ubicación lejos del polígono de campo real que se traza en mapa, se pueden desarrollar algunas imprecisiones. La USDA-NRCS es responsable de los mapas fotográficos de los suelos en los Estados Unidos en una escala referida como una Inspección de segundo orden. Típicamente, es en un intervalo de escala de 1:24,000 a 1:60,000. Por lo general, se entiende que las escalas brutas no son útiles para aplicaciones de alta precisión, como agricultura, mapas fotográficos de tierras húmedas, construcción, líneas divisorias de aguas, mantenimiento y diseño de campos de golf, mapas fotográficos arqueológicos, experimentos ambientales en sitio, y demás. Se requieren métodos para caracterizar con mayor exactitud las condiciones sub-superficiales en regiones geográficas previamente asociadas como un conjunto con un perfil de referencia característico del material de la sub-superficie en una inspección USDA-NRCS o su semejante, para que la información de la base de datos sea más útil para tales aplicaciones de precisión. La profundidad y espesor de los horizontes de suelo y sus propiedades pueden variar mucho en un terreno, o incluso dentro de un campo determinado. Cuando se va a examinar una propiedad crítica del suelo, tal como su contenido nutriente, y su capacidad de retención de líquidos, dentro de un área o campo determinado, entonces es muy importante que la distribución vertical y horizontal de tales propiedades se determine con exactitud. Cuando se recolecta un núcleo de suelo, el número de características analizadas en la muestra limita la resolución vertical del examen de propiedad de suelo en esa ubicación. Esto se debe, principalmente, al alto costo y tiempo invertido asociados con la recolección de muestras de suelo, preparación, análisis y procedimientos de registros. Típicamente, solamente algunas ubicaciones a través del terreno se seleccionan para muestras de núcleo, y solamente algunas características se retiran de cada núcleo para su análisis. Esta información de suelo vertical limitada da como resultado errores cuando se intenta modelar la distribución espacial y el volumen de las propiedades del suelo a través de un terreno.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De conformidad con un aspecto de la invención, se proporciona un método para caracterizar condiciones sub-superf iciales en una región geográfica determinada, previamente asociada como un conjunto con un perfil de referencia característico del material de la sub-superf ¡cié. El método incluye el despliegue de una herramienta detectora en una posición seleccionada dentro de la región geográfica, la herramienta está construida para responder a un atributo del material de sub-superflcie seleccionado, y determinar a partir de la señal recibida desde la herramienta desplegada, una característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad en la posición seleccionada. La característica del material de sub-superficie determinada se compara con el perfil de referencia característica del material de sub-superficie asociado con la región geográfica para determinar una correlación entre el perfil de referencia de característica del material de sub-superficie y la característica de material de sub-superficie referenciado a profundidad como se determina de la señal recibida de la herramienta desplegada. En una medida, el método también incluye decidir si desplegar la herramienta en otra posición dentro de la región geográfica al considerar la correlación determinada por la posición seleccionada. En algunas modalidades, la región geográfica corresponde a un área limitada de un terreno de tales áreas limitadas en un mapa, cada área limitada tiene un perfil de referencia de característica del material de sub-superficie asociado. Por ejemplo, en un método particularmente útil para inspección de áreas en Estados Unidos, la región geográfica comprende una Unidad de Mapa de Suelo individual, delineada en un mapa de inspección de suelos USDA-NRCS y referenciada con el perfil de referencia de características, del material de sub-superficie por el mapa de inspección de suelos USDA-NRCS. En algunos casos, la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende un registro digital de una propiedad del suelo como una función de la profundidad. En algunos casos, la comparación de la característica del material de sub-superficie determinado con el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie asociado con (a región geográfica puede incluir la profundidad límite de una capa de suelo, según se determina del registro de propiedad del suelo, con una profundidad límite de capa de referencia según determinada del perfil de característica de referencia del material de sub-superficie.

