专利名称：土壤蒙氏颜色-质地野外数码诊断记录仪(i-DSCT)的制作方法
技术领域：
本发明专利属于土壤环境调查技术领域。其涉及土壤颜色判定、土壤各级粒度定量与质地判定、GPS定位技术。通过摄像传感器成像辅以计算机图像处理分析技术，实时、原位形成对观察土壤样本的颜色、质地及各种土壤环境属性智能化诊断和记录。该仪器适用于野外土壤环境科学考察、各级学校土壤类相关专业教学实习使用。
背景技术：
土壤的物理诊断特性是开展土壤环境质量评价与土壤污染修复的主要参数。其中，土壤颜色和土壤质地是二种重要的物理特性。
土壤颜色是土壤物质成分和内在性质的外部反映，是土壤发生层次外表形态特征最显著的标志。在传统土壤学中许多土壤类型的名称均以其颜色命名，如黑土、红壤、黄壤、棕壤、褐土、紫色土等。客观定量地鉴别土壤颜色及其变化特征，是综合评价土壤矿物组成、有机质含量及其土壤肥力、土壤环境质量的基础。土壤颜色是十分复杂而多样的，绝大多数呈复合色彩，在传统的土壤调查过程中，土壤颜色的确定通常是依靠观察者的肉眼估计，由于土壤调查工作者对颜色的分辨力和理解不同，再加土壤颜色会随时随地变化，因而对土壤颜色的描述上存在的分歧也较大，并具有相当大的主观随意性。为此土壤科学于20世纪后期引进了土壤标准颜色比对的方法，如日本1973年研制了《日本标准土色帖》；美国1975年研制了《蒙氏土壤颜色卡》；中国科学院南京土壤研究所和西安光机所随后也研制了《中国标准土壤色卡》。现有的土壤颜色判定技术上，多是使用上述三种色卡进行现场比对得出。由于《日本标准土色帖》和《蒙氏土壤颜色卡》难以满足我国土壤工作者鉴别土壤颜色的需要，同时其土壤色卡价格昂贵，再加上述三种纸质土壤色卡在野外使用过程中，遭受雨淋水浸、土染，极易变色或损坏。土壤质地的分类和划分标准世界各国亦很不统一。国际上应用较为广泛、我国也曾经采用过的有国际制、威廉斯-卡庆斯基制和美国制。中国(1978)拟定的土壤质地分类方案是按砂粒、粉粒和黏粒的质量分数划分出砂土、壤土和黏土 3类11级。目前随着国际学术研究交流的增多，中国土壤质地分类也采用了国际上流行的美国分类标准。该标准也是按砂粒、粉粒和黏粒的质量分数划分出砂土、壤土和黏土 3类12级。对于土壤质地属性的诊断，在野外大部分由科研人员使用手撮法凭借主观经验进行判断。或是通过采样、处理，然后使用机械筛分法或激光测粒仪进行数据获取和分析，再进行判断。手撮法主观性强，经验要求高，误差较大。机械筛分法和激光测粒仪法费时、费力、造价高且不能野外实时进行。由荷兰生产的沙盘尺是一种由透明材料制造的、装有标准样本的碟形物。在测量土壤质地时，是一个非常好的指示工具。但是，沙盘尺在国内价格极为昂贵，且样本不足以全面表示目前通用的美国制标准，也不适合本国内使用。目前国内，能同时自动分析土壤颜色、质地并定位的信息化设备基本没有。经资料搜集发现也无相关类似专利申请。
发明内容
本发明专利目的是提供一种便于携带、自动化和信息化程度高的土壤颜色-质地诊断数码记录仪。本发明专利目的可以通过以下技术方案实现该设备具有矩形的机身壳体，壳体上设有开关按钮、光标移动和确认按钮、摄像传感器窗口、显示面板窗口、USB接口。壳体内设有以下部件设置控制模块、GPS模块、摄像传感器模块、土壤颜色标准储存模块、土壤质地标准储存模块、微型处理器模块、样本信息储存模块、输出控制模块。通过机身的摄像传感器对观察土壤样本成像并存于机内。同时，通过设置控制模块配合微型处理器模块提取影像的色彩、粒度信息，并与机内土壤颜色、质地标准储存模块中标准样本进行参比。将最近似的标准样本色彩、质地信息作为分析样品的属性值。机内所有信息通过输出控制模块进行显示和控制USB接口经过数据线向外部计算机输出。设置控制模块可以控制机身的光标移动与确认按钮完成对土壤样本其他环境属性的输入及实现人机交互。壳体内的电源系统为仪器的正常工作提供动力保证。·本发明专利的特征在于其机内的土壤颜色标准储存模块、土壤质地标准储存模块内存有标准的土壤样本颜色和质地的影像资料和属性值。其中土壤质地标准储存模块内所存分三类，分别是日本《标准土色帖》中的389个色片、美国《芒赛尔土色卡》中的199个色片、中国《中国标准土壤色卡》426个色片的标准影像和颜色的色调(相)、明度、彩度属性值；土壤质地标准储存模块内所存为采集中国境内按美国制土壤质地分类标准的十二种土壤质地类型，每种类别三个不同标准土样的影像、类别名称、各级粒度质量百分比(共计36个)。本发明专利的特征在于对观察的土壤样点进行影像获取。色彩、质地分析通过计算机程序自动化处理,并自动检索机内所存的标准样本的色彩、质地信息和赋值。能最大程度的降低土壤色彩判定的误差、质地判断的高成本。本发明专利的特征还在于对观察土壤样本点能自动定位，并通过设置控制模块配合输出显不部分完成对该点土壤其他相关环境属性的输入。本发明专利目的在于为土壤环境的科学考察、土壤环境管理提供一种便携式、实时、原位诊断土壤颜色、质地的智能化、信息化设备。与现有技术和方法比，本专利具有以下优点(I)智能化、信息化程度高针对目前土壤颜色的人工判定时，可能因为主观原因和标准色卡受污而失真原因；针对现有土壤质地判定方法的各种弊端；实时、原位获取土壤样本的高真影像，所有评判的标准样本也贮存为数字化的影像，全面实现数字化、信息化。以计算机程序自动分析与匹配标准，全过程实现智能化，最大限度减少人工误差。(2)便捷、费用低本专利具有集成、紧凑体积小的特点，所以便于携带与野外作业。由于使用本专利可以野外现场获取土壤样本的影像，并同时进行定位、土壤颜色、质地及其他环境信息的判定和记录，节省了大量的人力、物力及时间。
