专利名称：一种测量土壤表面粗糙度的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及地表参数测量领域，特别涉及一种测量土壤表面粗糙度的系统。
背景技术：
土壤表面粗糙度是表征土壤水文特性和影响土壤性质的重要参数。它与土壤水分渗入速率、地表径、地表积水以及土壤侵蚀、土壤孔隙率等因素具有相关性。目前测量土壤表面粗糙度的方法主要有刻度板法、探针法、图像阴影法、立体摄影测量法和激光扫描法。刻度板法测量是在土壤中插入一块标有距离刻度的标牌，人工读取不同点的土壤高度，通过计算，得到土壤表面粗糙度，该方法精度差、工作效率低。探针法测量，也存在测量精度差、工作效率低的问题。图像阴影法是基于土壤影像的阴影进行土壤粗糙度分析，属于非接触测量，但数字摄像法仅能获取2-D图像信息，影响测量的准确度。立体摄影测量法在测量过程中需要进行较繁琐的和准确的控制点测量标定，激光扫描法虽然具有相当高的测量精度；但由于比较精密和昂贵，并且部分设备比较笨重，不易于野外搬运。如何提供一种高精度又易于野外操作的土壤表面粗糙度测量装置，是一个亟待解决的问题。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提供了一种测量土壤表面粗糙度的系统，在野外环境和条件下，通过采用结构光三维测量部件获得样方土壤表面各离散点在参考坐标系的位置，然后通过水平基准面板对土壤表面各离散点的位置进行校正，并根据校正后的数据，获得所测量的土壤表面粗糙度。本实用新型实施例提供一种测量土壤表面粗糙度的系统，其特征在于，包括支架；水平基准面板，用于覆盖所述样方土 ；结构光投射-图像采集部件，位于所述支架上，用于采集所述样方土上的目标采样点以及所述水平基准面板上与所述目标采样点相应点的坐标参数信息，并将所述样方土上的目标采样点以及所述水平基准面板上与所述目标采样点相应点的坐标参数信息传输到中央处理装置；中央处理装置，与结构光投射-图像采集部件电连接，用于根据所述样方土上的目标采样点以及所述水平基准面板上与所述目标采样点相应点的坐标参数信息，对样方土上的目标采样点的坐标参数进行校正，并根据校正后的样方土上的目标采样点的坐标参数，获得所测量的土壤表面粗糙度。通过结构光对被测物体进行三维测量，获取被测物体各离散点的三维位置信息，并通过采集得到调制后的结构光图像，对该图像进行结构光编码、解码计算出被测物体表面离散各点在参考坐标系的位置，进而获得所测量的土壤表面粗糙度，可以实现简单、快速并且精确地计算出土壤表面的粗糙度。[0012]其中，结构光投射-图像采集部件包括依次电连接的结构光投射单元和图像采集传感器。通过结构光对被测物体进行三维测量，获取被测物体各离散点的三维位置信息，并通过采集得到调制后的结构光图像，对该图像进行结构光编码、解码计算出被测物体表面离散各点在参考坐标系的位置，进而获得所测量的土壤表面粗糙度，可以实现简单、快速并且精确地计算出土壤表面的粗糙度。其中，还包括用于调整所述结构光投射单元所投射光线方向的指南针罗盘。通过指南针罗盘调整所述结构光投射单元所投射光线方向，从而使获得的数据便于计算，提高了效率和准确率。其中，还包括用于调整所述结构光投射单元所投射光线角度的水平仪。通过水平仪调整所述结构光投射单元所投射光线角度，从而使获得的数据便于计算，提高了效率和准确率。其中，还包括存储装置，与所述中央处理装置相连接，用于存储所接收的所述样方土上的目标采样点以及所述水平基准面板上与所述目标采样点相应点的坐标参数信息。便于存储大量的图像数据，提高系统的计算能力。
图I为本实用新型实施例提供的一种土壤表面粗糙度测量系统的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供一种土壤表面粗糙度测量系统，下面将结合附图，对本实用新型实施例进行详细描述。参见图1，包括结构光投射-图像采集部件1，水平仪2，位于结构光投射-图像采集部件I面向地表的背面处，用于调整结构光投射-图像采集部件的结构光投射出射面和图像采集传感器面的角度，将结构光投射-图像采集部件I的结构光投射出射面和图像采集传感器面面向土壤表面，并与水平面相平行，指南针罗盘3，可与水平仪2 —同位于结构光投射-图像采集部件I面向地表的背面处，或位于支架4的任一位置处，用于调整结构光投射-图像采集部件所投射光线的方向。结构光投射-图像采集部件I位于支架4上，支架4可为三脚架，用于安装固定结构光投射-图像采集部件、指南针罗盘、水平仪和可调的水平基准面板等。该系统还包括为结构光投射-图像采集部件供电的电源5，结构光投射-图像采集部件I通过电源线6与电源5相连接，电源5可为12V(伏)电源。结构光投射-图像采集部件I包括依次电连接的结构光投射单元、图像采集传感器和信息传输接口，结构光投射-图像采集部件I的传输接口通过数据传输线与中央处理装置相连接，或者通过数据传输线与存储装置8相连接，存储装置8与中央处理装置9电连接。该系统还包括水平基准面板10，其是独立可调的，用于确定样方土的基准水平面。在本示例中，可通过结构光投射-图像采集部件I通过对样方土的采样点以及位于样方土上的水平基准面板10上与这些采样点相对应的各个点的坐标参数，确定出所要测量的样方土的水平基准面。