Para algunas aplicaciones, el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie comprende un registro de perfil de referencia digital que contiene por lo menos 10 puntos de datos referenciados a profundidad, con la correlación que comprende un valor numérico computado indicativo del grado de similitud entre el registro de propiedad del suelo y el registro del perfil de referencia digital. Al comparar la característica del material de sub-superficie determinado con el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie asociado con la región geográfica incluye, en algunos casos, comparar la textura del suelo a una profundidad seleccionada, según se determina de la característica del material de sub-superficie determinada, con una textura de referencia según se determina del perfil de característica de referencia del material de sub-superficie. Para muchas aplicaciones de gran importancia, el despliegue de la herramienta incluye penetrar el suelo con la herramienta a una profundidad de por lo menos 15 cm, de preferencia, por lo menos 60 cm. De preferencia, el método incluye geo-referenciar la posición seleccionada con un sistema de coordenadas con un Sistema de posicionamiento global, como con un transceptor GPS asociado con el sistema de despliegue de la herramienta. En algunas modalidades, la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende un registro de datos tomado a múltiples profundidades en la posición seleccionada. En algunos casos, la herramienta responde a la luz reflejada de un material in situ de sub-superficie adyacente. En otros casos, para determinar la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad de preferencia, incluye generar una imagen rastreada, referenciada a profundidad del material de sub-superficie. Una serie de imágenes del material de sub-superficie adyacente se puede recolectar y procesar en forma digital conforme al herramienta es forzada a través de los materiales de sub-superficie. En algunas aplicaciones, el método también incluye atravesar la región geográfica mientras se obtiene la posición de terreno y las mediciones de la elevación; combinar la posición y las mediciones de elevación para formar un modelo de elevación digital; ajustar una referencia de profundidad de la característica del material de sub-superficie determinado en cada una de las ubicaciones de prueba de conformidad con el modelo de elevación digital; y después combinar las características del material de sub-superficie ajustadas, referenciadas a profundidad para formar un modelo de sub-superf icie tri-dimensional de la característica del material. En ciertos escenarios, la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende múltiples puntos discontinuos de datos obtenidos a las profundidades seleccionadas en la posición determinada. Las profundidades seleccionadas pueden elegirse para corresponder a las capas de suelo identificadas en la región. Los puntos discontinuos de datos, en algunos casos, están separados en elevación de conformidad con el espesor de la capa de suelo incluido en el perfil de referencia de característica del material de sub-superficie. En algunos casos, el método incluye seleccionar la ubicación del despliegue de la herramienta dentro de la región geográfica seleccionada con base en la correlación entre el perfil de referencia de característica del material de sub-superficie y la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad. El método también incluye, en algunas modalidades, desplegar una herramienta de sub-superficie en la siguiente ubicación de despliegue de la herramienta; determinar, a partir de la señal recibida de la herramienta de sub-superficie desplegada, una segunda característica de suelo referenciada a profundidad; comparar la segunda característica de suelo referenciada a profundidad con el perfil de característica de suelo de sub-superficie asociado con la región geográfica para determinar otra correlación entre el perfil de referencia de característica de suelo y la segunda característica de suelo referenciada a profundidad; y entonces seleccionar una tercera ubicación de despliegue de la herramienta dentro de la región geográfica seleccionada con base en las correlaciones determinadas. En algunas modalidades, la herramienta detectora de atributos del suelo se despliega en por lo menos tres posiciones iniciales dentro de la región geográfica para determinar una característica de suelo referenciada a profundidad en cada una de las posiciones iniciales. Las características de suelo determinadas entonces se comparan entre sí y con el perfil de referencia de característica de suelo de sub-superficie asociado con esa región geográfica para determinar una correlación entre las características de suelo referenciado a profundidad en las posiciones iniciales y entre las características de suelo referenciado a profundidad y el perfil de referencia de característica del suelo. De preferencia, la siguiente ubicación de despliegue de la herramienta dentro de la región geográfica determinada se selecciona con base en la correlación entre las características de suelo referenciado a profundidad en las posiciones iniciales. En algunos casos, el método incluye generar un modelo tridimensional de la característica de suelo a partir de las características de suelo referenciadas a profundidad obtenidas en posiciones múltiples dentro de la región geográfica. De preferencia, este modelo se actualiza mediante un proceso de recolección de datos conforme se generan datos en las ubicaciones adicionales dentro de la región geográfica, con el modelo y/o el valor de contabilidad o un cálculo de error asociado con el modelo que sirve como base para determinar los requerimientos adicionales de prueba. El modelo tri-dimensional se puede crear en forma digital con el uso de técnicas puntuales de cálculo Kriging. Otro aspecto de la invención se caracteriza por un método para determinar las condiciones de sub-superficie en una región geográfica seleccionada previamente inspeccionada para identificar zonas separadas dentro de la región que corresponden a las series de suelo de referencia que tienen una descripción asociada de las capas de suelo correspondientes a las series de suelo y propiedades de suelo comunes para cada capa. Ei método incluye seleccionar una posición de prueba en cada zona identificada; desplegar una herramienta de detección en la posición seleccionada dentro de la región geográfica; y entonces determinar, a partir de la señal recibida de la herramienta desplegada, una característica del material de sub-superficie a múltiples profundidades separadas, correspondientes a las posiciones de capas descritas en la descripción de serie de suelo de referencia. El método incluye, para algunas aplicaciones, comparar la característica del material de sub-superficie determinada con las propiedades de capa de suelo enlistadas en la descripción de serie de suelos de referencia. En algunas modalidades particularmente útiles, las zonas de suelo corresponden a unidades de mapa de suelo, según definidas en un mapa de inspección de suelo USDA-NRCS. De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para generar información de inspección de primer orden en una unidad de mapa de suelo individual, según se define en un mapa de una inspección de suelo USDA-NRCS, que establece un porcentaje de inclusión SMU asociado con la unidad de mapa de suelo. El método incluye seleccionar un número inicial de posiciones para el despliegue de la herramienta dentro de la unidad de mapa de suelo, el número inicial de las posiciones de superficie seleccionado se determina como una función de un porcentaje de inclusión SMU asociado; desplegar la herramienta detectora de atributos de sub-superficie para generar registros de características de sub-superficie con base en las señales recibidas desde la herramienta desplegada , en las posiciones de sub-superficie seleccionadas; identificar una característica de capa limite de suelo común para los registros de característica de sub-superficie generados; y calcular la profundidad esperada de la característica de capa límite de suelo en otras posiciones de superficie dentro del área limitada como una función de la profundidad de la característica de capa límite de suelo en tres posiciones de superficie seleccionadas y una relación espacial entre las posiciones de superficie seleccionadas y cada otra posición de superficie. El método también incluye, en algunos casos, determinar a partir de la señal recibida de la herramienta de sub-superficie desplegada, una característica de suelo referenciado a profundidad en cada una de las posiciones seleccionadas, comparar las características de suelo determinadas con un perfil de referencia de característica de suelo de sub-superficie asociado con la unidad de mapa de suelo para determinar una correlación general entre el perfil de referencia de característica de suelo y las características de suelo referenciado a profundidad de las posiciones seleccionadas; y decidir si desplegar una herramienta de sub-superficie para determinar las características de suelo referenciado a profundidad en otra posición dentro de la unidad de mapa de suelo al considerar la correlación general. En algunas modalidades, el número inicial de posiciones seleccionadas para el despliegue de herramienta también se determina como una función de la información topográfica conocida de la unidad de mapa de suelo, la información de uso de suelo, la información de rendimiento agrícola, y otros datos disponibles. El número inicial de posiciones se puede seleccionar en forma automática, como por un sistema de adquisición de datos y que se puede modificar por las entradas del usuario antes del despliegue de la herramienta. Otro aspecto de la invención se caracteriza por un método para determinar las propiedades de sub-superficie de un campo. El método incluye mover una plataforma de prueba hacia el campo, la plataforma de prueba tiene un pisón de despliegue de herramienta para introducir una sonda en el suelo superior del campo en ubicaciones determinadas, mientras se reciben señales de regreso desde la sonda, las cuales indican las características del material de sub-superficie; mover la plataforma de prueba a múltiples puntos a lo largo del límite del campo para definir un perímetro de campo; conectar la plataforma de prueba con un servidor de red remoto sobre un enlace de datos inalámbrico; cargar la solicitud de datos de segmento de mapa de referencia desde la plataforma de prueba para el servidor de red remoto; la solicitud incluye una representación del perímetro de campo definido; recibir un paquete de datos de segmento de mapa de referencia desde el servidor de red remoto sobre el enlace inalámbrico de datos; el paquete de datos incluye una porción segmentada de una base de datos de mapa de referencia que cubre el área geográfica que contiene el campo, con la porción segmentada que está en el límite y ubicación seleccionados en el servidor de red remoto en respuesta a la solicitud de datos de segmento de mapa cargada desde la plataforma de prueba; introducir la sonda en la capa superior de suelo en una primera ubicación seleccionada dentro del campo; registrar los datos de característica de material de sub-superficie recibidos de la sonda introducida; y evaluar los datos de característica de material registrados al comparar los datos de característica del material de sub-superficie registrados con los datos del paquete de datos de segmento del mapa de referencia. En algunas modalidades, la solicitud de datos de segmento del mapa de referencia también incluye una indicación del uso propuesto para los datos obtenidos al determinar las propiedades de la sub- superficie. Con base en esta indicación, el servidor de red remoto puede filtrar la información para ser incluida en el paquete de datos de segmento del mapa de referencia. En algunos casos, el enlace inalámbrico de datos incluye un servidor intermedio dispuesto fuera del campo. En tales casos, el servidor intermedio recibe e interpreta la solicitud de datos de segmento del mapa de referencia; en respuesta, selecciona la solicitud entre los servidores de datos de mapa de red particular; descarga de cada servidor seleccionado una porción segmentada de una base de datos de mapa de referencia asociado; genera un paquete de datos del segmento de mapa de referencia y descarga el paquete de datos de segmento de mapa de referencia para la plataforma de prueba. En algunas modalidades, el método incluye después de registrar los datos de las características del material de sub-superficie recibidos de la sonda introducida, determinar otra actividad a ser desarrollada dentro del campo como una función de los datos recibidos en la primera ubicación determinada. Otros aspectos de la invención se caracterizan por sistemas, aparatos y sistemas de computación configurados para llevar a cabo los métodos antes mencionados, los análisis de datos, la integración y su transferencia. Algunos aspectos de la invención se pueden mejorar mucho la inspección de sub-superficie en campo sobre los métodos actuales. Por ejemplo, al construir datos directamente sobre la sub-superficie existente y otros datos de inspección, se puede reducir el tiempo de prueba en campo. Además, estas técnicas ofrecen una ventaja particular cuando se planean pruebas, para la integración de datos de referencia, para la recolección y análisis de datos del sensor, lo cual se lleva a cabo sobre la marcha mientras la plataforma de prueba se encuentra en sitio, y en muchos casos en el curso del día. En los Estados Unidos, estos métodos pueden tomar ventaja particular de las inspecciones de suelo USDA-NRCS como parte de los datos iniciales de referencia para la planeación de pruebas. Las plataformas de computación normales se pueden programar para llevar a cabo muchos aspectos de estos métodos en una forma semi-automatizada, con una planeación y coordinación general de pruebas provistas en forma remota por un científico capacitado y todas las pruebas en campo por un operador de campo siguiendo instrucciones sencillas, lo cual potencializa los recursos humanos. El usuario también tiene la capacidad de integrar los datos del sensor en tiempo real con los datos pre-existentes para un sitio seleccionado, lo cual aumenta la flexibilidad de estrategias de muestreo mientras el sitio se caracteriza. Una rutina de muestreo de material sobre la marcha se puede integrar ventajosamente con los métodos de adquisición de datos descritos aquí. Algunos aspectos de la invención son particularmente útiles para aplicaciones de precisión, producen la información de inspección necesaria para la agricultura, los mapas fotográficos de terrenos húmedos, la evaluación de división de aguas, mantenimiento y diseño de campos de golf, etc.

