专利名称：：土壤表面粗糙度测定方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种高度测量装置以及用这种装置进行测量的方法。确切讲本发明是一种用于测量地块表面粗糙度的装置及测量方法。技术背景士壤表面的粗糙度是表征土壤水文特性和影响'土壤性质的一个重要参数。粗糙的土壤表面增加了土壤表面积，可以蓄积部分降雨；增加太阳的辐射面积，增加地温；减小风速，降低土壤风蚀；同时增加了土壤的蒸发量，降低了土壤水分。土壤表面粗糙度的测定方法通常有非接触式和接触式两种测定方式。非接触式测定方法是用激光扫描探测进行测量。接触式测定方法是在测定时仪器与地表接触，接触式方法主要有测针法，链条法和杆尺法。测针法用间隔10cm的20根测针，沿地面测定20次，得到的400个点，由下式计算出粗糙度及-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式l式l屮R(roughness)表示粗糙度，S表示各测定点高程值的标准差。链条法是美国人AliSalch(1993)提出的，他认为当给定长度的链条(L,)置于地表时，由于地面的上下起伏，其水平长度会减小，计算链条长度的减小值，再按式2得出衡量地面粗糙度的指数<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式2式2中Cr表示地面粗糙度指数，L2为链条置于地面时的水平长度。中国发明专利申请03114152.8公开一种土壤粗糙度的测量方法，这种方法与链条法相类似。该专利申请包括以下的步骤l)在目标土地内随机取样，随机固定两点，两点间距离为L;2)在固定两点所在的直线上，用无弹性软绳紧贴土壤的粗糙面放平，获取两点间软绳拉直的距离L';3)依次类推测定每个样方；4)根据测得的数据得出每个样方的土壤粗糙度Ci=U'/L(i=l、2、3...ii)，再这一公式得出整片目标土地的土壤粗糙度。杆尺法分别用20，30，40，50cm长的测杆，沿降雨径流方向置于地表，用直尺测量地面凹地的中点到杆的垂直高差，其平均值即为粗糙度Rh:式3有研究表明，相对于杆尺法，链条法测定的结果稳定性高。但对于凹凸较小的地表，由于链条和地面的接触面小和链条本身的节点之间距离大小的影响，链条法测定的精确度受到限制。现阶段尚无用于测量土壤表面粗糙度的专用装置。
发明内容本发明的目的是提供一种测量土壤表面粗糙度的专用装置。本发明的装置是在一个框架上固定有一个支点，框架上还分别设置至少两个与固定测臂平行且可沿框架的上下边框运动的测针和可测量测针高度变化的高度指示。这里所述的高度指示是高度刻度。本发明的框架上还设置有测量面与测针相垂直的水平仪。本发明的框架上还设置有水位计。本发明的框架上还设置至少两根支撑杆，在测量时两根支撑杆与固定支点形成对框架的稳定支撑。本发明的水位计由柔性且透明的材料制成的水管，水管的一端与测针相平行的固定于框架上，并标有刻度，水管的另一端固定于与框架分离的支撑件上。本发明的框架由空腹型材构成，框架的两个相对的边上定距离开设有测针孔，由刚性材料制成的测针的一端为尖端，另一端带有一个可以限制其从框架的测针孔中滑出的结构。本发明优点如下1.由于在本发明的装置是在一个框架上设置固定支点和可沿框架的上下边框运动的测针，以及可测量测针高度变化的高度指示。使本发明可以较为方便地进行地表粗糙度的测量，并可以很方便的对各个测针进行读数。2.由于本发明中配置了一个水平仪，它提供了测定点之间水平方向的相同参考点。3.由于本发明设置了水位计，它可以巧妙的把各测定点的数值与参考的水平面位置相结合，得到相关测量数据，它提供了测定点之间垂直方向的相同参考点。4.本发明的结构可以满足不同测量间距的要求，例如本发明的实施例中所采用的2cm的测针间距。5.本发明的装置采用的测针法测量，其测量精度相对较高，6.本个装置造价低廉，测量成本也很低。7.装置简单，方便携带，适合野外工作的需要。附图为本发明的一个实施例，其中图1为本发明的正视示意图，图2为框架与测针结合部位示意图，图3为附图1左视位置的示意图。具体实施方式本发明结合实施例与附图详细说明附图给出的本发明实施例中，用截面为方型或圆形的型材制成一个宽度为50cm、高度为20cm的框架，其上下两框边按2cm等距开设24个小孔，小孔的直径以能满足测针在其中滑动即可。各小孔中插入一根用8号铁丝校直形成的45cm长测针l。测针l的一端头部磨尖，另一端头部弯出一个折边，形成一个可以限制其从框架的测针孔中滑出的结构，这样在提起框架时测针1就不会从框架3上所设的小孔中滑脱。在框架上固定一个水平仪2。另外，将一根透明的聚乙烯塑料管8的一端固定在框架上有刻度的一侧，另一端固定在一根直杆7上，然后在塑料管内充入液体，最好是充入带有颜色的液体，如加入红颜料的水，如此形成一个水位计。框架3装有水位计的一边设置一固定支点9。