專利名稱：土壤特性的觀測(cè)裝置和土壤特性的觀測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)定土壤特性的土壤特性觀測(cè)裝置和土壤特性的觀測(cè)方法，特別是，涉及收集有關(guān)農(nóng)場(chǎng)內(nèi)立體土壤特性分布的信息的土壤特性觀測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，從保護(hù)環(huán)境和提高效益的觀點(diǎn)出發(fā)，為了使與供生產(chǎn)農(nóng)作物的農(nóng)場(chǎng)單位面積相對(duì)應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，肥料或飼料等的投入量最小，正在普遍地引進(jìn)精密農(nóng)耕法。
在精密農(nóng)耕法中，把規(guī)模比較大的農(nóng)場(chǎng)區(qū)分為多個(gè)區(qū)域，在考慮到每一個(gè)區(qū)域中不同的土壤特性(土壤特性的差異)的前提下，對(duì)每一個(gè)區(qū)域有關(guān)的施肥和撒播農(nóng)藥等進(jìn)行最恰當(dāng)?shù)墓芾怼?br> 要實(shí)施這樣的精密農(nóng)耕法，就必須取得能正確反映每一個(gè)區(qū)域的有關(guān)土壤特性差異的信息。
例如，在5,044,756號(hào)美國(guó)專利公報(bào)中所記載的裝置，是用車(chē)輛之類牽引，在規(guī)定深度的土壤中大致水平地移動(dòng)。在移動(dòng)的過(guò)程中，把特定波長(zhǎng)的光線照射到土壤中，同時(shí)檢測(cè)其反射光線，根據(jù)其反射光線的特性，就能對(duì)土壤中所含有的有機(jī)物和水分進(jìn)行實(shí)時(shí)的定性和定量的觀測(cè)。
將各區(qū)域的相應(yīng)信息與，例如，過(guò)去所積累的數(shù)據(jù)信息或者地理上不同的其他農(nóng)場(chǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較，就能靈活運(yùn)用這些信息，找到適合于各個(gè)區(qū)域的土壤特性的最佳管理方法(確定施肥量和農(nóng)藥的撒播量等)。為此，希望對(duì)與各區(qū)域相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn))，以便能與在時(shí)間上，地理上不同的地域所取得的土壤特性的有關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較。要使數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)化，例如，就要采集反映土壤的物理-化學(xué)特性的多種參數(shù)進(jìn)行公式化(函數(shù)化)，用以作為評(píng)價(jià)土壤性質(zhì)的指標(biāo)。此時(shí)，例如，當(dāng)從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的所謂優(yōu)勢(shì)的觀點(diǎn)出發(fā)來(lái)評(píng)價(jià)土壤特性時(shí)，作為對(duì)這種土壤特性定義用的指標(biāo)中，不可缺少的參數(shù)，按照上述公報(bào)所記載的裝置，除了所觀測(cè)到的有機(jī)物含量和含水量(含水率)之外，還有粘土含量和土壤密度等等。
可是，粘土含量和土壤密度等這些參數(shù)，反映在土壤物理特性的很多方面(例如，土壤的硬度和導(dǎo)電率等)，用光學(xué)分析方法進(jìn)行定量分析是很困難的，所以必須另外采用具有能檢測(cè)土壤硬度和導(dǎo)電率的功能的傳感器。
可是，當(dāng)采用不同檢測(cè)原理的傳感器，在實(shí)時(shí)下檢測(cè)多個(gè)參數(shù)時(shí)，因?yàn)榘惭b位置的限制，是在各傳感器互相隔開(kāi)的位置上檢測(cè)土壤中有關(guān)的各種特性的。這樣，就不能保證檢測(cè)出來(lái)的各種特性是同一個(gè)試樣的特性。
