專利名稱：一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及地表參數(shù)測量領域，特別涉及一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
土壤表面粗糙度是表征土壤水文特性和影響土壤性質(zhì)的重要參數(shù)。它與土壤水分滲入速率、地表徑、地表積水以及土壤侵蝕、土壤孔隙率等因素具有相關性。目前測量土壤表面粗糙度的方法主要有刻度板法、探針法、圖像陰影法、立體攝影測量法和激光掃描法?？潭劝宸y量是在土壤中插入一塊標有距離刻度的標牌，人工讀取不同點的土壤高度，通過計算，得到土壤表面粗糙度，該方法精度差、工作效率低。探針法測量，也存在測量精度差、工作效率低的問題。圖像陰影法是基于土壤影像的陰影進行土壤粗糙度分析，屬于非接觸測量，但數(shù)字攝像法僅能獲取2-D圖像信息，影響測量的準確度。立體攝影測量法在測量過程中需要進行較繁瑣的和準確的控制點測量標定，激光掃描法雖然具有相當高的測量精度；但由于比較精密和昂貴，并且部分設備比較笨重，不易于野外搬運。如何提供一種高精度又易于野外操作的土壤表面粗糙度測量裝置，是一個亟待解決的問題。

實用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實用新型提供了一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)，在野外環(huán)境和條件下，通過采用結(jié)構(gòu)光三維測量部件獲得樣方土壤表面各離散點在參考坐標系的位置，然后通過水平基準面板對土壤表面各離散點的位置進行校正，并根據(jù)校正后的數(shù)據(jù)，獲得所測量的土壤表面粗糙度。本實用新型實施例提供一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)，其特征在于，包括支架；水平基準面板，用于覆蓋所述樣方土 ；結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件，位于所述支架上，用于采集所述樣方土上的目標采樣點以及所述水平基準面板上與所述目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息，并將所述樣方土上的目標采樣點以及所述水平基準面板上與所述目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息傳輸?shù)街醒胩幚硌b置；中央處理裝置，與結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件電連接，用于根據(jù)所述樣方土上的目標采樣點以及所述水平基準面板上與所述目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息，對樣方土上的目標采樣點的坐標參數(shù)進行校正，并根據(jù)校正后的樣方土上的目標采樣點的坐標參數(shù)，獲得所測量的土壤表面粗糙度。通過結(jié)構(gòu)光對被測物體進行三維測量，獲取被測物體各離散點的三維位置信息，并通過采集得到調(diào)制后的結(jié)構(gòu)光圖像，對該圖像進行結(jié)構(gòu)光編碼、解碼計算出被測物體表面離散各點在參考坐標系的位置，進而獲得所測量的土壤表面粗糙度，可以實現(xiàn)簡單、快速并且精確地計算出土壤表面的粗糙度。[0012]其中，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件包括依次電連接的結(jié)構(gòu)光投射單元和圖像采集傳感器。通過結(jié)構(gòu)光對被測物體進行三維測量，獲取被測物體各離散點的三維位置信息，并通過采集得到調(diào)制后的結(jié)構(gòu)光圖像，對該圖像進行結(jié)構(gòu)光編碼、解碼計算出被測物體表面離散各點在參考坐標系的位置，進而獲得所測量的土壤表面粗糙度，可以實現(xiàn)簡單、快速并且精確地計算出土壤表面的粗糙度。其中，還包括用于調(diào)整所述結(jié)構(gòu)光投射單元所投射光線方向的指南針羅盤。通過指南針羅盤調(diào)整所述結(jié)構(gòu)光投射單元所投射光線方向，從而使獲得的數(shù)據(jù)便于計算，提高了效率和準確率。其中，還包括用于調(diào)整所述結(jié)構(gòu)光投射單元所投射光線角度的水平儀。通過水平儀調(diào)整所述結(jié)構(gòu)光投射單元所投射光線角度，從而使獲得的數(shù)據(jù)便于計算，提高了效率和準確率。其中，還包括存儲裝置，與所述中央處理裝置相連接，用于存儲所接收的所述樣方土上的目標采樣點以及所述水平基準面板上與所述目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息。便于存儲大量的圖像數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的計算能力。

圖I為本實用新型實施例提供的一種土壤表面粗糙度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施例提供一種土壤表面粗糙度測量系統(tǒng)，下面將結(jié)合附圖，對本實用新型實施例進行詳細描述。參見圖1，包括結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件1，水平儀2，位于結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I面向地表的背面處，用于調(diào)整結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件的結(jié)構(gòu)光投射出射面和圖像采集傳感器面的角度，將結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I的結(jié)構(gòu)光投射出射面和圖像采集傳感器面面向土壤表面，并與水平面相平行，指南針羅盤3，可與水平儀2 —同位于結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I面向地表的背面處，或位于支架4的任一位置處，用于調(diào)整結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件所投射光線的方向。結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I位于支架4上，支架4可為三腳架，用于安裝固定結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件、指南針羅盤、水平儀和可調(diào)的水平基準面板等。該系統(tǒng)還包括為結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件供電的電源5，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I通過電源線6與電源5相連接，電源5可為12V(伏)電源。結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I包括依次電連接的結(jié)構(gòu)光投射單元、圖像采集傳感器和信息傳輸接口，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I的傳輸接口通過數(shù)據(jù)傳輸線與中央處理裝置相連接，或者通過數(shù)據(jù)傳輸線與存儲裝置8相連接，存儲裝置8與中央處理裝置9電連接。