专利名称：一种土壤表面粗糙度测量板及测量方法
技术领域：
本发明属于遥感土壌參数测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种土壤粗糙度测量板及測量方法。
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ー个重要參量。在微波遥感中，土壌表面粗糙度是影响土壤微波散射特性的重要因素，是土壤微波散射模型中的重要參量，也是土壤參数反演的主要參量，因此需要准确评估和測量土壌表面粗糙度。土壌表面粗糙度由均方根高度和相关长度表示，这两个參量分别在垂直方向和水平方向表征了土壤表面的起伏情況，即粗糙度。土壤表面粗糙度的测量方法通常有接触式和非接触式两种方式。非接触式方法采 用激光进行測量，这种测量方法所用的測量装置成本相对较高。接触式測量方法是测量时仪器与土壌接触，接触式方法主要有测针法、链条法和杆尺法。目前，土壌表面粗糙度测试大多是基于杆尺法的接触式測量方式，虽然其所用测量装置成本较低，但其测量时需要将装置插入土壌内部，这对土壌表面具有一定破坏性，因此测量过程耗时耗力，而且测量的精度和速度都难以满足要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供ー种结构简单，測量成本较低；携帯方便，适用于野外土壌粗糙度测量；数据采集便利，測量效率较高，耗时较短的土壌表面粗糙度测量板及測量方法。为实现上述发明目的，本发明土壌表面粗糙度测量板，其特征在于，包括垂直放置的底板、若干探针；所述底板为矩形，长度为0. 8^1. 2米、高度为0. 4^0. 6米，且在四个角位置分别设有一个明显的十字标识；所述的若干探针垂直均匀置于底板前面，在每个探针底端套有圆帽，且底端与土壤表面接触，并可根据土壤表面起伏上下移动；探针顶端针尖形状，探针的上段与底板色彩对比度明显，且与底板色彩对比度明显的探针上段部分的长度大于土壤表面起伏的高度差;通过高分辨率的数码相机尽可能地以平视的角度拍摄土壌表面粗糙度测量板，获得反映土壌表面粗糙度的照片，然后获得十字标识的像素点坐标，井根据十字标识实际的垂直距离，获得像素点到距离的垂直比例系数；再厚获取照片中各个探针顶端的像素点纵坐标并作高度值，依据垂直比例系数得到实际高度值，该高度值反映了各个探针所在位置的起伏情況；最后根据各个探针的实际高度值计算出表征土壤表面粗糙度的均方根高度和相关长度。一种土壤表面粗糙度的測量方法，其特征在于，包括以下步骤
(I)、将土壤表面粗糙度测量板平稳垂直放置在被测土壤表面；(2)、在距离土壌表面粗糙度测量板4m_5m处用高分辨率数码相机尽可能以平视的角度拍摄粗糙度测量板，获得ー张反映土壌表面粗糙度的图片；(3)、将土壤表面粗糙度测量板平稳垂直放置到被测土壤表面的不同位置，放置方向不限，但要求位置之间不存在重叠区域，用步骤(2)同样的方法拍摄，这样重复，获得20张大于等于反映土壌表面粗糙度的图片；(4)、对每ー张已拍摄粗的土壌表面粗糙度测量板的图片，采用以下方式进行处理4. I)、在电脑上用任意一款图像处理软件,如Windows自带的画图软件、A⑶See或Adobe Photoshop，将已拍摄粗的土壤表面粗糙度测量板的图片的分辨率修改到合适大小，修改后的图片像素最好为1280*768，先依次记录土壌表面粗糙度测量板四个角上十字标识的像素点坐标依次记录；然后利用图像处理软件的“裁剪”工具截取包含所有探针完整上段部分的图片；4. 2)、利用图像处理程序对截取包含所有探针完整上段部分的图片首先进行灰度和亮度滤波，并将图片进行ニ值化处理；然后处理可能出现的同值现象；其中，同值是指不同探针顶端连在一起成为ー个点，或异值是同一探针顶端分成了两个点；4. 3)、提取处理后的包含所有探针完整上段部分图片中每个顶端的纵坐标，并确保每个探针顶端提取ー个纵坐标，依次存入探针高度的数组；4. 4)、根据土壤表面粗糙度测量板四个角上十字标识之间的实际距离，计算垂直
比例系数，完成像素点到实际距离的换算；
权利要求
1.一种土壤表面粗糙度测量板，其特征在于，包括垂直放置的底板、若干探针； 所述底板为矩形，长度为0. 8^1. 2米、高度为0. 4^0. 6米，且在四个角位置分别设有一个明显的十字标识； 所述的若干探针垂直均匀置于底板前面，在每个探针底端套有圆帽，且底端与土壤表面接触，并可根据土壤表面起伏上下移动；探针顶端针尖形状，探针的上段与底板色彩对比度明显，且与底板色彩对比度明显的探针上段部分的长度大于土壤表面起伏的高度差； 通过高分辨率的数码相机尽可能地以平视的角度拍摄土壤表面粗糙度测量板，获得反映土壤表面粗糙度的照片，然后获得十字标识的像素点坐标，并根据十字标识实际的垂直距离，获得像素点到距离的垂直比例系数；再厚获取照片中各个探针顶端的像素点纵坐标并作高度值，依据垂直比例系数得到实际高度值，该高度值反映了各个探针所在位置的起伏情况；最后根据各个探针的实际高度值计算出表征土壤表面粗糙度的均方根高度和相关长度。