此外，包括上述公報(bào)中所記載的裝置在內(nèi)，當(dāng)掌握農(nóng)場(chǎng)內(nèi)的土壤特性的分布時(shí)，在使用在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定(檢測(cè))反映土壤特性的參數(shù)的裝置的情況下，檢測(cè)元件與試樣(土壤)之間的關(guān)系容易受到外界的影響而產(chǎn)生誤差。例如，在使檢測(cè)元件與土壤接觸的情況下進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，很容易產(chǎn)生檢測(cè)元件與土壤之間接觸壓力的變化，另一方面，當(dāng)使檢測(cè)元件在離開(kāi)土壤的狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，又容易產(chǎn)生檢測(cè)元件與土壤之間距離的變化，所以，這些在外在因素影響下所取得的數(shù)據(jù)的精度和再現(xiàn)性都是很差的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是有鑒于以上的實(shí)際情況而作出的，其目的是提供一種土壤特性的觀測(cè)裝置，它能夠高效率地取得農(nóng)場(chǎng)內(nèi)有關(guān)土壤特性的分布情況的，高精度的數(shù)據(jù)信息，對(duì)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌管理。
為了達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明的一種觀測(cè)土壤特性的土壤特性觀測(cè)裝置，它具有下列裝置能使切削面與任意深度的土壤接觸，在對(duì)土壤邊切削邊行進(jìn)的過(guò)程中，在與上述切削面行進(jìn)方向相反方向上形成觀測(cè)空間的土壤切削裝置；檢測(cè)裝置；距離識(shí)別裝置；以及距離對(duì)應(yīng)裝置；上述檢測(cè)裝置測(cè)定位于上述觀測(cè)空間與土壤的界面上的觀測(cè)面的土壤特性；上述距離識(shí)別裝置識(shí)別從上述檢測(cè)裝置到上述測(cè)面之間的距離；上述距離對(duì)應(yīng)裝置根據(jù)上述距離識(shí)別裝置所識(shí)別的距離，讓上述檢測(cè)裝置來(lái)處理所檢測(cè)到的有關(guān)土壤特性的信息。
借助于上述結(jié)構(gòu)的裝置，根據(jù)上述距離識(shí)別裝置所識(shí)別的距離，上述檢測(cè)裝置就能對(duì)所檢測(cè)到的與土壤特性有關(guān)的信息進(jìn)行處理。這樣，如果能夠在從上述檢測(cè)裝置到上述觀測(cè)面的距離相等的情況下(在最適當(dāng)?shù)姆秶臈l件下)取得數(shù)據(jù)信息，那么就能把這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分組。因此，關(guān)于上述檢測(cè)裝置所檢測(cè)出來(lái)的土壤的特性(作為具有確定其分析精度的條件的，在檢測(cè)元件與檢測(cè)對(duì)象之間的距離是重要的特性，例如，從土壤的反射光線的分光光譜之類的土壤光學(xué)特性)，就能夠取得精度和再現(xiàn)性都很高的數(shù)據(jù)信息。
此外，上述距離對(duì)應(yīng)裝置通常都具有下列各部分根據(jù)上述距離識(shí)別裝置所識(shí)別的距離來(lái)識(shí)別上述土壤切削面的凹凸?fàn)顟B(tài)的凹凸?fàn)顟B(tài)識(shí)別裝置；根據(jù)上述凹凸?fàn)顟B(tài)識(shí)別裝置所識(shí)別的凹凸?fàn)顟B(tài)，對(duì)用上述檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的有關(guān)土壤特性的信息進(jìn)行分組的分組處理裝置。
此時(shí)，對(duì)上述有關(guān)土壤特性的信息的分組，例如上述凹凸?fàn)顟B(tài)，也可以是把用上述檢測(cè)裝置在對(duì)土壤特性的檢測(cè)條件有利的情況下所檢測(cè)到的信息，進(jìn)行使用性很強(qiáng)的分組篩選處理。
此外，在包含上述土壤特性的觀測(cè)點(diǎn)在內(nèi)的規(guī)定區(qū)域中，在所有規(guī)定的次數(shù)內(nèi)，在識(shí)別上述距離時(shí)，利用所識(shí)別的距離的平均值，分散程度(或標(biāo)準(zhǔn)偏差)，或者對(duì)所識(shí)別的距離的變化所評(píng)定的凹凸的非對(duì)稱性這些指標(biāo)，可以對(duì)這些指標(biāo)的一部分或者全部進(jìn)行考核，對(duì)上述信息進(jìn)行分組。