該系統(tǒng)還包括水平基準面板10，其是獨立可調(diào)的，用于確定樣方土的基準水平面。在本示例中，可通過結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I通過對樣方土的采樣點以及位于樣方土上的水平基準面板10上與這些采樣點相對應的各個點的坐標參數(shù)，確定出所要測量的樣方土的水平基準面。通過所確定出的水平基準面，對所采集的樣方土的采樣點的坐標參數(shù)進行校正。通過校正后的樣方土的采樣點的坐標參數(shù)，即可獲得所要測量的樣方土的土壤表面粗糙度。在本示例中，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I通過結(jié)構(gòu)光投射單元將結(jié)構(gòu)光投射到所要測量的樣方土上，通過圖像采集傳感器采集結(jié)構(gòu)光投射到所要測量的樣方土上所反射回來的圖像，投射結(jié)構(gòu)光覆蓋面通常是大于樣方面，因此能全覆蓋樣方土表面；圖像采集傳感器通常以多行和多列的形式采集反射的結(jié)構(gòu)光，因此結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件能夠同時采集到樣方土上多個離散目標點的坐標參數(shù)，該坐標參數(shù)是采用結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I預先設定的參考坐標系?？赏ㄟ^水平儀2和/或指南針羅盤3對結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I所投射的結(jié)構(gòu)光的角度和方向進行調(diào)整。在本示例中，通過結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I采集到樣方土上多個目標點的坐標參數(shù)信息后，將水平基準面板10覆蓋所測量的樣方土，通過結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I采集到與樣方土上多個目標點的坐標參數(shù)信息相對應的水平基準面板10上各個點的坐標參數(shù)信息。結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I將所采集的采集到樣方土上多個目標點的坐標參數(shù)以及與樣方土上多個目標點的坐標參數(shù)信息相對應的水平基準面板10上各個點的坐標參數(shù)信息，通過信息傳輸接口傳輸?shù)酱鎯ρb置8中，中央處理裝置9從存儲裝置8中獲取上述坐標參數(shù)信息，對樣方土上多個目標點的坐標參數(shù)進行校正，已獲得所要測量的樣方土上多個目標點的坐標參數(shù)相對于水平基準面板10上各個點的坐標參數(shù)信息。中央處理裝置9根據(jù)所計算出的樣方土上多個目標點相對于水平基準面板10上各個點的坐標參數(shù)信息，獲得所要測量的樣方土的土壤表面高程，具體計算如下首先計算出表面各點的相對水平高程，公式如下Hij = Sij-Dij (I)其中Hij為第i行第j列土表面點的相對高程，Sij為土表面為第i行第j列目標點的高度，Dij為水平面板第i行第j列點的高度。然后計算出各點相對最低點的水平高程Ilij = Hij-Ilmin (2)其中Iiij為第i行第j列土表面點的相對最低點的高程，hmin為土表面內(nèi)最低點高程。一般土壤的粗糙度可由均方根高度和自相關長度來表示，可通過表面各點的相對水平高程或各點相對最低點的水平高程來計算。中央處理裝置9根據(jù)所計算出的樣方土上多個目標點相對于水平基準面板10上各個點的坐標參數(shù)信息，獲得所要測量的樣方土的土壤表面粗糙度。土壤表面高度離均平方根高度計算如下
權(quán)利要求1.一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)，其特征在于，包括 支架； 水平基準面板，用于覆蓋樣方土 ； 結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件，位于所述支架上，用于采集所述樣方土上的目標采樣點以及所述水平基準面板上與所述目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息，并傳輸?shù)街醒胩幚硌b置； 中央處理裝置，與結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件電連接，用于根據(jù)所述樣方土上的目標采樣點以及所述水平基準面板上與所述目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息，對樣方土上的目標采樣點的坐標參數(shù)進行校正，并根據(jù)校正后的樣方土上的目標采樣點的坐標參數(shù)，獲得所測量的土壤表面粗糙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件包括依次電連接的結(jié)構(gòu)光投射單元和圖像采集傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括指南針羅盤，位于所述結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括水平儀，位于所述結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件的上方
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 存儲裝置，與所述中央處理裝置相連接，用于存儲所接收的所述樣方土上的目標采樣點以及所述水平基準面板上與所述目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息。
專利摘要本實用新型提供一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)，包括支架；水平基準面板，用于覆蓋所述樣方土；結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件，位于支架上，用于采集樣方土上的目標采樣點以及水平基準面板上與目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息，并將上述坐標參數(shù)信息傳輸?shù)街醒胩幚硌b置；中央處理裝置，用于根據(jù)樣方土上的目標采樣點以及水平基準面板上與目標采樣點相應點的坐標參數(shù)信息，對樣方土上的目標采樣點的坐標參數(shù)進行校正，并根據(jù)校正后的樣方土上的目標采樣點的坐標參數(shù)，獲得所測量的土壤表面粗糙度。通過結(jié)構(gòu)光對被測物體進行三維測量，獲取被測物體表面離散各點在參考坐標系的位置，進而可以實現(xiàn)簡單、快速并且精確地計算出土壤表面的粗糙度。
文檔編號G01B11/30GK202814364SQ201220181448
公開日2013年3月20日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者李宗南, 陳仲新, 王利民, 任建強 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所