自动土壤样品批量制备方法及系统与流程

本发明涉及土壤样品的检测和处理，尤其涉及一种自动土壤样品批量制备方法及系统。

背景技术：

1、无论是生活环境污染的治理，还是作物耕作成长环境的维护与管理，都需要对于各地的土壤进行采集和分析。

2、土壤进行采集之后，需要进行一定的处理才能开展相关的分析工作。从野外取回的土样，经登记编号后，都需经过一个制备过程：风干、磨细、过筛、混匀和装瓶，以备各项测定之用。例如，土壤重金属一般采用烘千样，半挥发性的持久性有机污染物的分析一般采用冷冻干燥样；挥发性有机污染物的测定一般用新鲜样。新鲜样可暂时保存于冰箱或冰柜中，但须在10天内进行提取处理。

3、传统的做法是在试验室或者检测机构对于土壤进行前处理后装瓶，各个试验室或者检测机构都要配备进行土壤样品处理的人手和设备，适合少量的土壤检测任务，要进行大批量检测时，则耗时耗力。一种理想的方法是，设置专门的自动化处理设备，对于采集的土壤以尽可能自动化的手段进行批量的处理，则可以快捷、高效地批量处理土壤样品，使其符合检测的要求。

4、另外，这种专门的设备还有如此的用法，在一个区域内设置专门的地点配置处理设备，然后该区域内的存在的土壤样品处理需求，都集中到一起进行处理，然后在集中配送，运输，如此一来，则可以解放各检测机构及试验室的工作压力，将更多的精力放在土壤样品的检测和分析上，显然，这类工作对于人员的专业度和知识水平要求更高，这种处理方式，从宏观的资源配置上来说，是更合理的。

5、集中化的处理方式，需要进行合理的处理流程的配置已经相关设备的配置，目前对于土壤样品的各个处理步骤，都有相应的处理措施和各种处理设备，已经趋于成熟。但将多种处理设备整合在一个系统中进行批量化的流水线化的处理，需要更加合理和巧妙的配置，以期能够充分利用设备设施，空间场地，并且能够让系统实现尽可能高的产能，并保持尽可能高的稳定性。

6、中国发明专利申请cn114018669a公开了一种全自动土壤样品制备方法，能够实现自动化的干燥土壤样品制备，解决了现有技术中人工操作的各种问题。所述方法以土壤鲜样为制备原料，并包括以下步骤： (1)将待处理的土壤鲜样投入干燥组件中，干燥组件对土壤鲜样进行干燥，得到去水分的土壤样品；(2)通过筛分组件将去水分的土壤样品进行筛分，去除其中的杂质；(3)通过研磨组件将去杂质后的土壤样品根据需要进行至少一道研磨；(4)通过装样组件对研磨后的土壤样品进行装样(装瓶)，在装样(装瓶)的同时通过称重组件进行称重；在上述各个步骤进行的过程中，通过监控组件对各个过程中的数据和信息进行采集。该专利申请的公开文本揭示了将土壤样品的各个处理步骤连续起来执行的方案，也就是将各个设备串联到一起，并未考虑批量处理时需要进行相应的调整和优化，可以预见，该方案还有进一步优化的空间。

7、中国发明专利申请cn111061326a公开了一种土壤流转制备及质量控制方法和所用控制系统，方法包括：样品制备、检查样品流转质量、样品分析内部质量控制，样品分析内部质量控制包括空白试验、定量校准、精密度控制、准确度控制、加标回收率试验、绘制准确度控制图、异常样品复检。采用本发明的方法对土壤样品制备、流转以及样品分析时的内部质量控制，有效控制土壤详查各环节工作质量，确保详查数据的真实性和准确性；使土壤样品制备、流转以及样品分析时的内部质量控制环节的信息处理智能化，减轻了人力时间和精力的投入，可以极大的提高上述的质量控制效率，能满足大批量土壤样品准确、有序和高效和的检测。通过对于制备过程的数据采集及监控，意图实现制备过程的品控。也没有提供具体的实现方案，针对解决如何在批量，流水化检测作业的状态下，实现更高效更节能的调整和优化。