借助于這樣的構(gòu)成，就能對(duì)，例如，凹凸?fàn)顟B(tài)類似的土壤面，或者凹凸?fàn)顟B(tài)較好的土壤面上檢測(cè)到的關(guān)于土壤特性的信息，進(jìn)行分組處理，對(duì)用上述土壤特性檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的土壤特性(作為決定分析精度的條件，檢測(cè)元件與檢測(cè)對(duì)象之間的距離是重要的特性)，就能取得精度和重復(fù)性更高的數(shù)據(jù)信息。
此外，在上述檢測(cè)裝置所檢測(cè)出來(lái)的土壤特性中，最好還包含根據(jù)來(lái)自上述觀測(cè)面的反射光的光學(xué)特性。
此外，按照本發(fā)明的另一種觀測(cè)土壤特性的觀測(cè)裝置，它具有使其切削面與任意深度的土壤接觸，對(duì)土壤邊切削邊行進(jìn)的土壤切削裝置，以及檢測(cè)裝置，上述檢測(cè)裝置主要檢測(cè)與上述切削面接觸的土壤的電氣特性。
本文中所謂的電氣特性，例如包括，導(dǎo)電率，電阻，電容，介電常數(shù)等等。
此時(shí)，上述檢測(cè)導(dǎo)電率的檢測(cè)裝置中的檢測(cè)元件(例如，電極元件)，最好設(shè)置在上述土壤切削裝置前端的附近。
使用上述構(gòu)成，由于能直接而且連續(xù)地檢測(cè)與上述土壤切削裝置的切削面接觸的土壤的導(dǎo)電率或者介電常數(shù)，因此，就能在廣大的區(qū)域內(nèi)，對(duì)土壤的電器特性，更進(jìn)一步對(duì)與電器特性有關(guān)的各種土壤特性，高效率地取得精確的數(shù)據(jù)信息。
此外，上述檢測(cè)裝置必須要有露出在上述切削面上，相互之間絕緣的至少一對(duì)電極。
此外，上述檢測(cè)裝置最好具有能向上述一對(duì)電極加載規(guī)定頻率的交流電壓的電壓加載裝置。
在上述電極表面上不發(fā)生電極反應(yīng)，所以輸出信號(hào)的特性在很長(zhǎng)的時(shí)間，甚至經(jīng)過(guò)幾年也難于會(huì)發(fā)生變化。因此，才能夠長(zhǎng)期一貫地檢測(cè)出可靠性極高的有關(guān)土壤的導(dǎo)電率和介電常數(shù)的數(shù)值。
此外，上述加載電壓的裝置，最好具有在上述一對(duì)電極上加載規(guī)定頻率的交流電壓的第一電壓加載裝置，和加載其頻率與第一電壓加載裝置所加載的交流電壓不同電壓的第二電壓加載裝置。
借助于上述構(gòu)成，基于上述第一電壓加載裝置所加載的交流電壓，測(cè)定流過(guò)預(yù)定電路內(nèi)的電流特性，除了能掌握與土壤切削裝置的切削面接觸的土壤的導(dǎo)電率之外，還基于上述第二電壓加載裝置所加載的交流電壓，能測(cè)定在其他電路內(nèi)流動(dòng)的電流的特性，從而掌握與土壤切削裝置的切削面接觸的土壤的其他電氣特性(例如介電常數(shù))。因此，用一對(duì)電極就能掌握關(guān)于上述土壤切削裝置的切削面接觸的土壤的多種不同的電氣特性。
此外，另一個(gè)發(fā)明的一種觀測(cè)土壤特性的土壤特性觀測(cè)裝置，它具有對(duì)任意深度土壤的邊切削邊行進(jìn)的刃狀的土壤切削裝置和檢測(cè)裝置，上述檢測(cè)裝置在上述土壤切削裝置行進(jìn)的過(guò)程中，能檢測(cè)出與行進(jìn)方向相反的一面上的作用力。
借助于上述構(gòu)成，通過(guò)在與上述土壤切削裝置行進(jìn)方向相反一側(cè)上的作用力就能檢測(cè)出存在于上述土壤切削裝置前方的土壤作用于上述土壤切削裝置的切削面(特別是前端部)上的荷載，換言之，就是能檢測(cè)出土壓(土壤阻力)來(lái)。此外，上述土壓還與土壤的硬度有相當(dāng)大的關(guān)系。即，隨著上述土壤切削裝置的行進(jìn)，能夠依次檢測(cè)出處于前方的土壤的硬度。
此外，像直接檢測(cè)受到前方土壤的土壓(阻力)的薄膜式壓力傳感元件那樣，就沒(méi)有必要在檢測(cè)上述土壓時(shí)，在土壤切削裝置的切削面上，或者在切削面(表面)附近設(shè)置傳感器元件。換言之，在上述土壤切削裝置的切削面與變形量檢測(cè)裝置的檢測(cè)元件之間形成了比較厚的一層，就能確保對(duì)于因?yàn)榕c土壤接觸而對(duì)上述土壤切削裝置的切削面形成的沖擊，以及該切削面的磨損，確保充分的耐用性。
此外，另一個(gè)發(fā)明也是觀測(cè)土壤特性的土壤特性觀測(cè)裝置，它主要具有下列裝置能使切削面與任意深度的土壤接觸，在對(duì)土壤邊切削邊行進(jìn)過(guò)程中，在上述切削面行進(jìn)方向的相反方向上形成觀測(cè)空間的土壤切削裝置；檢測(cè)裝置；檢測(cè)條件識(shí)別裝置，制分組信息制成裝置；上述檢測(cè)裝置至少測(cè)定下列土壤特性中的一種位于上述觀測(cè)空間與土壤的界面上的觀測(cè)面的土壤特性，或者與上述切削面接觸的土壤特性；上述檢測(cè)條件識(shí)別裝置識(shí)別在上述檢測(cè)裝置檢測(cè)多種土壤特性的過(guò)程中的檢測(cè)條件；上述分組信息制作裝置根據(jù)用上述檢測(cè)條件識(shí)別裝置所識(shí)別的檢測(cè)條件，對(duì)上述多種土壤特性制作成與大致相同的土壤試樣相對(duì)應(yīng)的成組數(shù)據(jù)信息組。