Los detalles de una o más modalidades de la invención se establecen en los dibujos acompañantes y en la descripción siguiente. Otras características, objetos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la descripción, los dibujos y de las reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una fotografía aérea sobrepuesta con polígonos de unidad de mapa de suelo USDA-NRCS. La Figura 2 ilustra la adquisición de datos de campo con un vehículo de prueba móvil. La Figura 3 ilustra en forma esquemática la adquisición de datos disponibles para un campo particular. La Figura 4 ilustra la integración y transferencia de datos pre-existentes para la plataforma de prueba desde una instalación remota de datos. La Figura 5 muestra un despliegue representativo a bordo de campo, el cual muestra la ubicación del vehículo de prueba y las ubicaciones iniciales de prueba dentro de cada unidad de mapa de suelo identificada. La Figura 6 muestra los resultados parciales del registro de tres ubicaciones iniciales de prueba dentro de una unidad de mapa de suelo, junto con el registro de referencia parcial derivado de la inspección de suelo USDA. La Figura 7 es una vista de sub-superficie en sección transversal, tomada a lo largo de la línea 7-7 en la Figura 6. La Figura 8 ilustra el trayecto del campo con sensores no invasivos para tomar mapas fotográficos de más zonas de suelo refinado. La Figura 9 es una vista amplificada del área 9 de la Figura 8 que muestra las ubicaciones iniciales de prueba para cada zona de suelo. Los números de referencia iguales indican elementos iguales dentro de los dibujos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia primero a la Figura 1, se muestra la información de topología de suelo en una fotografía aérea 10 sobrepuesta con fronteras o polígonos 12 cerrados, los cuales abracan una región 14 geográfica o "unidad de mapa de suelo" etiquetada con un número correspondiente a un perfil de referencia de característica del material de sub-superficie específico identificado en la inspección de suelo USDA-NRCS como una descripción de serie de suelos. En este ejemplo, se cubren aproximadamente 4.0 kilómetros cuadrados, en donde se encuentran varios polígonos 12, cada uno limita una unidad 14 de mapa de suelo numerada. Debido a que la etiqueta 15 numérica de la unidad de mapa de suelo corresponde a un tipo de suelo característico particular, muchas unidades de mapa de suelo en este campo pueden tener etiquetas idénticas. Como se muestra, los polígonos tienen forma irregular según se determina por la topología local y el muestreo burdo en el momento de la inspección.

La Figura 2 ilustra un vehículo 16 de prueba adaptado para recolectar sub-superf icie en campo y los datos disponibles para el sitio. El vehículo 16 incluye un sistema de propulsión para impulsar sondas 17 de penetrómetro de cono (CPT) y otros sensores de invasión dentro del suelo a lo largo de un trayecto determinado ya sea vertical o en ángulo. Estas sondas contienen sensores 18, conocidos dentro de la técnica, que responden a varias propiedades del suelo. Una sonda típica CPT configurada para inspecciones geo-técnicas puede contener una celda 18b de carga de fuerza de punta y una celda 18a de carga de fricción de manguito, por ejemplo, junto con un sensor de presión de poro. En muchos casos, las señales desde los sensores se conducen en forma eléctrica o en forma inalámbrica para empujar al vehículo 16 para el registro y el análisis. Los sensores del penetrómetro se pueden utilizar para medir o derivar la compactación de suelo, el tamaño del grano, color, contenido de materia orgánica, humedad, temperatura y resistencia, así como otras propiedades químicas y físicas. Algunos sensores se encuentran disponibles de Environmental Sensors, Inc., de Vancouver, British Columbia. Además de estos sensores desplegados en la sub-superficie, el vehículo 16 está equipado con sensores 20 no invasivos para obtener imágenes de la sub-superficie en tiempo real sin perturbar el suelo. Los sensores 20 pueden incluir sensores de radar que penetran el campo, electromagnéticos, por ejemplo, con la capacidad de detectar estructuras de sub-superficie como lentes 21 de arcilla y límites entre capas. Un sistema 19 de adquisición de datos a bordo del vehículo 16 recolecta datos de los sensores 18 y 20 desplegados, con los datos de los sensores en tierra correlacionados con la profundidad según se determina por un calibrador 22 de profundidad y todos los datos correlacionados con la posición geográfica según determinados por un sistema 24 de posicionamiento global (GPS). El sistema de adquisición de datos a bordo también tiene la capacidad de integrar datos recolectados de sensores con datos pre-existentes para el sitio y/o datos procesados y/o en bruto del sitio a través de un enlace de telecomunicaciones móvil. Con referencia a la Figura 3, el vehículo 16 se despliega en un campo 26 para los mapas fotográficos exactos con respecto a las características de la sub-superficie. El límite 28 de campo ilustrado encierra porciones de varias unidades 14 de mapa de suelo diferentes identificadas en una inspección de suelo relacionada, cada unidad de mapa de suelo tiene una etiqueta numérica (Solamente se muestra la etiqueta "152" para la unidad 14 de mapa de suelo), la cual identifica la unidad de mapa de suelo como correspondiente a una serie de suelo particular. Luego de llegar al campo 26, el operador de campo responsable de los mapas fotográficos del sitio, de preferencia tendrá acceso a cualquier dato existente para el sitio, incluyendo las inspecciones de suelo USDA-NRCS y los datos adquiridos previamente. Estos datos se pueden almacenar en una computadora a bordo del vehículo 16 de prueba, almacenarse fuera del límite del campo como en 31 o descargarse de una computadora 32 remota con el uso de un enlace 34 con Internet o transmisión de radio, por ejemplo. En algunos casos, el vehículo 16 de prueba tiene un módem inalámbrico a bordo o un transceptor de satélite para establecer un enlace de telecomunicaciones directo a través de Internet. Al detectar la posición geográfica del vehículo 16 de prueba determinado por la serie de satélites 38 de posicionamiento global en órbita alrededor de la Tierra, la computadora 32 remota solicita los datos pre-existentes del campo de varias bases de datos 36 establecidas. Estos datos pueden incluir por ejemplo, inspecciones de suelo NRCS u otros mapas de suelo, rendimiento de cosechas, modelos de elevación, imágenes de satélite, fotografías aéreas, fotografías aéreas ortorectificadas, inspecciones geológicas., información de pruebas en agua y suelo, registros de uso de suelo e historia y límites y propiedades del campo. En algunos casos, el límite 28 del campo se determina inicialmente en sitio al activar el vehículo 16 de prueba alrededor del área a ser fotografiada mientras se registran las marcas de frontera con el sistema GPS. Los datos disponibles se recopilan con el uso de un programa contenido en el vehículo 16 de prueba o en un vehículo 30 de soporte de campo, o desde una computadora 32 remota, para formar una base de datos integrada, la cual refleje la información conocida con respecto al campo 26. En algunos casos, se puede desplegar más de un vehículo 16 de prueba en un campo para promover la eficiencia en las pruebas y en el muestreo. Todos los vehículos de prueba llevan a cabo el mismo tipo de tareas, o cada uno puede estar equipado para llevar a cabo una tarea especial, de preferencia, coordinado con un único vehículo 30 remoto o con la computadora 32. Mientras que el vehículo de prueba puede tener ruedas o puede ser una plataforma móvil de tracción, en algunos casos comprende un grupo de instrumentos y sensores alojados en un depósito trasero o halados en un carro. Con referencia a la Figura 4, una parte importante para un proceso eficiente de refinación o mejora del mapa de suelo del campo 26 es recolectar e integrar los datos pre-existentes de varias fuentes accesibles. Debido a que estos datos están representados en diferentes formatos, con diferentes sistemas de coordenadas, la integración de los datos requiere de un traslado exacto. Una de las funciones de la computadora 32 remota (o en algunos casos, de las computadoras en el vehículo 26 de prueba o el vehículo 30 de soporte de campo) es trasladar todos los datos de diferentes bases de datos (que se encuentran por ejemplo, en instituciones de gobierno o en servidores privados en todo el país) dentro de un sistema de coordenadas del campo. Los polígonos de inspección de suelo USDA se referenciaron originalmente para cada sistema de referencia de coordenadas de cada estado. Por lo tanto, las ubicaciones de polígonos se desplazan durante la integración para tomar en cuenta la transformación de los mapas aéreos originales con los mapas digitales de polígonos geo-referenciados GPS.

