RU2141112C1 - Method for proximate estimation of soil condition - Google Patents

Method for proximate estimation of soil condition Download PDF

Info

Publication number
RU2141112C1
RU2141112C1 RU99107810A RU99107810A RU2141112C1 RU 2141112 C1 RU2141112 C1 RU 2141112C1 RU 99107810 A RU99107810 A RU 99107810A RU 99107810 A RU99107810 A RU 99107810A RU 2141112 C1 RU2141112 C1 RU 2141112C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
octave
soil
spectral
amplitudes
measurement results
Prior art date
Application number
RU99107810A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.М. Комаров
В.Ю. Татур
Я.Р. Васильков
В.И. Шевеленко
Original Assignee
Комаров Владимир Михайлович
Татур Вадим Юрьевич
Васильков Яков Романович
Шевеленко Виктор Иванович
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 Комаров Владимир Михайлович, Татур Вадим Юрьевич, Васильков Яков Романович, Шевеленко Виктор Иванович filed Critical Комаров Владимир Михайлович
Priority to RU99107810A priority Critical patent/RU2141112C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2141112C1 publication Critical patent/RU2141112C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

FIELD: soil science; estimating components of biologic activity of soil and monitoring its condition. SUBSTANCE: method involves random measurements of natural variations in soil condition showing its biologic activity and processing of measurement results in spectral region followed by their interpretation with respect to distribution of spectral amplitude clusters. In processing measurement results, entire spectral region is sequentially divided into octaves in direction of frequency reduction, amplitudes of spectral components of each octave are rated by scale factor 2l, where l is octave number, and octave spectrum table is compiled in which values of respective amplitudes fi of all spectrums of octaves are summed up for desired frequencies
Figure 00000003
found from equation fo, where m, n are low numbers of sequence; i = 1, 2, 3 ...; k is number of divisions of each octave;

Description

Изобретение относится к экспресс-диагностике почв и может быть использовано в почвоведении для проведении исследовательских работ, оценки слагаемых биологической активности почвы, а также для мониторинга ее состояния. The invention relates to rapid diagnostics of soils and can be used in soil science for research, evaluation of the components of the biological activity of the soil, as well as for monitoring its condition.

Известен способ интегральной оценки состояния почвы как целостной системы [кн. Тюрюканов Н. В., Тимофеев-Ресовский Н.В. Биосферные раздумья. М.: 1996 г.], заключающийся в регистрации и последующем анализе устойчивого набора колебаний почвы, определяющего ее волновую картину. Целостность определяется способностью почвы (биокосного тела с единством живого и неживого) сохранять себя в пространстве и многократно воспроизводить во времени, которая проявляется рядом взаимодополняющих свойств (биологическая активность, экологическая устойчивость) и сопровождается характерным устойчивым набором колебаний. There is a method of integral assessment of the state of the soil as an integrated system [book. Tyuryukanov N.V., Timofeev-Resovsky N.V. Biosphere reflections. M .: 1996], which consists in the registration and subsequent analysis of a stable set of soil vibrations that determines its wave pattern. Integrity is determined by the ability of the soil (biocosal body with the unity of the living and nonliving) to preserve itself in space and repeatedly reproduce in time, which is manifested by a number of complementary properties (biological activity, environmental sustainability) and is accompanied by a characteristic stable set of vibrations.

Известен также способ системной диагностики почвы (почвенного покрова) [патент РФ N 2105974, кл. G 01 N 33/24,1998 г.], включающий проведение выборочных измерений ее естественных колебаний, отражающих биологическую активность, обработку результатов регистрации в спектральной области с последующей их интерпретацией по распределению кластеров спектральных амплитуд. There is also known a method for systematic diagnosis of soil (soil cover) [RF patent N 2105974, class. G 01 N 33 / 24.1998,], including carrying out selective measurements of its natural vibrations reflecting biological activity, processing the results of registration in the spectral region with their subsequent interpretation according to the distribution of clusters of spectral amplitudes.