所謂“大致相同”，不僅完全相同，例如，它也意味著用上述土壤切削裝置所切削下來(lái)的土壤中互相對(duì)持的的土壤表面(表層的土壤)。此外，所謂“檢測(cè)條件”，也可以包括，例如，為檢測(cè)各參數(shù)用的傳感器元件的布置方式的差異。
借助于這種構(gòu)成，就能把作為土壤特性的檢測(cè)數(shù)值的在任意觀測(cè)點(diǎn)上獲得的多個(gè)數(shù)據(jù)，作為與大致相同的土壤試樣相對(duì)應(yīng)的信息，正確而且高效率地進(jìn)行綜合。這樣，就能根據(jù)土壤特性在地域廣闊的地理上的分布，高效率地收集對(duì)制作普遍性很高的資料圖有用的信息。
此外，在上述檢測(cè)條件識(shí)別裝置所識(shí)別的檢測(cè)條件中，上述多種土壤特性優(yōu)選包含對(duì)上述多種土壤特性所檢測(cè)出來(lái)的時(shí)間，以及上述土壤切削裝置的行進(jìn)速度。
借助于上述構(gòu)成，就能夠?qū)⑸鲜龆喾N參數(shù)作為與同樣的土壤試樣相對(duì)應(yīng)的信息，進(jìn)行正確而且高效率的綜合。
此外，在上述觀測(cè)面上所存在的土壤的特性中，優(yōu)選至少包括下列土壤的光學(xué)特性和熱力學(xué)特性中的一種例如，紅外線的光譜，可見(jiàn)光光譜，攝像，溫度等。
此外，上述檢測(cè)裝置最好能對(duì)上述觀測(cè)面上存在的土壤的特性，以及與上述切削面接觸的土壤的特性都能進(jìn)行測(cè)定。
在上述與切削面接觸的土壤的特性中，最好至少包含土壤下列電氣特性和力學(xué)特性中的一種例如，土壤的電氣特性，土壤的硬度等。
此外，上述檢測(cè)裝置可以從大致相同的土壤試樣中檢測(cè)上述存在與觀測(cè)面上的土壤的特性，和與上述切削面接觸的土壤的特性。
此外，上述土壤特性觀測(cè)裝置還具有比較裝置，該比較裝置基于上述觀測(cè)面上所存在的土壤的特性和與上述切削面接觸的土壤的特性中的至少一種特性，對(duì)其它特性的可靠性進(jìn)行比較。此處所說(shuō)的“特性的可靠性”，指的是上述檢測(cè)裝置所檢測(cè)出的特性的可靠性。
借助于上述構(gòu)成，可以根據(jù)與這些土壤特性相關(guān)的某兩種不同的特性，定量地掌握例如土壤的含水率，有機(jī)物的含量等，同一土壤特性，從而提高所獲得的與這些土壤特性相關(guān)的數(shù)據(jù)信息的可靠性。
此外，此處所謂的同一種土壤特性，不僅是指完全相同的特性，也可以是大致相同的土壤特性，或者類似的土壤特性。
此外，上述土壤特性觀測(cè)裝置據(jù)具有通信裝置和處理裝置，上述通信裝置能把關(guān)于本土壤特性觀測(cè)裝置現(xiàn)在所處的位置的信息作成來(lái)自外部的通信息而獲得，上述處理裝置優(yōu)選能把上述通信信息與上述檢測(cè)裝置所檢測(cè)得到的土壤特性作為相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息。
借助于上述構(gòu)成，就能夠高效率地把在各觀測(cè)點(diǎn)上所獲得的與土壤特性有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，與它在農(nóng)場(chǎng)內(nèi)所處的正確位置相對(duì)，并對(duì)其進(jìn)行管理。
按照本發(fā)明的土壤特性檢測(cè)方法的要點(diǎn)是，使切削面與任意深度的土壤接觸，在對(duì)土壤邊切削邊行進(jìn)的過(guò)程中，在與上述切削面行進(jìn)的方向相反的一側(cè)形成觀測(cè)空間，根據(jù)從上述檢測(cè)裝置到上述觀測(cè)面之間的距離，對(duì)用檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的、與位于上述觀測(cè)空間與土壤的界面之間的觀測(cè)面的土壤特性有關(guān)的信息進(jìn)行處理。