通过所确定出的水平基准面，对所采集的样方土的采样点的坐标参数进行校正。通过校正后的样方土的采样点的坐标参数，即可获得所要测量的样方土的土壤表面粗糙度。在本示例中，结构光投射-图像采集部件I通过结构光投射单元将结构光投射到所要测量的样方土上，通过图像采集传感器采集结构光投射到所要测量的样方土上所反射回来的图像，投射结构光覆盖面通常是大于样方面，因此能全覆盖样方土表面；图像采集传感器通常以多行和多列的形式采集反射的结构光，因此结构光投射-图像采集部件能够同时采集到样方土上多个离散目标点的坐标参数，该坐标参数是采用结构光投射-图像采集部件I预先设定的参考坐标系。可通过水平仪2和/或指南针罗盘3对结构光投射-图像采集部件I所投射的结构光的角度和方向进行调整。在本示例中，通过结构光投射-图像采集部件I采集到样方土上多个目标点的坐标参数信息后，将水平基准面板10覆盖所测量的样方土，通过结构光投射-图像采集部件I采集到与样方土上多个目标点的坐标参数信息相对应的水平基准面板10上各个点的坐标参数信息。结构光投射-图像采集部件I将所采集的采集到样方土上多个目标点的坐标参数以及与样方土上多个目标点的坐标参数信息相对应的水平基准面板10上各个点的坐标参数信息，通过信息传输接口传输到存储装置8中，中央处理装置9从存储装置8中获取上述坐标参数信息，对样方土上多个目标点的坐标参数进行校正，已获得所要测量的样方土上多个目标点的坐标参数相对于水平基准面板10上各个点的坐标参数信息。中央处理装置9根据所计算出的样方土上多个目标点相对于水平基准面板10上各个点的坐标参数信息，获得所要测量的样方土的土壤表面高程，具体计算如下首先计算出表面各点的相对水平高程，公式如下Hij = Sij-Dij (I)其中Hij为第i行第j列土表面点的相对高程，Sij为土表面为第i行第j列目标点的高度，Dij为水平面板第i行第j列点的高度。然后计算出各点相对最低点的水平高程Ilij = Hij-Ilmin (2)其中Iiij为第i行第j列土表面点的相对最低点的高程，hmin为土表面内最低点高程。一般土壤的粗糙度可由均方根高度和自相关长度来表示，可通过表面各点的相对水平高程或各点相对最低点的水平高程来计算。中央处理装置9根据所计算出的样方土上多个目标点相对于水平基准面板10上各个点的坐标参数信息，获得所要测量的样方土的土壤表面粗糙度。土壤表面高度离均平方根高度计算如下
权利要求1.一种测量土壤表面粗糙度的系统，其特征在于，包括 支架； 水平基准面板，用于覆盖样方土 ； 结构光投射-图像采集部件，位于所述支架上，用于采集所述样方土上的目标采样点以及所述水平基准面板上与所述目标采样点相应点的坐标参数信息，并传输到中央处理装置； 中央处理装置，与结构光投射-图像采集部件电连接，用于根据所述样方土上的目标采样点以及所述水平基准面板上与所述目标采样点相应点的坐标参数信息，对样方土上的目标采样点的坐标参数进行校正，并根据校正后的样方土上的目标采样点的坐标参数，获得所测量的土壤表面粗糙度。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，结构光投射-图像采集部件包括依次电连接的结构光投射单元和图像采集传感器。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括指南针罗盘，位于所述结构光投射-图像采集部件的上方。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括水平仪，位于所述结构光投射-图像采集部件的上方
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括 存储装置，与所述中央处理装置相连接，用于存储所接收的所述样方土上的目标采样点以及所述水平基准面板上与所述目标采样点相应点的坐标参数信息。
专利摘要本实用新型提供一种测量土壤表面粗糙度的系统，包括支架；水平基准面板，用于覆盖所述样方土；结构光投射-图像采集部件，位于支架上，用于采集样方土上的目标采样点以及水平基准面板上与目标采样点相应点的坐标参数信息，并将上述坐标参数信息传输到中央处理装置；中央处理装置，用于根据样方土上的目标采样点以及水平基准面板上与目标采样点相应点的坐标参数信息，对样方土上的目标采样点的坐标参数进行校正，并根据校正后的样方土上的目标采样点的坐标参数，获得所测量的土壤表面粗糙度。通过结构光对被测物体进行三维测量，获取被测物体表面离散各点在参考坐标系的位置，进而可以实现简单、快速并且精确地计算出土壤表面的粗糙度。
文档编号G01B11/30GK202814364SQ201220181448
公开日2013年3月20日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者李宗南, 陈仲新, 王利民, 任建强 申请人:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所
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