Las inspecciones de suelo USDA y otra información de base de datos tiende a ser almacenada en archivos masivos que son molestos para descargar en forma repetida en el campo. Por lo tanto, se prefiere que el límite de campo sea empleado para obtener la información de la base de datos disponible solamente para la porción correspondiente al campo en cuestión, antes de transferir los datos al operador de campo. Esta medida de "pegar y enviar" requiere involucrar una instalación de coordinación remota con suficientes recursos de computación para llevar a cabo tal obtención en forma remota o una interfaz de base de datos que permita las limitaciones exactas en la solicitud de transferencia. De cualquier forma, esta medida permite transferir grandes cantidades de datos, algunos en forma de imágenes, al campo. En una aplicación ejemplificativa, el operador de campo en el vehículo 16 de prueba transmite el límite de campo y la información de datos necesarios a la instalación 32 de computadora remota, la cual recolecta los datos ya descargados de varios servidores de red para el área general e integra los datos con referencia al sistema de coordenadas específico para el campo, y después envía el paquete 35 de datos integrados al operador de campo en minutos o mientras el operador está ocupado en ajustar el equipo de adquisición de datos para un primer intento. En el proceso ilustrado, la instalación de procesamiento central recibe los datos pre-existentes, como los mapas de polígonos de suelo USDA y los modelos digitales de elevación, desde varias fuentes 37, cambia 39 las referencias de coordenadas necesarias para permitir la sobreposición, reúne la porción de los archivos de datos preexistentes correspondientes al área de prueba y sobrepone todos los archivos de datos pre-existentes, procesados para crear una única base de datos 35 limitada solamente para mostrar la información necesaria para ese proyecto. Para facilitar la comprensión, solamente se muestran dos proveedores remotos de datos, pero un proyecto determinado puede requerir la integración de más fuentes de información específica del sitio, como mapas de rendimiento, ortofotografías, límites de línea, mapas de utilidad enterrados, modelos de terreno agrícola, etc. Este proceso puede reducir mucho el tiempo de planeación adelantada para iniciar las pruebas, ya que el operador puede proceder al campo, conocer el campo para establecer un límite digital, y solicitar en forma electrónica la compilación y transferencia de un paquete de datos relevante para esta ubicación. Por el contrario, las medidas anteriores requerían de un plan de muestro hecho con varios días de anticipación cuando se utilizaban capas de información digital, de modo que los datos de otras bases de datos pudieran ser obtenidos e integrados. Los tipos de datos a ser integrados de preferencia, se seleccionan en respuesta a una indicación del tipo de inspección a ser conducida, lo cual reduce el nivel de capacitación y conocimiento científico necesarios para los operadores en campo, particularmente cuando se emplea una instalación de análisis remoto de datos. En un método de adquisición de datos de campo, el operador de campo en el vehículo 16 de prueba procederá a recolectar los datos de la sub-superficie ¡n situ en las ubicaciones seleccionadas dentro de cada unidad de mapa de suelo identificada dentro del paquete de datos integrados contenido en los polígonos USDA-NRCS. Un despliegue 50 a bordo del mapa de polígono USDA-NRCS del campo (Figura 5) se puede actualizar continuamente con un icono 51 que despliega la ubicación exacta del vehículo 16 de prueba, como una ayuda para el posicionamiento del vehículo para la recolección de datos. Las ubicaciones 44 iniciales de prueba para cada unidad 14 de mapa de suelo también se muestran, en el despliegue. Para la manipulación de datos 3-D, se generan automáticamente tres ubicaciones 44 iniciales de prueba para cada unidad de mapa de suelo. La posición sugerida de cada ubicación 44 inicial de prueba se establece geométricamente para distribuir el área general de la unidad de mapa de suelo, modificada según sea necesario para proporcionar una distancia razonable entre las ubicaciones 44 de prueba iniciales de las unidades de mapa de suelo vecinas. Cuando se desee, el operador en campo tiene autoridad para mover cualquier ubicación inicial de prueba, al "hacer clic y arrastrar" el icono 44 de ubicación con un dispositivo de control de cursor, debido a la accesibilidad en campo, variaciones del terreno o consideraciones subjetivas. En general, los datos deben recolectarse en las tres ubicaciones 44 iniciales de prueba para una unidad 14 de mapa de suelo antes de moverse a otra unidad de mapa de suelo. La Figura 6 muestra las propiedades de suelo derivadas y adquiridas representativas sobre las distribuciones de profundidad relevantes a través de una capa de suelo en cada una de las tres ubicaciones iniciales 44a, 44b y 44c de prueba en una unidad de mapa de suelo, junto con la textura del suelo y los datos 53 de color derivados directamente del horizonte de suelo representativo y la información del contenido incluida dentro de la inspección de suelo USDA-NRCS para las series correspondientes a la unidad de mapa de suelo. Con propósitos de ilustración, estos datos de referencia corresponden a la información de registro USDA-NRCS de serie Drummer antes reproducidos. Los datos mostrados en esta Figura también pueden representarse,gráficamente como registros que cualquier propiedad particular como una función de profundidad. Como se puede observar en este caso, cada prueba coincide con el registro representativo USDA-NRCS con respecto a la existencia de una capa de tierra labrantía/cieno y una capa de tierra labrantía/arena dentro de esta profundidad general, pero indica que la profundidad real de la transición entre estas capas varía por 1.11 m en el punto 44a y 1.47 m en el punto 44b. La variación se puede visualizar mejor en la sección transversal de la sub-superficie comprimida en forma lateral de la Figura 7. Los límites 54 pronosticados entre las capas de suelo pronosticados por los datos de referencia USDA-NRCS solamente se pueden representar como líneas horizontales paralelas ya que la unidad de mapa de suelo completa se caracteriza por un solo registro representativo. La ubicación real del límite 56 entre los horizontes E y F, pronosticados por los datos pre-existentes para estar a una profundidad promedio de 1.25 m, se muestra variando a través de la unidad de mapa de suelo. Esta variación es importante en este ejemplo agrícola, ya que este límite de capa establece un delineado muy marcado entre la capa de cieno orgánicamente rica, con contenido de humedad y la capa arenosa, seca de abajo. Dada esta variación en profundidad para una característica importante, se pueden requerir otras pruebas antes de alcanzar un nivel aceptable de confiabilidad en la ubicación determinada de esta ubicación. Cuando la corroboración entre las características de suelo determinadas en cada una de estas tres ubicaciones de recolección de datos exceda un umbral de confiabilidad necesario, el algoritmo de prueba puede sugerir moverse a la siguiente unidad de mapa de suelo y creará un modelo 3-D preliminar entre estas capas a través de la unidad de mapa de suelo. Sin restricciones en los bordes impuestas por las unidades de mapa de suelo vecinas, el modelo será plano con solamente tres puntos de datos. Sin embargo, conforme los datos se recolectan en estos puntos en las unidades de mapa de suelo vecinas, el modelo será ajustado con una curvatura de alto orden, como a través de los métodos Kringing tridimensionales puntual, para coincidir mejor con los datos conocidos y aumentará el nivel de confiabilidad conforme disminuye la tasa de error del procedimiento de cálculo Kringing. Cuando existe una correlación baja de datos de suelo entre las tres ubicaciones de prueba iniciales (por ejemplo, cuando la variación en el cálculo Kringing está sobre un nivel aceptable) el algoritmo recomendará una cuarta ubicación inicial de prueba antes de moverse a otras unidades de mapa de suelo. Se pueden emplear los algoritmos de rutina de muestreo conocidos para determinar una ubicación geo-estadísticamente eficiente para cada punto 44 de recolección de datos sucesiva. Las ponderaciones óptimas Kringing, aquéllas que producen una variación mínima en el cálculo se obtienen al resolver