借助于這一方法，就能夠?qū)τ蒙鲜鰴z測(cè)裝置所檢測(cè)到的與土壤特性有關(guān)的信息，進(jìn)行與距離相對(duì)應(yīng)的處理。這樣，例如，在從檢測(cè)裝置到觀測(cè)面之間的距離相同的情況下(在條件最適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)條件下所取得的)取得數(shù)據(jù)信息時(shí)，就能夠?qū)@些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分組化。因此，對(duì)于用上述檢測(cè)裝置所測(cè)得的土壤特性(作為決定其分析精度的條件，是檢測(cè)元件與檢測(cè)對(duì)象之間的距離是重要的特性，例如，來(lái)自土壤的反射光的分光光譜等那樣的土壤光學(xué)特性)，就能獲得精度和再現(xiàn)性都很高的數(shù)據(jù)信息。
按照本發(fā)明的另一種土壤特性檢測(cè)方法的要點(diǎn)是，使切削面與任意深度的土壤接觸，在對(duì)土壤邊切削邊行進(jìn)的過(guò)程中，檢測(cè)出與上述切削面接觸的土壤的電氣特性。
此處所謂的電氣特性，包括，例如，導(dǎo)電率，電阻，電容，介電常數(shù)等等。
借助于上述方法，由于能直接而且連續(xù)地檢測(cè)出與上述切削面接觸的土壤的導(dǎo)電率或者介電常數(shù)，所以就能在廣闊在范圍內(nèi)對(duì)土壤的電氣特性，更進(jìn)一步，能對(duì)與電氣特性有關(guān)的各種土壤特性，高效率地獲得精確的數(shù)據(jù)信息。
此外，借助于本發(fā)明的另一種土壤特性觀測(cè)方法的要點(diǎn)是，使切削面與任意深度的土壤接觸，在對(duì)土壤邊切削邊行進(jìn)的過(guò)程中，檢測(cè)出作用在與上述切削面的行進(jìn)方向相反的另一面上的力。
按照這種方法，就能夠通過(guò)作用在與上述切削面的行進(jìn)方向相反的另一面上的力，檢測(cè)出土壤加載在切削面上的載荷，換言之，就能夠檢測(cè)出土壓(阻力)。此外，這一土壓與上述土壤的硬度有很高的相關(guān)性。即，隨著上述切削面的行進(jìn)，能夠依次檢測(cè)出存在于前方的土壤的硬度。
以上所說(shuō)的各種構(gòu)成可以在可能的范圍內(nèi)進(jìn)行各種組合。


圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的觀測(cè)系統(tǒng)的大致構(gòu)成的示意圖；圖2是表示第一實(shí)施例的土壤特性觀測(cè)裝置的示意側(cè)視圖；
圖3是第一實(shí)施例的土壤特性觀測(cè)裝置的傳感部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意的側(cè)剖視圖；圖4是第一實(shí)施例中構(gòu)成傳感部分的一部分的鏟刃部分外觀的俯視圖；圖5是第一實(shí)施例中的土壤特性觀測(cè)裝置的控制部分的電氣結(jié)構(gòu)的框圖；圖6是第一實(shí)施例中的檢測(cè)電路的功能框圖；圖7是第一實(shí)施例中用于把有關(guān)土壤特性的數(shù)據(jù)信息與取得信息的位置和所觀測(cè)土壤面的深度一同記錄下來(lái)的基本順序的流程圖；圖8是第一實(shí)施例中用于概略說(shuō)明裝在傳感部分中的各種傳感器的輸出信號(hào)是怎樣進(jìn)行處理的構(gòu)思說(shuō)明圖；圖9是第一實(shí)施例中對(duì)有關(guān)土壤光譜和土壤導(dǎo)電率的信息進(jìn)行綜合處理的順序的流程圖；圖10是第一實(shí)施例中對(duì)有關(guān)土壤光譜和土壤導(dǎo)電率的信息進(jìn)行綜合處理的順序的流程圖；圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例的土壤特性檢測(cè)裝置的傳感部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意的側(cè)剖視圖；圖12是第二實(shí)施例中對(duì)土壤位移傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行指標(biāo)化的信號(hào)處理部分的功能框圖；圖13是第二實(shí)施例中在多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上所取得的有關(guān)土壤位移狀態(tài)的三種指標(biāo)的直方圖；圖14是第二實(shí)施例中，根據(jù)在多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上的土壤位移狀態(tài)的三種指標(biāo)，用于選擇供應(yīng)給分光譜解析用的數(shù)據(jù)信息的處理順序的流程圖；圖15是第二實(shí)施例中，根據(jù)在多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上所取得的平均位移，位移的分散和非對(duì)稱性所作成的頻度圖；圖16是本發(fā)明的第三實(shí)施例的，把土壤切削部分與其周?chē)牟课慌c計(jì)算機(jī)合并的模式的示意圖；圖17是表示本發(fā)明的第四實(shí)施例中，用于綜合根據(jù)各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)信息的處理順序的流程圖；