8、所以，通过从提升产能的角度对于土壤样品批量处理作业进行优化，提供与之匹配的处理流程和处理系统就成为一种需求。

技术实现思路

1、本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种自动土壤样品批量制备方法及系统，以至少解决或缓解现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择。通过调整土壤样品制备过程的一个调整，具体而言就是将土壤样品的风干样装入研磨罐之后，后续的烘干，研磨都集成在研磨罐中进行，减少一个样品的中转容器，研磨后直接进行筛分、称重及分装，此调整让土壤样品的处理过程更匹配流水式作业。另外，运用rfid（射频识别）实现土壤样品处理过程中与控制系统的交互，配合制备流程的调整，精简rfid的投入和维护，增强稳定性。同时，提供更有效的数据交互，利用数据交互实现对于土壤样品制备过程中各个流转环节的承载程度的调节和优化，以期让系统以理想的载荷运转，减少无效的空转和消耗。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、自动土壤样品批量制备方法，包括以下步骤

4、依次采用容器包括暂存托盘，风干托盘，研磨罐及样品瓶盛放不同状态的土壤样品；

5、匹配土壤样品设置单独的id，在各容器设置rfid码；

6、在土壤样品流转至某容器时将土壤样品的id与rfid码一对一绑定；

7、土壤样品盛放在研磨罐中时完成烘干处理和研磨处理；

8、通过rfid交互记录土壤样品是否进行烘干。

9、土壤样品在被采集之后要进行必要的处理，才能开展各项检测事宜，以往，实验室或者检测机构都是采用专门的研究人员进行样品采集，样品处理及样品检测，也就是土壤样品的采集、处理及检测都是人工依序依照规范完成的。现在土地资源日益珍贵，对于检测的精度和广度要求也越来越高，尤其是对一个地区内的土壤情况进行检测要覆盖尽可能大的区域，也要求分布尽可能多的采集点，然后进行综合性的检测，再将获得的数据进行整合，已得到更准确见面的检测和评估结果。

10、这就会经常出现对于某个区域的土壤采样检测工作要进行采集大量的土壤样品进行检测，对于单独的检测机构而言，采检任务也趋于饱和或者过饱和，尤其是，土壤样品在检测前进行的必要处理，需要较长的周期和繁杂的步骤，如果依托传统的处理方式，难以满足大批量快速完成土壤样品处理的需求。

11、故而，本发明采用集中处理的方案，将土壤样品的各个处理环节连贯集中在一起，尤其是将土壤的烘干及烘干完成后的研磨都在分装入研磨罐后进行，以支持采用批量处理设备进行快速可控的烘干处理。对于整个土壤样品处理环节做了恰当地调整，土壤的风干过程需要较长的时间，也要较大的场地，并且由于采集时间和采集区域条件的差异，风干样的制备完成时间也会出现参差，批量进行风干处理的土壤样品，会陆续地移转至后续的烘干环节，而烘干环节则是可以控制在相对比较固定的时间范围内的，故而，通过罐装后烘干，而使装入研磨罐中的风干样被用相对而言稳定的烘干时间进行烘干处理，再辅助以烘干状态的管控，就为及时调度烘干设备，提升烘干处理效率提供了有力的支持。这一环节处理效率的提高，可以减少烘干设备的占用空间。另外，将土壤样品直接装入研磨罐后进行烘干，烘干完成之后可以直接通过研磨器具再研磨罐中进行研磨，减少一个移转环节，不仅提升了处理效率，还降低了交叉污染。在自动化处理的环节中，土壤样品这类的散装物料，被烘干之后，进行移转很容易发生扬尘污染，也容易产生容器之间的交叉污染。并且通过rfid交互信息，实时记录土壤样品的烘干状态，为实现土壤样品在时间上的状态变化的可视化及管控提供数据支持和架构支撑。

12、并且通过rfid交互信息，从而获得土壤样品进行移转的时候，所在的位置，即为实现土壤样品在空间中的流转的可视化及管控提供数据支持和架构支撑。并且，利于实现土壤样品处理全过程的跟踪监控和可视化，以便对于处理过程进行追溯，有助于排查土壤处理过程对于检测偏差的影响，也有助于为及时调度人员或者设备提供实时的参考，有利于让整个检测链条顺畅运转，减少空转或者工时空耗，提高处理的效率。