un grupo de ecuaciones simultáneas como es conocido en la técnica. La ubicación sugerida de la cuarta ubicación de prueba será determinada en forma matemática, con base en las ubicaciones de las tres primeras ubicaciones de prueba y el grado de variación entre cada combinación de dos de las tres primeras ubicaciones de prueba. Se obtiene mayor conf labilidad con respecto a los mapas fotográficos de los límites de capas. Una aproximación 58 suave, representativa de la ubicación del límite 56 real generado a través del método Kringing tri-dimensional con suficientes puntos de datos, se muestra en las líneas punteadas para ¡lustrar una mejora sustancial en la exactitud derivada de esta técnica, la cual construye a partir de los datos iniciales de referencia USDA-NRCS. Con propósitos de ilustración, en esta vista se omiten las ubicaciones reales de otros límites de capas de suelo. En una medida preferida, el número de ubicaciones iniciales de prueba establecido por el algoritmo, es una función de un porcentaje de inclusión de la unidad de mapa de suelo (SMU) (un cálculo de no homogeneidad) establecido por USDA. Por ejemplo, solamente se sugieren tres pruebas iniciales cuando el porcentaje de inclusión se registra menor a 10. Un porcentaje de inclusión entre 10 y 20 promoverá cuatro ubicaciones de prueba iniciales, con cinco ubicaciones iniciales de prueba para 20-30, seis para 30-40, y siete para un porcentaje de inclusión superior a 40. Con el ejemplo anterior, se pueden requerir ubicaciones de prueba adicionales como una función de la correlación de datos durante la prueba. Como se puede observar a partir de los datos representativos de la Figura 6, no solamente se miden los datos de color de suelo producidos y los datos de textura de suelo derivados en el campo para la comparación directa con los datos de registro de suelo representativos de USDA-NRCS, sino que también se miden o derivan la densidad, temperatura, humedad, contenido de materia orgánica. Como será esperado, tanto la humedad como el contenido de materia orgánica (O.M.) disminuyen en forma importante en la capa de tierra labrantía/ arena, cuyo inicio se indica por el cambio en el color y densidad del suelo. De este modo, el algoritmo a bordo o el servicio de procesamiento remoto de datos no solamente proporcionan ahora un buen modelo tri-dimensional de los límites de capa de suelo, sino que también proporcionan información con respecto a la capacidad del suelo para retener o aceptar agua o fertilizantes, lo cual permite una aplicación muy precisa para cada uso agrícola y otros usos, tal como una planeación exacta de cosecha y plantación. Los productos de programas de computación apropiados para llevar a cabo un análisis gráfico y geoestadístico de los datos de sub-superficie incluyen EnviroStats, disponible de Scientific Software Group de Washington, D.C. En otro escenario de mapas fotográficos, una vez que se define el límite 28 de campo, el vehículo de prueba empieza a atravesar el campo en un patrón predeterminado como se muestra por las flechas en la Figura 8, con el fin de obtener un Modelo Digital de Elevación (DEM) de alta resolución. El DEM se crea al obtener la posición del terreno y la elevación como mediciones GPS discontinuas conforme el vehículo se mueve a través del campo 26. El DEM se compara con un macro DEM del Servicio Geográfico de Estados Unidos (ESGS) incluido en el paquete de datos descargado, con cualquier confirmación de promoción de variaciones. Además, el vehículo de prueba lleva sensores que detectan en forma no invasiva cambios en las propiedades del suelo conforme el vehículo de prueba se mueve a través del campo, tal como un radar de penetración de suelo o un radar electromagnético. Estos sensores no invasivos, con frecuencia detectan cambios más detallados en las propiedades del suelo que los delineados en los mapas de inspección de suelo típicos de USDA-NRCS, lo que permite una derivación en tiempo real de zonas 40 de suelo más exactas con su propio juego de límites 42, dentro de una unidad 14 de mapa de suelo determinada e incluso extendidas más allá de los límites 12 de la unidad de mapa de suelo. Este proceso puede avanzar u ocurrir durante la adquisición remota e integración de los datos pre-existentes antes descritos. Las ubicaciones iniciales de prueba pueden establecerse, entonces, en cada zona 40 de suelo, mejor que en cada unidad de mapa de suelo USDA-NRCS, como se describe antes. Sin embargo, el establecimiento de zonas 40 de suelo como resultado de pruebas no intrusivas, amplias puede permitir la selección de solamente una ubicación 44 de prueba intrusiva por zona 40 de suelo, como se muestra en la Figura 9, para muchas aplicaciones, con una confiabilidad razonable que los datos de esta ubicación de prueba serán lo suficientemente representativos de la zona de suelo completa. El DEM exacto permite una transposición adecuada de las referencias de profundidad de datos de sub-superficie en un plano de referencia común, de modo que se pueden generar modelos de sub-superficie completamente tri-dimensionales y se pueden seccionar para ser vistos. Para algunas aplicaciones, un DEM burdo, disponible de USGS puede ser suficiente para este propósito, pero para muchas aplicaciones, será deseable una referencia de profundidad más exacta. En la mayoría de los casos, será suficiente una simple referencia del índice de profundidad de cada registro de sub-superficie para una medición de elevación GPS tomada en la ubicación de prueba respectiva. Existe una variedad de sensores invasivos que se pueden introducir a través de las capas superiores de suelo con una plataforma de empuje de peso relativamente ligero sin provocar daños en las capas superiores de suelo sensibles. Los penetrómetros de cono regulares, de aproximadamente 38 a 50 mm) de diámetro, serán útiles para estas aplicaciones, mientras se obtienen mediciones geotécnicas regulares de fuerza de punta y de fricción de manguito, pero muchos de los sensores han sido miniaturizados para ajustarse dentro de una sonda más pequeña, como de aproximadamente 2.54 cm de diámetro o más pequeños. Estos sensores pueden incluir, entre otros, una fuente miniatura de luz y un receptor que operan juntos como una cámara de video para proporcionar imágenes digitales del suelo que rodea a la sonda conforme se introduce a una velocidad constante de 0.5 cm por segundo. Las imágenes digitales pueden ser particularmente útiles para una evaluación subjetiva por geólogos experimentados a miles de kilómetros del sitio de prueba, incluso antes de que la sonda se retire de la tierra. También, se recomienda tomar un video completo in situ en cada zona crítica de manejo al final de la secuencia de mapas fotográficos, para una futura referencia. Tales registros pueden eventualmente, ser catalogados y quedar abiertos al público a través de NRCS, por ejemplo. La cámara y los servicios de video in situ están disponibles a la venta de Earth Information Technologies of Madison, Wisconsin, entre otros. Cuando hay más de un vehículo 16 de prueba en el sitio, el proceso de mapas fotográficos para cada una de las zonas 40 de suelo individuales con sensores penetrometros puede iniciar una vez que los sensores no invasivos y los datos pre-existentes definen los límites 42 de la zona, con la adquisición de datos precedente concurrente en múltiples zonas de suelo dentro del mismo campo. En tales casos, se prefiere tener una actividad concurrente coordinada a partir de un único director de plataforma de prueba, o desde una instalación o vehículo remoto, con datos de diferentes plataformas de adquisición enviados después de cada ubicación de prueba, con el fin de actualizar el modelo general de sub-superficie y determinar la siguiente ubicación de prueba para cada equipo. En otro ejemplo, se toman mapas fotográficos de un sitio de 0.4 kilómetros cuadrados para analizar el punto de tierra húmeda antes de iniciar la construcción de un centro comercial. El Army Corps de Ingenieros en la actualidad, para catalogar una ubicación como tierra húmeda, que contenga suelo hídrico. Las propiedades de suelo que son relevantes para un suelo hídrico son; profundidad al agua, permeabilidad, profundidad de capa de tierras, color del suelo, estructura del suelo, textura del suelo y características redoximórficas. Un vehículo de prueba se moviliza hacia el sitio e inmediatamente empieza a delinear los límites del