圖18是表示本發(fā)明的土壤特性檢測(cè)裝置的另一種實(shí)施例的略圖；圖19是表示本發(fā)明的土壤特性檢測(cè)裝置的另一種實(shí)施例的略圖；圖20是表示本發(fā)明的土壤特性檢測(cè)裝置的另一種實(shí)施例的略圖。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例下面，參照

將本發(fā)明的土壤特性觀測(cè)裝置具體化了的的第一實(shí)施例。
(檢測(cè)系統(tǒng)的概要)圖1中，概略表示了本實(shí)施例的觀測(cè)系統(tǒng)。
如圖1所示，檢測(cè)系統(tǒng)1由拖拉機(jī)等車(chē)輛2牽引，它由待進(jìn)行農(nóng)作物生產(chǎn)的耕種的農(nóng)場(chǎng)3內(nèi)移動(dòng)的土壤特性觀測(cè)裝置10，以及為掌握土壤特性觀測(cè)裝置10的正確位置用的GPS(全球定位系統(tǒng))衛(wèi)星所組成。在土壤特性觀測(cè)裝置10上備有GPS天線11，土壤特性觀測(cè)裝置10通過(guò)該GPS天線11，從GPS衛(wèi)星200接收位置信息的信號(hào)(有關(guān)地面上土壤特性檢測(cè)裝置10的位置的信號(hào))，以識(shí)別自身當(dāng)前的位置。如圖1中的虛線所處，假設(shè)把農(nóng)場(chǎng)3劃分為多個(gè)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域都獨(dú)立地決定有關(guān)土壤特性所取得的信息的管理，適合于農(nóng)作物生長(zhǎng)的施肥，以及農(nóng)藥的投入量。
(土壤特性觀測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)和功能)下面，說(shuō)明土壤特性觀測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)和功能。
圖2是概略地說(shuō)明由車(chē)輛(拖拉機(jī))牽引的土壤特性觀測(cè)裝置10的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
如圖2所示，土壤特性觀測(cè)裝置10由下列各部件構(gòu)成通過(guò)支承框架12a、12b、12c、12d連接在拖拉機(jī)2后部的臺(tái)架13；裝載在臺(tái)架13上的控制部分(包括計(jì)算機(jī))30；以及安裝在臺(tái)架13后端下部的土壤切削部分50。在控制部分30的上方安裝了GPS天線11。土壤切削部分50具有支承連接在臺(tái)架13下部的支桿51，和固定在支桿51下部，在土壤的預(yù)定深度中(地表面以下)大致呈水平地行進(jìn)的傳感部分52。支桿51的行進(jìn)方向的前端，為了減小土壤的抵抗力，做成V字形。另外，在傳感部分的前端具有切削土壤用的鏟刃(鏟子部分)53，在內(nèi)部還裝有檢測(cè)土壤特性的各種傳感器(圖中未表示)。安裝在土壤切削部分50外部的鹵素?zé)?0的作用是，作為在傳感部分52內(nèi)部形成的觀測(cè)空間(圖中未表示)中，作為用于對(duì)下面所說(shuō)的各種傳感器(圖中未表示)的檢測(cè)對(duì)象(土壤)進(jìn)行照明的光源。安裝在臺(tái)架13側(cè)面的支承臂14，借助于使得設(shè)置在其前端部分上的測(cè)試輪15與地面接觸，所以與支承框架12a、12b、12c、12d一起，使臺(tái)架13與地表面保持水平狀態(tài)。此外，測(cè)試輪15和臺(tái)架13之間的距離是可以調(diào)整的，借助于調(diào)整該距離，就能夠調(diào)整土壤中傳感部分52的位置(深度)。在同一個(gè)臺(tái)架13的側(cè)面，在比支承臂14更靠前的預(yù)定部位13a上，安裝成能以部位13a為中心自由搖動(dòng)的搖臂16，使得設(shè)在其前端部的，深度測(cè)定用的自由轉(zhuǎn)輪17與地面接觸。