13、在优选的实现方式中，包括以下步骤

14、设定各土壤样品的id；

15、将各土壤原样放置于暂存托盘转送至收样室暂存，各暂存托盘均设置rfid码，将土壤样品的id与其放置的暂存托盘的rfid码绑定，记录绑定信息；

16、将土壤原样从暂存托盘中转移到风干托盘，各风干托盘均设置rfid码，将土壤样品的id与其原先放置的暂存托盘的rfid码解除绑定，与其放置的风干托盘的rfid码绑定，同时记录解绑信息和绑定信息，记录对应土壤样品id的原样信息；

17、转移盛放土壤原样的风干托盘至风干库进行风干及除杂，完成风干及除杂后记录在风干托盘的rfid信息标注“已风干状态”，获得风干样；

18、转移风干托盘中的风干样至研磨罐中，各研磨罐均设置rfid码，将对应风干样的土壤样品的id与原先放置的风干托盘的rfid码解除绑定，与风干样放置的研磨罐的rdid码绑定，同时记录解绑信息和绑定信息；

19、将风干样在研磨罐中进行烘干，烘干完成后记录在研磨罐的rfid信息标注“已烘干状态”，得到烘干样，

20、将烘干样在研磨罐进行研磨后，再进行筛分、称重及分样后得到的待测样品装入样品瓶，各样品瓶均设置rfid码，将对应待测样品的土壤样品的id与原先放置的研磨罐的rfid码解除绑定，与待测样品放置的样品瓶的rdid码绑定，同时记录解绑信息和绑定信息，记录在样品瓶的rfid信息标注“已完成制样”。

21、整个土壤样品的制备过程中，通过土壤样品的id与各个环节的容器设置的rfid码进行绑定，实现信息的读写交互，可以支持控制单元记录整个土壤样品进行处理的过程，包括空间的移转，状态的变化，还可以辅助进行计时，已记录各个环节的处理时间。

22、如此，当土壤样品制备完成后，通过id可以查询每一个样品瓶中的土壤样品的制作过程，可以进行全程溯源。在土壤样品处理制备过程中也可以实时地关注和监控到设备及土壤样品流转的情况。

23、在优选的实现方式中，风干样进行烘干时开始计时，盛放风干样的研磨罐重量发生变化则计时清零，称量精度±0.05克至0.1克；计时达到3分钟至4分钟时，运送未烘干的风干样等待进行烘干，计时达到5分钟至8分钟时，记录在研磨罐的rfid信息标注“已烘干状态”。

24、土壤样品需要进行彻底烘干，已充分去除土壤样品中的水份，并准确记录烘干完成的状态，以为土壤样品的处理环节流转提供支持。在大部分情况下，可以预估即将完成烘干的土壤样品，对于样品罐与其盛装的土壤样品共同进行烘干时，可以提前将准备进行烘干的样品罐放置到接近烘干环节处，当正在烘干的土壤样品充分脱水后，就可以计时进行更换，这个环节将减少烘干设备的等待时间，加快处理效率，减少等待的另一个好处时，烘干的热量损失会减少，后续的样品罐中的土壤能够更快速地被蒸发掉其含有的水份，节能的同时，也是在提高处理的效率。

25、在优选的实现方式中，风干样进行烘干时，设置多个烘干位，盛放风干样的研磨罐先集中放置进暂存位，然后转移至各烘干位，样品罐放入烘干位后记录该烘干位为“烘干中”状态，完成烘干后，取出样品罐，更新记录该烘干位为“闲置中”状态。

26、通过增加状态更新的记录，可以管理多个烘干位，以便及时对于盛放风干样的研磨罐进行调度，实现最优的统筹，例如同时存在闲置的烘干位，以及正在进行烘干的烘干位，那么就直接将盛放风干样的研磨罐放入闲置的烘干位，当没有闲置的烘干位时，则将盛放风干样的研磨罐放置在预计即将完成烘干的烘干位旁侧进行等待。

27、在优选的实现方式中，记录暂存位的暂存数量，记录状态为“烘干中”的烘干位的数量，当暂存数量大于状态为“烘干中”的烘干位的数量时，中止将盛放风干样的研磨罐放入暂存位。