sitio al atravesar su periferia. Además, otras características importantes del sitio (por ejemplo, árboles, rocas, lagos, zonas fronterizas, concreto) también tienen sus límites delineados. Durante el proceso de mapas fotográficos de los límites, se envía una solicitud por el sistema de adquisición de datos del campo a una base de datos a bordo o a un servidor de datos a través de un enlace de telecomunicaciones, la cual solicita toda la información pertinente disponible (mapas de suelo, DEM, fotografías aéreas, imágenes de satélite, datos de prueba de suelo o agua, y otros mapas y características) para ese sitio. Una vez que todos los datos relevantes se recopilan y se definen los límites, las porciones de los datos recopilados que son específicamente relevantes para limitar el sitio se pegan de los datos recopilados. Cuando el pegado de datos se lleva a cabo en una ubicación remota o de alguna otra forma lejos del vehículo de campo de prueba, entonces los datos se envían a un sistema de adquisición de datos de campo. Una vez que se adquieren los datos relevantes y específicos para el sitio, el vehículo de prueba se acciona en forma robótica o manual a través del sitio para obtener datos de posición de alta resolución así como un análisis de las zonas de suelo definidas entre las ubicaciones en donde ocurren cambios importantes en las propiedades de la sub-superficie (es decir, en los límites de la zona). Durante o después del proceso de "pegar y enviar", el sistema de adquisición de datos de campo combina el DEM en tiempo real y los datos de suelo recolectados con los datos previamente disponibles para crear un mapa, en el cual se ilustran las zonas específicas. El usuario toma una decisión en términos de las especies del sitio así como del uso propuesto para el suelo recién creado y se realiza un mapa topográfico. Los algoritmos de muestreo estadístico y/o geométrico se aplican al mapa recién creado para determinar la ubicación más efectiva para la recolección de puntos de muestra o las pruebas del sensor. Por ejemplo, cuando se definen seis zonas únicas, entonces se pueden etiquetar tres ubicaciones dentro de cada una, todas ellas equidistantes y separadas con la mayor área posible de zona de suelo circundante. Estas ubicaciones de etiqueta digital se investigan a través de unas pruebas de muestreo y/o de sensor. El vehículo de prueba se mueve a cada ubicación etiquetada, en donde obtiene datos de la sub-superficie a una profundidad de dos metros. Cada perfil de punto de las propiedades de suelo relevantes para la delimitación de tierra húmeda se toma y se compara con otras pruebas conducidas en la zona de suelo, así como con las propiedades de suelo pronosticadas de las pruebas de sensor no invasivo y cualquier datos pre-existente para el sitio. Las tolerancias de variación se pueden ajusfar por el usuario o se pueden determinar estadísticamente con respecto a la necesidad de tomar muestras adicionales o puntos de prueba dentro de la zona de suelo particular. Una vez que se determinan las propiedades del suelo para la zona específica, así como de las zonas adyacentes, se crea un mapa topográfico y de suelo tri-dimensional para cada una de las propiedades de suelo calculada específicamente. Una vez que se establece cada zona, se recolecta un registro de video digital de suelo para cada una con un penetrómetro de imágenes. Estas imágenes pueden enviarse fuera del sitio a través de un enlace de telecomunicaciones para su visualización o procesamiento y/o almacenamiento. El mapa digital de topografía y de suelo se exportan al usuario. Con referencia otra vez a la Figura 7, para otra aplicación que no requiere de la delineación de límites de capa de suelo, sino que solamente requiere una determinación exacta de las propiedades de suelo dentro las capas de suelo conocidas, el vehículo de prueba se coloca en una ubicación 62 central dentro de la unidad de mapa de suelo y el operador de prueba procede a tomar muestras de suelo y/o los datos de propiedad de suelo en ubicaciones 64 discontinuas seleccionadas para encontrarse generalmente en el punto medio de cada capa de suelo identificada por la descripción de serie de suelo USDA-NRCS o en otros análisis pre-existentes. Esta medida permite un análisis muy rápido en sitio, sacrificando un poco de exactitud. Por ejemplo, como se puede observar de la ubicación de la ubicación 64 de prueba más inferior, la variación en la profundidad de los estratos de suelo a través de la zona puede dar como resultado que alguna muestra carezca de su capa propuesta. Sin embargo, para muchas aplicaciones, y en sitios que tienen espesores de capa muy gruesos, tal medida puede proporcionar información más necesaria para complementarse con los datos pre-existentes. Por ejemplo, a partir de una inspección de USDA-NRCS disponible, se puede conocer que los tres tipos de suelo específicos se pronostican para existir en el sitio, con una relevancia de una proporción variable particular de la aplicación de fertilizante de Nitrógeno, separados generalmente por límites a 20 y 120 cm. Se puede conocer que estos dos tipos de suelo difieren mucho en textura y color. En esta aplicación puede ser necesario solamente, y económicamente mucho más eficiente, solamente caracterizar estas dos propiedades, y solamente en un punto por capa de suelo pronosticada en cada unidad de mapa de suelo. La posición de superficie del terreno de la ubicación de prueba puede seleccionarse cerca de una región central de la unidad de mapa de suelo, o con el uso de metodologías como cuando se requiere una resolución vertical más alta. Una vez que se determina la ubicación de medición, puede ser necesario solamente determinar el color y la textura a una profundidad seleccionada dentro de cada capa. Las profundidades de recolección de datos están predeterminadas, tal como a un punto medio de cada capa esperada, pero solamente con los datos registrados a dos profundidades. En otro escenario, en donde las profundidades de límite son de menos importancia, solamente se registran para análisis la ubicación determinada real de las profundidades de límite de capa y un único punto o datos de propiedad promedio dentro de cada capa. Tal información limitada es suficiente para algunas medidas de modelado que suponen propiedades homogéneas de capa. Dados los métodos antes descritos, se puede desarrollar una biblioteca digital de datos SMU y se puede actualizar continuamente con información adicional disponible de proveedores de servicio reconocidos. La base de datos inicial incluirá un perfil digital representativo para cada serie de suelo USDA-NRCS, incluyendo una firma sensorial digital asociada. Los perfiles de base de datos de firmas, de preferencia, se recolectan por lo menos dos veces bajo diferentes condiciones (por ejemplo, diferente humedad y temperatura) con el mismo tipo de sensores, lo cual permite la creación de curvas de calibración y la transferencia de resultados recolectados con el uso de diferentes herramientas por diferentes operadores. Cuando más tarde se delinea un límite de campo, se descarga una lista de firmas potenciales para el procedimiento de mapas fotográficos según se determina por las designaciones SMU en el área de la inspección de suelo USDA-NRCS asociada con el campo. También se pueden utilizar otras firmas que ocurren en forma local para el procedimiento de mapas fotográficos. Cada vez que se lleva a cabo una prueba por el vehículo de prueba, se registra la posición del terreno. En la conclusión de la prueba, las coordenadas se utilizan para determinar los datos SMU que fueron recolectados. La firma para la ubicación de prueba se compara con la biblioteca SMU digital. En la mayoría de los casos, la firma recién adquirida no coincidirá exactamente con la firma de la biblioteca. Por lo tanto, se pueden emplear métodos confusos lógicos para determinar la firma SMU que sea más parecida a la firma recién adquirida. Este tipo de clasificación algunas veces es llamada como mapa "confuso" y con frecuencia es representativa de los terrenos naturales y puede ayudar a definir mejor los límites entre los tipos de suelo. Se han descrito varias modalidades de la invención. Sin embargo, se debe entender que se pueden llevar a cabo varias modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. De conformidad con ello, otras modalidades se encuentran dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (39)