在安裝搖臂16的部位上，安裝著電位計(jì)(旋轉(zhuǎn)角度傳感器)18，它能輸出與搖臂16相對(duì)于臺(tái)架13的旋轉(zhuǎn)相位相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度傳感器18所輸出的信號(hào)，就能求出深度測(cè)定用的自由轉(zhuǎn)輪17的接地表面與臺(tái)架13之間的距離D1，以及傳感部分52的底面(檢測(cè)土壤面)與地表面L1之間的距離，換言之，就是求得觀測(cè)土壤面L2的深度D2。此外，設(shè)置在臺(tái)架13前端部分的犁刀19，通過(guò)把土壤切削部分50前方的地面切開(kāi)，可以減小把傳感部分52引導(dǎo)到地表以下所需要的力量(土壤切削部分50所受到的土壤的抗力)。此外，還具有切割蒿草之類的雜草，防止其纏繞在支桿51上的作用。此外，安裝在拖拉機(jī)2上的顯示操作部分20與控制部分30電連接，借助于操作者輸入操作，或者與自動(dòng)控制部分30之間的通信，把控制部分30所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息適當(dāng)?shù)仫@示出來(lái)。
(傳感部分的結(jié)構(gòu))圖3a是概略地表示傳感部分內(nèi)部構(gòu)造的側(cè)剖視圖。
如3a所示，傳感部分52與相當(dāng)于沿著行進(jìn)方向的前端部的鏟子部分53，以及與相當(dāng)于后端部(位置與前端部相反)光學(xué)傳感器的收藏部分60大不相同。鏟子部分53一邊在上下方向切開(kāi)其刀刃前方的土壤，一邊行進(jìn)的同時(shí)，在它的后方還形成了與地平面L1同樣呈水平的觀測(cè)土壤面L2。在光學(xué)傳感器收藏部分60中，裝有可見(jiàn)光的聚光纖(可見(jiàn)光傳感器)61，近紅外線的聚光纖(紅外線傳感器)62，CCD(Charge Coupled Device)照相機(jī)63，溫度傳感器64，以及照明用的光纖65A、65B。此外，這些部件61～65被設(shè)置成與檢測(cè)土壤面L2隔開(kāi)距離，在各部件61～65與觀測(cè)土壤面L2之間形成了規(guī)定的觀測(cè)空間S1。此外，在光學(xué)傳感器的收藏部分的內(nèi)部(在觀測(cè)空間S1的后方)，光學(xué)傳感器的收藏部分60的后部60a呈開(kāi)放的狀態(tài)(檢測(cè)空間S1的后方向外開(kāi)放)，以便不使土壤積存起來(lái)。
此時(shí)，照明用的光纖65A、65B是選擇性地讓鹵素?zé)?0(見(jiàn)圖2)所供給的光中具有特定波長(zhǎng)范圍(例如，400nm～2400nm左右)的光線透過(guò)，用這種光來(lái)照射觀測(cè)土壤面L2。可見(jiàn)光傳感器61，從借助于照明用的光纖65A、65B照射在觀測(cè)土壤面L2上的光的反射光中，有選擇地收集可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為，例如，400nm～900nm的光。紅外線傳感器62同樣也是從借助于照明用的光纖65A、65B照射在檢測(cè)土壤面L2上的光的反射光中，有選擇地收集近紅外線的波長(zhǎng)范圍，例如，900nm～1700nm的光。CCD(Charge Coupled Device)照相機(jī)63對(duì)檢測(cè)土壤面L2進(jìn)行照相。溫度傳感器64檢測(cè)檢測(cè)土壤面L2的溫度(放射熱)。
此外，可見(jiàn)光傳感器61，紅外線傳感器62，CCD照相機(jī)以及照明用的光纖65A、65B，各自的前面(朝向檢測(cè)土壤的面)都用光學(xué)窗(例如石英玻璃)66覆蓋。干燥后的空氣通過(guò)送風(fēng)管67經(jīng)常地吹在光學(xué)窗66上。借助于這種干燥空氣的作用，能防止光學(xué)窗的模糊。
此外，在觀測(cè)空間S1的前方，凸出地設(shè)置在傳感部分52的底面上的第一均衡板68a和第二均衡板68b可使用鏟子部分所切削的土壤均等，并且由于對(duì)在鏟子部分53后方所形成的土壤的切削面(與傳感部分52相對(duì)的面)的凹凸進(jìn)行平滑，從而使觀測(cè)土壤面L2保持了平坦。圖3b是從土壤表面向上方看第一均衡板68a和第二均衡板68b的設(shè)置部位的放大后的平面圖。如圖3b所示，第一均衡板68a具有V字形，它在使前方的土壤向兩側(cè)方向分開(kāi)的同時(shí)，還使其變得平坦。此外，在第二均衡板68b的前端部，并排配置了許多梳板。第二均衡板68b的作用是使得由第一均衡板68a所形成的土壤表面更加平滑。