2.根据权利要求I所述的土壤表面粗糙度测量板，其特征在于，所述的探针的上段套有白色热缩管，所述的底板为黑色。
3.一种土壤表面粗糙度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 (I )、将土壤表面粗糙度测量板平稳垂直放置在被测土壤表面； (2)、在距离土壤表面粗糙度测量板4m-5m处用高分辨率数码相机尽可能以平视的角度拍摄粗糙度测量板，获得一张反映土壤表面粗糙度的图片； (3)、将土壤表面粗糙度测量板平稳垂直放置到被测土壤表面的不同位置，放置方向不限，但要求位置之间不存在重叠区域，用步骤(2)同样的方法拍摄，这样重复，获得20张大于等于反映土壤表面粗糙度的图片； (4)、对每一张已拍摄粗的土壤表面粗糙度测量板的图片，采用以下方式进行处理 ·4.I)、在电脑上用任意一款图像处理软件，如Windows自带的画图软件、A⑶See或Adobe Photoshop，将已拍摄粗的土壤表面粗糙度测量板的图片的分辨率修改到合适大小，修改后的图片像素最好为1280*768，先依次记录土壤表面粗糙度测量板四个角上十字标识的像素点坐标依次记录；然后利用图像处理软件的“裁剪”工具截取包含所有探针完整上段部分的图片； · 4.2)、利用图像处理程序对截取包含所有探针完整上段部分的图片首先进行灰度和亮度滤波，并将图片进行二值化处理；然后处理可能出现的同值现象；其中，同值是指不同探针顶端连在一起成为一个点，或异值是同一探针顶端分成了两个点； ·4.3)、提取处理后的包含所有探针完整上段部分图片中每个顶端的纵坐标，并确保每个探针顶端提取一个纵坐标，依次存入探针高度的数组； ·4.4)、根据土壤表面粗糙度测量板四个角上十字标识之间的实际距离，计算垂直比例系数，完成像素点到实际距离的换算；式中，Yscale是垂直比例系数，Ltllift为土壤表面粗糙度测量板左边两个十字标识之间实际的垂直距离，Ltoight为土壤表面粗糙度测量板右边两个十字标识之间实际的垂直距离；Ldlift拍摄粗的土壤表面粗糙度测量板的图片中左边两点十字标识之间的像素个数，通过步骤4. I)获得的左边两点十字标识的像素点纵坐标相减获得，Ldright拍摄粗的土壤表面粗糙度测量板的图片中右边两点十字标识之间的像素个数；通过步骤4. I)获得的右边边两点十字标识的像素点纵坐标相减获得； 将步骤4. 3)得到的数组中的各个表示探针高度的纵坐标乘以垂直比例系数，得到各个探针的实际闻度； (5)、将20张大于等于反映土壤表面粗糙度图片获得的各组探针高度数据依次排序合并为一个探针高度数据表，然后依据探针高度数据表中高度数据计算出表征被测土壤表面粗糙度的均方根高度和相关长度 均方根高度计算公式为
4.根据权利要求3所述的土壤表面粗糙度的测量方法，其特征在于，还包括定标步骤，将土壤表面粗糙度测量板垂直放置在水平光滑的表面上，按照上述方法提取出探针顶端各点的坐标，按步骤I到步骤4. 3的方法获得一组探针高度数组作为定标探针高度数组，进行测量时，步骤4. 3得到的探针高度数组中各探针的高度还要减去定标探针高度数组对应的探针闻度。
全文摘要
本发明公开了一种土壤表面粗糙度测量板通过在垂直放置的底板前面垂直均匀设置若干探针，每个探针底端套有圆帽，且底端与土壤表面接触，并可根据土壤表面起伏上下移动，探针上段与底板色彩对比度明显。这样通过对土壤表面粗糙度测量板进行拍摄，然后对拍摄的图片进行处理，获取各个探针的实际高度值并计算出表征土壤表面粗糙度的均方根高度和相关长度。土壤表面粗糙度测量板结构比较简单，尺寸不大，便于携带，适用于野外土壤粗糙度测量；另外，通过拍摄获取土壤表面起伏的高度差，采集便利，耗时短，测量效率高；最后，由于探针底端有圆帽，不会插入土壤内部，避免了对土壤表面的破坏。
文档编号G01B11/30GK102788566SQ20121032136
公开日2012年11月21日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者庞少峰, 童玲, 贾明权, 陈彦 申请人:电子科技大学