REIVINDICACIONES

1. Un método para caracterizar condiciones sub-superf iciales en una región (14) geográfica determinada, previamente asociada como un conjunto con un perfil de referencia característico del material de la sub-superficie, el método está caracterizado porque comprende: desplegar una herramienta (18, 20) detectora en una posición (44a) seleccionada dentro de la región (14) geográfica, la herramienta está construida para responder a un atributo del material de sub-superficie seleccionado; y determinar a partir de la señal recibida desde la herramienta (18, 20) desplegada, una característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad en la posición seleccionada comparar la característica de material de sub-superficie determinado con el perfil de referencia característica del material de sub-superficie asociado con la región geográfica para determinar una correlación entre el perfil de referencia de característica del material de sub-superficie y la característica de material de sub-superficie referenciado a profundidad como se determina de la señal recibida de la herramienta (18, 20) desplegada; y después decidir si desplegar la herramienta (18, 20) en otra posición (44b) dentro de la región geográfica al considerar la correlación determinada por la posición (44a) seleccionada.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la región geográfica (14) corresponde a un área limitada de un terreno de tales áreas limitadas en un mapa, cada área limitada tiene un perfil de referencia de características del material de sub-superficie asociado.

3. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende un registro digital de una propiedad del suelo como una función de la profundidad.

4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la comparación de la característica del material de sub-superficie determinado con el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie asociado con la región geográfica (14) incluye comparar la profundidad límite de una capa de suelo, según se determina del registro de propiedad del suelo, con una profundidad límite (54) de capa de referencia según determinada del perfil de característica de referencia del material de sub-superficie.

5. El método de conformidad con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizado porque el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie comprende un registro digital de perfil de referencia que contiene por lo menos 10 puntos de datos referenciados a profundidad, la correlación comprende un valor numérico computado indicativo del grado de similitud entre el registro de propiedad del suelo y el registro del perfil de referencia digital.

6. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la comparación de la característica del material de sub-superficie determinado con el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie asociado con la región geográfica incluye comparar la textura del suelo a una profundidad seleccionada, según se determina de la característica del material de sub-superficie determinada, con una textura de referencia según se determina del perfil de característica de referencia del material de sub-superficie.

7. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el despliegue de la herramienta incluye penetrar el suelo con la herramienta (18) a una profundidad de por lo menos 15 cm, de preferencia, por lo menos 60 cm.

8. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende geo-referenciar la posición (44a) seleccionada con un sistema de coordenadas con un sistema (24) de posicionamiento global.

9. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende un registro de datos tomado a múltiples profundidades en la posición (44a) seleccionada.

10. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la herramienta (18) responde a la luz reflejada de un material in situ de sub-superficie-adyacente, y en donde la determinación de la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad de preferencia, incluye generar una imagen rastreada, referenciada a profundidad del material de sub-superficie.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende recolectar y procesar en forma digital una serie de imágenes de los materiales de sub-superficie adyacente conforme al herramienta (18) es forzada a través de los materiales de sub-superficie.

12. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende: atravesar la región geográfica (14) mientras se obtiene la posición de terreno y las mediciones de la elevación; combinar la posición y las mediciones de elevación para formar un modelo de elevación digital; ajustar una referencia de profundidad de la característica del material de sub-superficie determinado en cada una de las ubicaciones (44) de prueba de conformidad con el modelo de elevación digital; y después combinar las características del material de sub-superficie ajustadas, referenciadas a profundidad para formar un modelo de sub-superficie tri-dimensional de la característica del material.

13. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende múltiples puntos discontinuos de datos obtenidos a las profundidades seleccionadas en la posición (44a) determinada.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque las profundidades seleccionadas pueden elegirse para corresponder a las capas de suelo identificadas en el perfil de referencia de característica del material de sub-superficie asociado con la región geográfica (14).

15. El método de conformidad con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, caracterizado porque los puntos discontinuos de datos están separados en elevación de conformidad con el espesor de la capa de suelo incluido en el perfil de referencia de característica del material de sub-superficie.

16. Un método para caracterizar las condiciones de sub-superficie en una región geográfica (14) seleccionada previamente asociada como un conjunto con un perfil de referencia de característica de suelo de sub-superficie específico, el método está caracterizado porque comprende: desplegar la herramienta (18, 20) en la posición (44a) seleccionada dentro de la región geográfica (14); determinar, a partir de la señal recibida de la herramienta desplegada, una característica de suelo referenciada a profundidad en la posición seleccionada; comparar la característica de suelo referenciada a profundidad con el perfil de característica de suelo de sub-superficie asociado con la región geográfica para determinar una correlación entre el perfil de referencia de característica de suelo y la característica de suelo referenciada a profundidad según determinada por la señal recibida de la herramienta (18, 20) desplegada; y seleccionar una siguiente ubicación (44b) de despliegue dentro de la región geográfica (14) seleccionada con base en la correlación determinada.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende: desplegar una herramienta (18) de sub-superficie en la siguiente ubicación (44b) de despliegue de la herramienta; determinar, a partir de la señal recibida de la herramienta de sub-superficie desplegada, una segunda característica de suelo referenciada a profundidad; comparar la segunda característica de suelo referenciada a profundidad con el perfil de característica de suelo de sub-superficie asociado con la región geográfica para determinar otra correlación entre el perfil de referencia de característica de suelo y la segunda característica de suelo referenciada a profundidad; y seleccionar una tercera ubicación (44c) de despliegue de la herramienta dentro de la región geográfica seleccionada con base en las correlaciones determinadas.

18. El método de conformidad con la reivindicación 16 o la reivindicación 17, caracterizado porque la región geográfica (14) corresponde a un área limitada de un terreno de tales áreas limitadas en un mapa, cada área limitada tiene un perfil de referencia de características del material de sub-superficie asociado.

19. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a la 18, caracterizado porque la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende un registro digital de una propiedad del suelo como una función de la profundidad.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la comparación de la característica del material de sub-superficie determinado con el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie asociado con la región geográfica incluye comparar la profundidad límite de una capa de suelo, según se determina del registro de propiedad del suelo, con una profundidad límite de capa de referencia según determinada del perfil de característica de referencia del material de sub-superficie.

21. El método de conformidad con la reivindicación 19 o la reivindicación 20, caracterizado porque el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie comprende un registro digital de perfil de referencia que contiene por lo menos 10 puntos de datos referenciados a profundidad, la correlación comprende un valor numérico computado indicativo del grado de similitud entre el registro de propiedad del suelo y el registro del perfil de referencia digital.

22. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a la 21, caracterizado porque la herramienta (18, 20) detectora de atributos del suelo se despliega en por lo menos tres posiciones iniciales dentro de la región geográfica (14) para determinar una característica de suelo referenciada a profundidad en cada una de las posiciones iniciales y en donde el paso de comparar incluye comparar las características de suelo determinadas entonces se comparan entre sí y con el perfil de referencia de característica de suelo de sub-superficie asociado con esa región geográfica para determinar una correlación entre las características de suelo referenciado a profundidad en las posiciones iniciales y entre las características de suelo referenciado a profundidad y el perfil de referencia de característica del sueio.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, la siguiente ubicación (44) de despliegue dentro de la región geográfica (14) determinada se selecciona con base en la correlación entre las características de suelo referenciado a profundidad en las posiciones iniciales.

24. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a la 23, caracterizado porque incluye generar un modelo tri-dimensional de la característica de suelo a partir de las características de suelo referenciadas a profundidad obtenidas en posiciones (44) múltiples dentro de la región geográfica (14).

25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque incluye actualizar el modelo tri-dimensional conforme se generan datos en las ubicaciones (44) adicionales dentro de la región geográfica (14).

26. El método de conformidad con la reivindicación 24 o la reivindicación 25, caracterizado porque el modelo tri-dimensional se crea en forma digital con el uso de técnicas puntuales de cálculo Kriging.

27. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a la 26, caracterizado porque la comparación de la característica del material de sub-superficie determinado con el perfil de característica de referencia del material de sub-superficie asociado con la región geográfica (14) incluye comparar la textura del suelo a una profundidad seleccionada, según se determina de la característica del material de sub-superficie determinada, con una textura de referencia según se determina del perfil de característica de referencia del material de sub-superficie.

28. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a la 27, caracterizado porque el despliegue de la herramienta (18) incluye penetrar el suelo con la herramienta a una profundidad de por lo menos 15 cm, de preferencia, por lo menos 60 cm.

29. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a la 28, caracterizado porque la característica de material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende un registro de datos tomado a múltiples profundidades en la posición seleccionada (44).

30. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a la 29, caracterizado porque además comprende: atravesar la región geográfica (14) mientras se obtiene la posición de terreno y las mediciones de la elevación; combinar la posición y las mediciones de elevación para formar un modelo de elevación digital; ajusfar una referencia de profundidad de la característica del material de sub-superficie determinado en cada una de las ubicaciones (44) de prueba de conformidad con el modelo de elevación digital; y después combinar las características del material de sub-superficie ajustadas, referenciadas a profundidad para formar un modelo de sub-superficie tri-dímensíonal de la característica del material.

31. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 16 a la 30, caracterizado porque la característica del material de sub-superficie referenciado a profundidad comprende múltiples puntos discontinuos de datos obtenidos a las profundidades (64) seleccionadas en la posición (44) determinada.

32. El método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque las profundidades (64) seleccionadas pueden elegirse para corresponder a las capas de suelo identificadas en el perfil de referencia de característica del material de sub-superficie asociado con la región geográfica.

33. El método de conformidad con la reivindicación 31 o la reivindicación 32, caracterizado porque los puntos discontinuos de datos están separados en elevación de conformidad con el espesor de la capa de suelo incluido en el perfil de referencia de característica del material de sub-superficie.

34. Un método para caracterizar las condiciones de sub-superficie en una región geográfica seleccionada previamente analizada para identificar zonas discontinuas dentro de la región que corresponden a las series de suelo de referencia que tienen una descripción asociada de las capas de suelo correspondiente a las series de suelo y propiedades de suelo comunes para cada capa, el método está caracterizado porque comprende: seleccionar una posición (44) de prueba en cada zona (40) identificada; desplegar una herramienta (18, 20) de detección en la posición (44) seleccionada dentro de la región geográfica; la herramienta está construida para responder a un atributo de material de sub-superficie seleccionado; y determinar, a partir de la señal recibida de la herramienta desplegada (18, 20), una característica del material de sub-superficie a múltiples profundidades (64) separadas, correspondientes a las posiciones de capas descritas en la descripción de serie de suelo de referencia.

35. El método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque comprende comparar la característica del material de sub-superficie determinada con las propiedades de capa de suelo enlistadas en la descripción de serie de suelos de referencia.

36. Un método para caracterizar las propiedades de la sub-superficie de un campo (26), el método está caracterizado porque comprende: mover una plataforma (16) de prueba hacia el campo, la plataforma de prueba tiene un pisón de despliegue de herramienta para introducir una sonda (17) en el suelo superior del campo en ubicaciones (44) determinadas, mientras se reciben señales de regreso desde la sonda, las cuales indican las características del material de sub-superf icie; mover la plataforma (16) de prueba a múltiples puntos a lo largo del límite (28) del campo para definir un perímetro de campo; conectar la plataforma (16) de prueba con un servidor (32) de red remoto sobre un enlace (34) de datos inalámbrico; cargar la solicitud de datos de segmento de mapa de referencia desde la plataforma de prueba para el servidor (32) de red remoto; la solicitud incluye una representación del perímetro de campo definido; recibir un paquete (35) de datos de segmento de mapa de referencia desde el servidor (32) de red remoto sobre el enlace (34) inalámbrico de datos; el paquete de datos incluye una porción segmentada de una base de datos de mapa de referencia que cubre el área geográfica que contiene el campo (26), la porción segmentada que está en el límite y ubicación seleccionados en el servidor (32) de red remoto en respuesta a la solicitud de datos de segmento de mapa cargada desde la plataforma (16) de prueba; introducir la sonda (17) en la capa superior de suelo en una primera ubicación (44) seleccionada dentro del campo; registrar los datos de característica de material de sub-superficie recibidos de la sonda introducida; y evaluar los datos de característica de material registrados al comparar los datos de característica del material de sub-superficie registrados con los datos del paquete de datos de segmento del mapa de referencia.

37. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque la solicitud de datos de segmento del mapa de referencia también incluye una indicación del uso propuesto para los datos obtenidos al determinar las propiedades de la sub-superficie.

38. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque el enlace inalámbrico de datos incluye un servidor intermedio dispuesto fuera del campo, en donde el servidor intermedio recibe e interpreta la solicitud de datos de segmento del mapa de referencia; en respuesta, selecciona la solicitud entre los servidores (37) de datos de mapa de red particular; descarga de cada servidor seleccionado una porción segmentada de una base de datos de mapa de referencia asociada; genera un paquete (35) de datos del segmento de mapa de referencia y descarga el paquete de datos de segmento de mapa de referencia para la plataforma (16) de prueba.

39. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 36 a la 38, caracterizado porque además incluye después de registrar los datos de las características del material de sub-superficie recibidos de la sonda (17) introducida, determinar otra actividad a ser desarrollada dentro del campo (26) como una función de los datos recibidos en la primera ubicación (44) determinada.