用细绳将框架上的刻度水平延伸至框架的另一边并绷紧，形成可贯通全部测针的水平刻度线4(应保证细绳与测针不在同一个平面上，以避免这绷些水平刻度线对测针运动有阻碍，在实际的使用中也可绘制一张带有水平刻度的纸，将这张刻度纸贴于框架上，形成水平测量线)，每两根刻度线间的间距为lcm。并取其中间一根为零度线5。框架3不设水位计的一边用铰链固定两个支撑杆6。把装置放在水平面上(如平板玻璃面上)并垂直，在测针1上做标记，使标记与水平刻度细线上的零线5重合。进行测量时，使测针的固定支点9末端着地，调整两支撑杆6，使整个装置垂直放置于被测地处，并通过水平仪使框架上边保持在水平位置。这时各测针下端与地表接触，形成不同的高度指示。测定测定粗糙度时，选择有代表性的小区(1mXlm)，沿地块犁地的方向，在每个小区横向测2次，长度方向(1m)测4次，共200个点，每个小区取相同的水平参考面。测定时，先把水位计的另一端固定，仪器放在地上，支点接地，调整另一端，使仪器垂直并水平，这时纪录水位计的刻度，同时纪录各个探针的刻度，探针标记在零线以上记为正值，零线以下记为负值，精确到0.2cm，后一位数字为估测值，一次可以测定25个点(包括支点)。根据测定地表的整体状况，每块地做35个重复，这样有600~1000个点。计算按样地分别,计算(每个样地有相同的水平参考面，详细计算过程见测量与计算举例)。第一步参考点的校正。目的是校正测定时每一个样地着地的参考点在同一个水平面。选取第一个或最低点的值作为参考点，其它的参考点减去它的值，作为校正该组测针的值。第二部测针的校正。目的是用参考点的值来校正测针的值，因为测针的值是相对于参考点的值。用纪录的测针值，减去第一步校正的参考点的值，得到该组测针相对于第一组或最低点水平面的值，数值为正时，表示该点在选定的水平面之上，负数表示该点低于该水平面。第三步把选取的3~5个小区校正的值，取绝对值，再计算平均值(mean)和标准差(se)。应用用平均值反映地表的粗糙程度,在平均值接近时，可以根据标准差(se)来判断地表的粗糙度，se越大，说明地表的粗糙程度越大。也可以参照D丄.Brough等人的方法计算。测量与计算举例表1是测得的一组数据(以10个测针的值为例)。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>第一步校正参考点(以最低点0.56所在的面为参考平面)，见表2表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>第二步校正测针的值(见表3)表3\^测针号参考点校正值(cm)、N^12356789100.18-0.180.620.521.221.826.327.323.828.028.620,1_0,10.90.70.90.91.41.40.91.90.90.01.222.52,933.14.62.52.23.1第三步取第二步校正值的绝对值，计算绝对值的平均值(mean),标准金(se)。(见表4)表4测针号参考点校正值(cin)^^^23456789100.180.180.620.521,221.826.327.323.828.028.620.10.10.90.70.90.9L41.40.91.90.90.01.222.52.933.14.62.52.23.1计算的结果mean=2.30cm，se=0.42。权利要求1.土壤表面粗糙度测定装置，其特征是在一个框架上固定有一个固定支点，框架上还分别设置至少两个与固定测臂平行且可沿框架的上下边框运动的测针和可测量测针高度变化的高度指示。2.根据权利要求1所述的土壤表面粗糙度测定装置，其特征是框架上设置有测量面与测针相垂直的水平仪。3.根据权利要求2所述的土壤表面粗糙度测定装置，其特征是框架上设置有水位计。4.根据权利要求1或2或3所述的土壤表面粗糙度测定装置，其特征是在框架上设置两根支撑杆，在测量时两根支撑杆与固定测臂形成对框架的稳定支撑。5.根据权利要求4所述的土壤表面粗糙度测定装置，其特征是水位计由柔性且透明的材料制成的水管，水管的一端与测针相平行的固定于框架上，水管的另一端固定于与框架分离的支撑件上。6.根据权利要求5所述的土壤表面粗糙度测定装置，其特征是框架由空腹型材构成，框架的两个相对的边上定距开设有测针孔，由刚性材料制成测针的一端为尖端，另一端带有一个可以限制其从框架的测针孔中滑出的结构。全文摘要本发明涉及一种用于测量地块表面粗糙度的装置及测量方法。本发明的装置是在一个框架上固定有一个支点，框架上还分别设置至少两个与固定测臂平行且可沿框架的上下边框运动的测针和可测量测针高度变化的高度指示。文档编号G01F23/00GK101236063SQ20081008319公开日2008年8月6日申请日期2008年3月6日优先权日2008年3月6日发明者南志标,沈禹颖,牛伊宁申请人:兰州大学