[发明专利]土壤蒙氏颜色-质地野外数码诊断记录仪(i-DSCT)

说明书

技术领域

本发明专利属于土壤环境调查技术领域。其涉及土壤颜色判定、土壤各级粒度定量与质地判定、GPS定位技术。通过摄像传感器成像辅以计算机图像处理分析技术，实时、原位形成对观察土壤样本的颜色、质地及各种土壤环境属性智能化诊断和记录。该仪器适用于野外土壤环境科学考察、各级学校土壤类相关专业教学实习使用。

背景技术

土壤的物理诊断特性是开展土壤环境质量评价与土壤污染修复的主要参数。其中，土壤颜色和土壤质地是二种重要的物理特性。

土壤颜色是土壤物质成分和内在性质的外部反映，是土壤发生层次外表形态特征最显著的标志。在传统土壤学中许多土壤类型的名称均以其颜色命名，如黑土、红壤、黄壤、棕壤、褐土、紫色土等。客观定量地鉴别土壤颜色及其变化特征，是综合评价土壤矿物组成、有机质含量及其土壤肥力、土壤环境质量的基础。

土壤颜色是十分复杂而多样的，绝大多数呈复合色彩，在传统的土壤调查过程中，土壤颜色的确定通常是依靠观察者的肉眼估计，由于土壤调查工作者对颜色的分辨力和理解不同，再加土壤颜色会随时随地变化，因而对土壤颜色的描述上存在的分歧也较大，并具有相当大的主观随意性。为此土壤科学于20世纪后期引进了土壤标准颜色比对的方法，如日本1973年研制了《日本标准土色帖》；美国1975年研制了《蒙氏土壤颜色卡》；中国科学院南京土壤研究所和西安光机所随后也研制了《中国标准土壤色卡》。

现有的土壤颜色判定技术上，多是使用上述三种色卡进行现场比对得出。由于《日本标准土色帖》和《蒙氏土壤颜色卡》难以满足我国土壤工作者鉴别土壤颜色的需要，同时其土壤色卡价格昂贵，再加上述三种纸质土壤色卡在野外使用过程中，遭受雨淋水浸、土染，极易变色或损坏。

土壤质地的分类和划分标准世界各国亦很不统一。国际上应用较为广泛、我国也曾经采用过的有国际制、威廉斯-卡庆斯基制和美国制。中国(1978)拟定的土壤质地分类方案是按砂粒、粉粒和黏粒的质量分数划分出砂土、壤土和黏土3类11级。目前随着国际学术研究交流的增多，中国土壤质地分类也采用了国际上流行的美国分类标准。该标准也是按砂粒、粉粒和黏粒的质量分数划分出砂土、壤土和黏土3类12级。

对于土壤质地属性的诊断，在野外大部分由科研人员使用手撮法凭借主观经验进行判断。或是通过采样、处理，然后使用机械筛分法或激光测粒仪进行数据获取和分析，再进行判断。手撮法主观性强，经验要求高，误差较大。机械筛分法和激光测粒仪法费时、费力、造价高且不能野外实时进行。由荷兰生产的沙盘尺是一种由透明材料制造的、装有标准样本的碟形物。在测量土壤质地时，是一个非常好的指示工具。但是，沙盘尺在国内价格极为昂贵，且样本不足以全面表示目前通用的美国制标准，也不适合本国内使用。

目前国内，能同时自动分析土壤颜色、质地并定位的信息化设备基本没有。经资料搜集发现也无相关类似专利申请。

发明内容

本发明专利目的是提供一种便于携带、自动化和信息化程度高的土壤颜色-质地诊断数码记录仪。本发明专利目的可以通过以下技术方案实现：

该设备具有矩形的机身壳体，壳体上设有：开关按钮、光标移动和确认按钮、摄像传感器窗口、显示面板窗口、USB接口。壳体内设有以下部件：设置控制模块、GPS模块、摄像传感器模块、土壤颜色标准储存模块、土壤质地标准储存模块、微型处理器模块、样本信息储存模块、输出控制模块。

通过机身的摄像传感器对观察土壤样本成像并存于机内。同时，通过设置控制模块配合微型处理器模块提取影像的色彩、粒度信息，并与机内土壤颜色、质地标准储存模块中标准样本进行参比。将最近似的标准样本色彩、质地信息作为分析样品的属性值。机内所有信息通过输出控制模块进行显示和控制USB接口经过数据线向外部计算机输出。设置控制模块可以控制机身的光标移动与确认按钮完成对土壤样本其他环境属性的输入及实现人机交互。壳体内的电源系统为仪器的正常工作提供动力保证。

本发明专利的特征在于其机内的土壤颜色标准储存模块、土壤质地标准储存模块内存有标准的土壤样本颜色和质地的影像资料和属性值。其中土壤质地标准储存模块内所存分三类，分别是日本《标准土色帖》中的389个色片、美国《芒赛尔土色卡》中的199个色片、中国《中国标准土壤色卡》426个色片的标准影像和颜色的色调(相)、明度、彩度属性值；土壤质地标准储存模块内所存为采集中国境内按美国制土壤质地分类标准的十二种土壤质地类型，每种类别三个不同标准土样的影像、类别名称、各级粒度质量百分比(共计36个)。