[发明专利]一种土壤表面粗糙度检测装置及方法

说明书

【技术领域】

本发明属于微波遥感研究和应用领域，具体涉及一种土壤表面粗糙度检测装置及方法。

【背景技术】

土壤水分的时空分布是水文、气象等领域研究的重要参数，土壤表面的粗糙度又是表征土 壤水文特性和影响土壤性质的一个重要参数。微波遥感因其全天时、全天候对地观测以及较强 的穿透能力成为土壤水分反演的重要手段。在微波遥感反演土壤水分的研究中，土壤表面粗糙 度是影响后向散射的重要因素，因此，需要准确测量土壤表面粗糙度，土壤表面粗糙度在垂直 于水平尺度上分别利用均方根高度和相关长度两个参数进行表征。

野外实地测量土壤表面粗糙度参数的方法主要有针式剖面仪法、剖面板法和激光剖面仪法。 用剖面板法测量时，将剖面板插入地表，用数码相机拍下剖面板与地表的交界线，将其数字化 后在剖面上隔一定距离取离散点，通过这些离散数据，计算均方根高度和相关长度。

目前，土壤表面粗糙度大多使用剖面板法测量，剖面板类型众多，但是与本发明所述的便 携式土壤表面粗糙度测量装置相比，携带麻烦、采集速度慢、测量精度低、耗时耗力。土壤表 面粗糙度测量方法诸多，与本发明测量方法相比，本发明所采用的测量方法原理简单、处理周 期短、计算结果精度可靠。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种土壤表面粗糙度检测装置及方法，本装置携带 便利、操作简单、采集速度快、测量精度高，适用于野外实地土壤表面粗糙度测量。

为了达到上述目的，一种土壤表面粗糙度检测装置，包括通过四个测量装置组成的框型本 体，框型本体底部的四个角上均设置有升降调位装置，升降调位装置的底部设置有脚架，框型 本体的顶部设置有若干水准气泡；

所述测量装置包括支撑框架，支撑框架的背板为刻度面板，刻度面板与支撑框架间设置有 若干能够与地面接触的探针，所有探针长度相同。

所述相邻的测量装置通过合页连接，并在连接处设置有测量板卡锁装置。

所述若干水准气泡分别设置在四个框型本体的顶部中心。

所述探针顶部设置有探针顶帽，底部具有探针针底。

所述支撑框架的下部设置有用于控制探针收起与释放的卡片装置，以及用于控制卡片装置 的卡片卡锁装置。

所述测量装置的顶部设置有一对把手。

一种土壤表面粗糙度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤一，将通过四个测量装置组成的框型本体置于表征土壤上；

步骤二，通过升降调位装置调节各个脚架的高度，使测量装置顶部的所有水准气泡中的气 泡居中为止；

步骤三，释放探针，使探针与表征土壤表面自然接触；

步骤四，使用照相机对每个测量装置进行拍照，得到探针在刻度面板上的所指刻度，获取 表征土壤表面粗糙度的图片；

步骤五，重复若干次步骤一至步骤四，得到表征土壤表面粗糙度的图片；

步骤六，对获取的每一张表征土壤表面粗糙度的图片在ArcGIS10.3软件中获取表征土壤 表面粗糙度的点序列；

步骤七，根据点序列与均方根高度和相关长度公式，即可得到表征土壤表面粗糙度。

所述步骤三中，打开卡片卡锁装置，卡片装置引导探针针底与表征土壤表面自然接触。

所述步骤六中，ArcGIS10.3软件中获取表征土壤表面粗糙度的点序列的过程如下：

第一步，在ESRIArcCatalog10.3软件中加载表征土壤表面粗糙度的图片，对图片进行坐 标系的定义，然后在ESRIArcMap10.3中加载定义好坐标系的图片，设置显示单位为厘米，进 行几何校正，几何校正采用四个已知坐标，分别是：测量装置左下角(0，0)，测量装置左上 角(0,60)，测量装置右上角(100,60)，测量装置右下角(100,0)；

第二步，在ESRIArcCatalog10.3软件中创建一个线要素，坐标系统跟第一步所述的四个 已知坐标一致，然后在ESRIArcMap10.3中加载线要素和几何校相同的图片，对图片中的探针 针帽进行矢量化，生成表征土壤表面起伏变化的曲线；

第三步，在ESRIArcMap10.3中，利用系统提供的“值提取至点”工具，对曲线进行等 间隔取样，间隔设置为1cm，即可获取表征土壤表面粗糙度的点序列。

所述均方根高度通过以下算法得出：