Таким способам присущ существенный недостаток, заключающийся в опенке только частных, узкоспециальных отдельных характеристик параметров почвы (почвенного грунта). Отсутствие же способов интегральной, системной оценки в экспресс-режиме не позволяет объективно и достоверно проанализировать состояние целостности почвы как динамической системы с вещественно-полевыми и информационными параметрами. Так, для целостной оценки биологической активности почвы по современным научным данным необходимо одновременно регистрировать динамику следующих ее составляющих: темп образования и разложения гумуса (по состоянию активности соответствующих ферментов), уровень окислительно-восстановительных процессов (изменение активности окислительно-восстановительных ферментов), интенсивность "дыхания" (скорость выделения диоксида углерода из почвы), состояние азотного режима (активность ферментов, участвующих в круговороте азота в почве), состояние фосфорного режима (активность ферментов, участвующих в круговороте фосфора в почве). Such methods have a significant drawback, consisting in the evaluation of only private, highly specialized individual characteristics of soil parameters (soil soil). The absence of integrated, systematic assessment methods in express mode does not allow an objective and reliable analysis of the state of soil integrity as a dynamic system with material-field and information parameters. So, for a holistic assessment of the biological activity of the soil according to modern scientific data, it is necessary to simultaneously register the dynamics of the following components: the rate of formation and decomposition of humus (according to the state of activity of the corresponding enzymes), the level of redox processes (change in the activity of redox enzymes), the intensity of "respiration" "(the rate of release of carbon dioxide from the soil), the state of the nitrogen regime (activity of enzymes involved in the nitrogen cycle in the soil), consisting ue phosphorus mode (activity of enzymes involved in the cycle of phosphorus in the soil).

В известных технических решениях неучет положительных (консонансных) и отрицательных (диссонансных) соотношений между частотами спектров целостной структуры почвы (являющейся результатом ее интегральной, суммарной активности) как динамической системы не позволяет комплексно оценить указанные выше составляющие. Преобладание консонансов (консонанс - это отношение между частотами f1 и f2 как

Figure 00000005
где m и n - малые числа натурального ряда) относительно диссонансов в динамической системе является основополагающим направлением построения совершенных по принципам слияния частей в целое, т. е. целостных, гармоничных систем, к которым относится и почва, как гармоничный симбиоз живого и неживого. Таким образом, по коксонансно-диссонансному отношениям между частотами с учетом их амплитуд в спектральной области характеристик почвы можно судить о степени ее интегральной, целостной биологической активности.In the known technical solutions, the neglect of the positive (consonance) and negative (dissonance) relationships between the frequencies of the spectra of the integral soil structure (resulting from its integral, total activity) as a dynamic system does not allow a comprehensive assessment of the above components. The prevalence of consonances (consonance is the ratio between the frequencies f 1 and f 2 as
Figure 00000005
where m and n are small numbers of the natural series) with respect to dissonances in a dynamic system is the fundamental direction of constructing parts that are perfect by the principles of merging into a whole, i.e., holistic, harmonious systems, which include soil, as a harmonious symbiosis of living and nonliving. Thus, by the coxonance-dissonance relations between the frequencies, taking into account their amplitudes in the spectral region of soil characteristics, one can judge the degree of its integral, holistic biological activity.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и достоверности системно-информационной экспресс-оценки состояния почвы как целостной системы на основе регистрации ее интегральных динамических параметров (например, сверхслабого излучения почвы, ее спонтанной электрической активности, уровня биопотенциалов, потока электромагнитного излучения инфракрасного, температурного частотного диапазона и др.), отражающих проявление ряда форм биологической (биохимической) активности почвы. The technical result of the invention is to increase the accuracy and reliability of the system-information rapid assessment of the state of the soil as an integrated system based on the registration of its integral dynamic parameters (for example, ultra-weak radiation of the soil, its spontaneous electrical activity, the level of biopotentials, the flow of electromagnetic radiation, infrared, temperature frequency range etc.), reflecting the manifestation of a number of forms of biological (biochemical) soil activity.