图I给出了本发明专利的内部模块简图。其中
I设置控制模块 2 GPS模块 3摄像传感器模块4 土壤颜色标准储存模块5 土壤质地标准储存模块 6微型处理器模块7样本信息储存模块8输出控制模块图2是本发明专利的工作流程图。
具体实施例方式以下结合附图详细说明本发明的工作原理和实施方式本发明所述的一种土壤颜色-质地诊断记录仪结合了目前数字化、信息化和智能 化处理的优势，突出在野外工作时的便捷性、准确性和低费用的特点。如图I所示，起动本机后，通过I设置控制模块经6微型处理器模块调用2GPS模块自动对所观察点进行GPS定位，并于7样本信息储存模块中建立对应点的文件并将定位信息存入。通过I设置控制模块经6微型处理器模块调用3摄像传感器模块对观察点土壤进行摄像，所获取的影像通过8输出控制模块在显不屏上显不并同时存于7样本信息储存模块中对应点的文件中。I设置控制模块经6微型处理器模块对获取的影像分析处理，提取影像颜色和颗粒的粒度属性值，将所得属性值分别与4 土壤颜色标准储存模块和5 土壤质地标准储存模块中所存的各标准样本属性值进行参与。然后将选出的标准样本属性值赋给观察的土壤样点，并存于7样本信息储存模块中对应点的文件中，同时可通过8输出控制模块在显示屏上显示。通过I设置控制模块选择观察点土壤的其他环境属性值并储存。通过电源转换器与8输出模块中的USB接口相连实现对本机电源系统充电及连接数据线实现本机与外部计算机之间的数据传输。以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.本发明是属于土壤环境调查和管理时使用的一种便携式土壤蒙式颜色-质地野外数码诊断记录仪。其特征在于，包括 矩形的机身壳体，壳体上设有开关按钮、光标移动和确认按钮、摄像传感器窗口、显示面板窗口、USB小窗口。
壳体内设有如下部件设置控制模块、GPS模块、摄像传感器模块、土壤颜色标准储存模块、土壤质地标准储存模块、微型处理器模块、样本信息储存模块、输出控制模块、电源系统。
2.根据权利要求I所述的便携式土壤蒙式颜色-质地野外数码诊断记录仪，其特征在于土壤颜色标准储存模块储存内容分三类，分别储存日本《标准土色帖》中的389个色片、美国《芒赛尔土色卡》中的199个色片、中国《中国标准土壤色卡》426个色片的标准影像和颜色的色调(相)、明度、彩度属性值。
3.根据权利要求2所述的便携式土壤蒙式颜色-质地野外数码诊断记录仪，其特征在于土壤质地标准储存模块储存有按美国制土壤质地分类标准的12种土壤质地类型，每种类别3个不同标准样的影像、类别名称、各级粒度质量百分比(共计36个)。
4.根据权利要求3所述的便携式土壤蒙式颜色-质地野外数码诊断记录仪，其特征在于设置控制模块通过光标按钮能上下左右移动光标及确认。
5.根据权利要求4所述的便携式土壤蒙式颜色-质地野外数码诊断记录仪，其特征在于电源系统含有轻便的电池、交流电变直流电充电器、开关机键。
6.根据权利要求5所述的便携式土壤蒙式颜色-质地野外数码诊断记录仪，其特征在于设置控制模块、GPS模块、摄像传感器模块、土壤颜色标准储存模块、土壤质地标准储存模块、样本信息储存模块、输出控制模块、电源系统均包括他们与微型处理器沟通交互的电路。
7.根据权利要求6所述的便携式土壤蒙式颜色-质地野外数码诊断记录仪，其特征在于输出控制模块还包括输出显示器，USB接口。
全文摘要
本发明是一种土壤蒙氏颜色-质地野外数码诊断记录仪(i-DSCT)，属于土壤环境调查技术领域。其功能涉及土壤颜色判定、土壤质地判定、GPS定位技术的集成。通过机身的摄像传感器对所观察的土壤成像并存于机内。通过提取影像的色彩、粒度信息，并与机内土壤颜色、质地标准储存模块中标准样本进行参比。获得分析样品的属性值。机内所有信息通过输出控制模块进行显示和向外部计算机输出。设置控制模块可以控制机身的光标移动与确认按钮完成对土壤样本其他环境属性的输入及实现人机交互。以上功能形成实时、原位对观察土壤样本的颜色、质地及各种土壤环境属性智能化诊断和记录。
文档编号G01N21/84GK102879397SQ20121005460
公开日2013年1月16日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者赵烨, 周凌云, 柳婧, 韩莎莎 申请人:北京师范大学