28、通过统筹调度管理，让暂存数量时常保持与“烘干中”的烘干位的数量，相当，一旦有烘干位完成了烘干工作，变为“闲置中”，则暂存位的样品罐就会被装入该烘干位，此时暂存数量就会减少，而“烘干中”的烘干位的数量就会对应增加，此时才会重新执行将盛放风干样的研磨罐放入暂存位的操作，基本上，暂存位和烘干位在理想状态下都不会闲置。一般可以将暂存位得数量设置为与烘干位数量相等或者略大于烘干位数量。

29、在优选的实现方式中，土壤样品至风干库进行风干及除杂时，将盛有土壤样品的风干托盘发送至样品风干库进行自然风干；待土壤样品含水量降低至30%至35%后，将风干托盘进行除杂；完成除杂后将风干托盘放入单独的风干室进行二次风干；二次风干过程中对于风干托盘间隔时间t进行称重，连续3次称重质量变化率在1%内，土壤样品风干完成，记录风干托盘的rfid上增加“已经风干”的信息。

30、有效快速进行风干的方式分为三段，平铺整体进行自然风干，这需要较大的场地，并且随着风干时间，风干效果逐渐降低，故而需要尽可能加快流转，在初步进行自然风干后就可以进行除杂工作，可以通过机械或者人工进行除杂，此时含水量已经降低到一定程度，杂物粘连的土壤会较少。除杂后在进行每个风干托盘单独的风干，此时可以辅以一定的措施，例如增加通风，或者增加翻动土壤样品的步骤，以加快风干速度。合理配置加快风干处理效率，也可以匹配后续烘干处理效率的提高，以接近最优产能的分配。

31、在优选的实现方式中，二次风干过程中对于风干托盘间隔时间t进行称重，连续2次称重质量变化率在1%内，转移完成除杂的风干托盘至单独的风干室附近等待。

32、在风干处理过程中，也可以预计即将完成风干的风干室，提前移转完成除杂的风干托盘，提高风干室的使用率，使其大部分时间处于工作状态。

33、在优选的实现方式中，对应土壤样品id的原样信息包括样品永久留样量、样品粒径、样品任务来源及样品采集经纬度信息。

34、用以实施前述自动土壤样品批量制备方法的系统，包括：

35、土壤盛放容器包括暂存托盘，风干托盘，研磨罐及样品瓶；各容器设置有rfid码；

36、控制单元，所述控制单元记录匹配土壤样品设置的单独的id，通过与个容器的rfid码交互进行信息记录和更新；

37、放置暂存托盘的收样室；

38、用以对土壤样品进行风干及除杂的风干室；

39、用以对盛放在研磨罐中的土壤样品完成烘干处理的烘干装置；

40、用以对盛放在研磨罐中的土壤样品完成研磨处置的研磨器具。

41、采用rfid码进行信息交互为比较成熟的技术，只需要配置对应的读写阅读装置即可，可以人工进行读写，也可以在特定的步骤通过自动化机械进行读写，一般是采用一组三个读写阅读器，一个读取读取rfid码上的信息并且编写原始rfid样品标签的信息，将编写的信息传送给控制单元；另一个读取原始rfid码上编写的信息并且将读取的信息传送至控制单元；最后一个清空原始rfid码上的信息，并将清除的信息传送至控制单元；也就实现了各环节设置的rfid码与土壤样品id的绑定、解绑及相关信息的交互和记录。现有rfid交互技术更多用于防伪及溯源，在本方案中，则在土壤样品处理过程中，用于信息交互以使处理流程各环节衔接顺畅并且充分发挥产能。

42、同时，将土壤样品的烘干及研磨放在土壤样品处于研磨罐中进行，为实现自动化的土壤样品批量制备处理，提供适合的硬件设备支持。

43、在优选的实现方式中，所述烘干装置包括多个烘干柜，各烘干柜中有一到多个烘干位；各烘干位设置加热装置，用以对研磨罐进行烘干；取放单元，用以将研磨罐放入烘干位或者将研磨罐从烘干位取出。

44、烘干装置可以对于多个研磨罐加热以实现对于研磨罐中的土壤样品的烘干处理。