Такой технический результат достигается тем, что в способе экспресс-оценки состояния целостности почвы, включающем проведение выборочных измерений ее естественных колебаний, отражающих проявление ряда форм биологической активности, обработку результатов регистрации осуществляют в спектральной области с последующей интерпретацией по распределению кластеров спектральных амплитуд. This technical result is achieved by the fact that in the method of rapid assessment of the state of soil integrity, including selective measurements of its natural vibrations, reflecting the manifestation of a number of forms of biological activity, processing of the registration results is carried out in the spectral region with subsequent interpretation of the distribution of clusters of spectral amplitudes.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что при обработке результатов регистрации всю спектральную область разделяют последовательно на октавы в сторону понижения частоты, нормируют амплитуды спектральных компонентов каждой октавы масштабным коэффициентом 2l (l - номер октавы), на основании чего составляют таблицу спектра октав, в которой для определенных частот fi, представленных отношениями

Figure 00000006
(m, n - малые числа натурального ряда; i = 1, 2, 3,..., k - количество делений каждой октавы; f0 - базовая частота), суммируют значения соответствующих амплитуд
Figure 00000007
всех спектров октав, а интерпретацию состояния целостности почвы выполняют согласно величине суммарного показателя C степени ее консонансности
Figure 00000008

Способ реализуется следующей последовательностью шагов:
1. С помощью измерительного преобразователя (датчика) осуществляют регистрацию во времени (запись) уровня сигнала динамического параметра почвы.Distinctive features of the proposed method are that when processing the registration results, the entire spectral region is divided sequentially into octaves in the direction of lowering the frequency, the amplitudes of the spectral components of each octave are normalized by a scale factor of 2 l (l is the octave number), based on which an octave spectrum table is compiled, in which for certain frequencies f i represented by the relations
Figure 00000006
(m, n are small numbers of the natural series; i = 1, 2, 3, ..., k is the number of divisions of each octave; f 0 is the base frequency), summarize the values of the corresponding amplitudes
Figure 00000007
of all octave spectra, and the interpretation of the state of soil integrity is performed according to the value of the total indicator C of the degree of its consonance
Figure 00000008

The method is implemented by the following sequence of steps:
1. Using a measuring transducer (sensor) carry out registration in time (record) the signal level of the dynamic parameter of the soil.

2. Выполняют с помощью Фурье-преобразования переход от временного к спектральному (частотному) представлению сигнала динамического параметра почвы. 2. Using the Fourier transform, the transition from the temporal to the spectral (frequency) representation of the signal of the dynamic parameter of the soil is performed.

3. Спектральную характеристику (частотное представление сигнала динамического параметра) разделяют на октавы в сторону понижения частоты. 3. The spectral characteristic (frequency representation of the dynamic parameter signal) is divided into octaves in the direction of lowering the frequency.

4. Осуществляют нормирование амплитуд спектра, принадлежащих различным октавам, используя масштабный коэффициент 2l (l-номер октавы, N - число октей).4. The spectral amplitudes belonging to different octaves are normalized using a scale factor of 2 l (l-octave number, N - octet number).

5. Суммируют значения всех амплитуд

Figure 00000009
частот fi каждой октавы, представленных отношениями
Figure 00000010
(m, n - малые числа натурального ряда; i = 1, 2, 3,..., k, k ≤ 2000; f0 - базовая (масштабная) частота).5. Summarize the values of all amplitudes
Figure 00000009
frequencies f i of each octave represented by relations
Figure 00000010
(m, n are small numbers of the natural series; i = 1, 2, 3, ..., k, k ≤ 2000; f 0 is the base (scale) frequency).

6. По формуле

Figure 00000011

определяют суммарный показатель C степени консонансности, по величине которого осуществляют системно-информационную оценку состояния целостности почвы.6. According to the formula
Figure 00000011

determine the total indicator C of the degree of consonance, the magnitude of which carry out a system-informational assessment of the state of soil integrity.

Реализация предлагаемого способа позволяет повысить качество, точность и достоверность экспресс-оценки состояния целостности почвы. Implementation of the proposed method improves the quality, accuracy and reliability of the rapid assessment of the state of soil integrity.

