[发明专利]一种重构土壤的精细压实模型的构建方法

摘要

本发明涉及一种重构土壤压实模型的构建方法，试图为探地雷达探测土壤压实度提供一种精细的室内模拟手段，该方法包括搭建压实模型的刚性试验载体，组建试验载体的传感器监测系统，实现试验载体内部环境实时动态监测；在此基础上，以土壤压实度为主控因子，制备试验用土，采用不同的充填压实工艺，形成具有一定级差的、初始的压实度试验模型；采用高频探地雷达天线，“五点一线、静动结合”采集方式获取试验模型的雷达图像；利用方差统计法和聚类分析法对初始模型进行分类，根据分类结果，以聚类个数，确定优化的充填系数，进而为建立压实度可识别、可区分的精细试验模型提供依据。

主权项

一种重构土壤的精细压实模型的构建方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)搭建压实模型的刚性试验载体：所述刚性试验载体由一系列相连的凹槽组成，所述凹槽的深度大于农作物根系正常生长所需的重构土壤厚度，其抗压强度能够抵抗土体重量和附加载荷两者所产生的侧向压力；(2)安装传感器监测系统：各个凹槽底部安装有2至3个土压力计，所述土压力计通过电缆与主机相连；各个凹槽中部设有无线土壤水分传感器；(3)制备试验用土，搭建初始模型，具体包括：步骤301)以土壤压实度为主控因子制备试验用土，控制土壤体积含水量在14％至16％之间；步骤302)将各个凹槽中的土体均充填至设计标高H设：其中一个凹槽直接充填原状土，无人为压实，原状土净重为mmin；其它凹槽中通过人为压实充填土体，第i个凹槽中所充填的土体质量为mmin×[1+(i‑1)c]，i＝2,3,...n，c为初始充填系数，n为不大于(pc×V÷mmin‑1)÷c的最大整数，pc为试验用土的最大干密度，V为充填的体积；步骤303)获取各凹槽中的无线土壤水分传感器的检测数据，利用多元统计法，在a＝0.05显著性水平下，分析所述检测数据的空间差异性是否显著，若是，转到步骤(4)；若否，将初始模型静置5至7天，然后重新获取各凹槽中的无线土壤水分传感器的检测数据，分析检测数据的空间差异性是否显著，若是，转到步骤(4)；若否，重复步骤(3)；(4)采集探地雷达的双程走时tij和能量幅值的数据：单个凹槽采用静态采集方式，雷达天线分别在各凹槽的几何中心以及凹槽的四个边界中心位置停留，天线姿态保持不变；所有凹槽之间采用动态采集方式，雷达天线沿一测线匀速通过，所述测线在各凹槽的几何中心以及左右边界中心位置的三点连线左右5cm之间；(5)根据探地雷达的采集数据，进行模型分类：以方差统计法分析单个凹槽的采集数据，检测凹槽几何中心以及四个边界中心位置这五点的双程走时tij变异系数CV是否在0～10％之间，若否，重复步骤(3)；若是，通过数据分割，分别计算雷达天线途经各凹槽时的平均双程走时tij和能量幅值，以tij为聚类因子，以最短距离法对上述数据进行聚类分析；(6)确定优化充填系数根据上述聚类分析结果，确定优化充填系数为单一数值或数组。