Claims (1)

Способ экспресс-оценки состояния целостности почвы, включающий проведение выборочных измерений ее естественных колебаний, отражающих биологическую активность, обработку результатов измерений в спектральной области с последующей их интерпретацией по распределению кластеров спектральных амплитуд, отличающийся тем, что при обработке результатов измерений всю спектральную область разделяют последовательно на октавы в сторону понижения частоты, нормируют амплитуды спектральных компонентов каждой октавы масштабным коэффициентом 2l, где l - номер октавы, и составляют таблицу спектра октав, в которой для определенных частот fi, представленных отношениями
Figure 00000012

где m,n - малые числа натурального ряда;
i = 1,2,3...,k - количество делений каждой октавы;
fo - базовая частота,
суммируют значения соответствующих амплитуд
Figure 00000013
всех спектров октав, а интерпретацию состояния целостности почвы выполняют в соответствии с величиной суммарного показателя С степени ее консонансности
Figure 00000014
The method of rapid assessment of the soil integrity state, including carrying out selective measurements of its natural vibrations that reflect biological activity, processing the measurement results in the spectral region with their subsequent interpretation by the distribution of clusters of spectral amplitudes, characterized in that when processing the measurement results, the entire spectral region is divided sequentially into octave towards underfrequency, normalized amplitudes of the spectral components of each octave scale factor of 2 l, de l - number of octave and octave up range table in which to determine the frequency f i, representing relationships
Figure 00000012

where m, n are small numbers of the natural series;
i = 1,2,3 ..., k is the number of divisions of each octave;
f o - base frequency,
summarize the values of the corresponding amplitudes
Figure 00000013
of all octave spectra, and the interpretation of the state of soil integrity is performed in accordance with the value of the total indicator C of the degree of its consonance
Figure 00000014
RU99107810A 1999-04-22 1999-04-22 Method for proximate estimation of soil condition RU2141112C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99107810A RU2141112C1 (en) 1999-04-22 1999-04-22 Method for proximate estimation of soil condition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99107810A RU2141112C1 (en) 1999-04-22 1999-04-22 Method for proximate estimation of soil condition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2141112C1 true RU2141112C1 (en) 1999-11-10

Family

ID=20218593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99107810A RU2141112C1 (en) 1999-04-22 1999-04-22 Method for proximate estimation of soil condition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2141112C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487349C2 (en) * 2011-10-07 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" Method of determining resource parameters of land plot in implementation of flow land utilisation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487349C2 (en) * 2011-10-07 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" Method of determining resource parameters of land plot in implementation of flow land utilisation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Potts et al. NMR of biofluids and pattern recognition: assessing the impact of NMR parameters on the principal component analysis of urine from rat and mouse
Eke et al. Pitfalls in fractal time series analysis: fMRI BOLD as an exemplary case
JP2003511694A (en) High time resolution impedance spectroscopy
US20200146597A1 (en) Device and method for spectrum analysis and device for blood glucose measurement
US20120007583A1 (en) Method and device for frequency response measurement
CN101300497A (en) Data compression for producing a spectrum trace
Josko et al. Effective simulation of signals for testing ECG analyzer
JP2000131356A (en) Spectrum analysis and indication method of time series data originating from living body
Kaartinen et al. Automated Quantification of Human Brain Metabolites by Artificial Neural Network Analysis from in Vivo Single-Voxel^ 1H NMR Spectra
RU2141112C1 (en) Method for proximate estimation of soil condition
EP1856687A1 (en) Automatic method for measuring a baby's, particularly a newborn's, cry, and related apparatus
WO2004088536A2 (en) Method and system for analysis of compounds
CN101716074B (en) Evoked potential recorder based on time characteristic indicators
Cao et al. Chemical acoustic emissions from gas evolution processes recorded by a piezoelectric transducer
US20040049484A1 (en) Method and apparatus for separating and extracting information on physiological functions
Peterek et al. Global courseware for visualization and processing biosignals
Viti et al. Maximum entropy spectral analysis of 31P NMR signals from human cells
CN115435895A (en) Background noise measuring method based on probability distribution function
Attivissimo et al. A study on nonlinear averagings to perform the characterization of power spectral density estimation algorithms
CN115040091A (en) VMD algorithm-based millimeter wave radar life signal extraction method
CN103040459A (en) Method of high-fidelity filtering for power frequency interferences in multichannel feeble physiological information recording system
CN105640563A (en) Multifunctional medical detecting platform
Minda et al. Accurate frequency estimation using DFT and artificial neural networks
Debbal et al. Time‐frequency analysis of the second cardiac sound in phonocardiogram signals
JP3032916B2 (en) Chemical analysis method