在鏟子部分53的后部與光學(xué)傳感器收藏部分60之間設(shè)有土壤硬度傳感器100。土壤硬度傳感器100由下列部件構(gòu)成設(shè)置在鏟子部分53后部的活塞101；設(shè)置在光學(xué)傳感器收藏部分60前部的氣缸102；以及容納在氣缸102內(nèi)部的檢測(cè)元件(負(fù)載傳感器)103。在活塞101上形成了沿著它徑向的橢圓形通孔101a。固定在氣缸102內(nèi)的插銷(xiāo)102a插入孔101a內(nèi)，以限制氣缸102內(nèi)的活塞101的旋轉(zhuǎn)，此外，還防止活塞101從氣缸102中拔出來(lái)。在活塞101的底端部分101b與氣缸102的開(kāi)口端102b之間，設(shè)有大約1mm左右的間隙G。即，容納在氣缸102內(nèi)的活塞101可沿著箭頭X方向在間隙G的范圍內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在氣缸102的開(kāi)口端102b的外圓周(間隙G的外圓周)上，圍著一圈尿烷制作的密封圈102c，以防止土壤侵入間隙G和氣缸102內(nèi)。負(fù)載傳感器103與電子控制裝置電連接，在其上設(shè)有能產(chǎn)生與活塞101的推壓力相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)的變形測(cè)量?jī)x(圖中未表示)。多個(gè)碟形彈簧102d從氣缸102向著活塞101的方向推壓負(fù)載傳感器103。具有這種構(gòu)成的土壤硬度傳感器100中，活塞101根據(jù)鏟子部分53從前方所受到的土壓(與土壤硬度有關(guān)的一個(gè)參數(shù))，對(duì)負(fù)載傳感器103進(jìn)行推壓，并借助于在負(fù)載傳感 103內(nèi)的變形測(cè)量?jī)x所產(chǎn)生的與這個(gè)推壓力相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，依次檢測(cè)出鏟子部分53所受到的來(lái)自前方土壤的土壓。此時(shí)，因?yàn)榛钊?01的動(dòng)作被限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，所以對(duì)負(fù)載傳感器103所加載的推壓力不會(huì)超過(guò)規(guī)定的數(shù)值。即，氣缸102的內(nèi)壁和由于活塞101而處于與外部隔離狀態(tài)的負(fù)載傳感器103，能將鏟子部分53所受到的來(lái)自前方土壤的土壓作為對(duì)著鏟子部分53的行進(jìn)方向的變形量，長(zhǎng)期恒定(在確保充分的持久性的基礎(chǔ)上)正確地檢測(cè)出來(lái)。
圖4是表示鏟子部分53的外觀的俯視圖。如圖3和圖4所共同表示的，在鏟子部分53的上表面埋設(shè)表面電極55。在表面電極55的外圓周的周?chē)O(shè)有為隔開(kāi)電極55和鏟子部分53用的絕緣部件56。表面電極55與用導(dǎo)電材料做成的鏟子部分53的上表面53a構(gòu)成一對(duì)電極，形成了能同時(shí)檢測(cè)出與鏟子部分53的上表面53a(包括表面電極55)接觸的土壤的導(dǎo)電率與介電常數(shù)的電氣特性傳感器57。
如果處于土壤中的傳感部分52的行進(jìn)速度等各種條件是恒定的，則鏟子部分53所受到的來(lái)自土壤的土壓就能顯示出與此種土壤硬度很高的相關(guān)性。
(計(jì)算機(jī)與其周邊器件的電氣構(gòu)成)圖5是裝在控制部分30內(nèi)部的計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備之間的電氣構(gòu)成的框圖。
計(jì)算機(jī)150在其內(nèi)部具有中央處理器(CPU)，讀出專用存儲(chǔ)器(ROM)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，備用RAM 34，以及定時(shí)計(jì)數(shù)器等等，并且還有用母線將上述各部分連接起來(lái)的邏輯運(yùn)算電路。
具有這種構(gòu)成的計(jì)算機(jī)150，通過(guò)分光部分，輸入來(lái)自設(shè)置在光學(xué)傳感器收納部60內(nèi)的可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62的檢測(cè)信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理。分光部分70由可見(jiàn)光用的分光部分71和近紅外線的分光部分72構(gòu)成。分光部分71、72是具有光電二極管線性矩陣的多通道式光譜儀。見(jiàn)光用的分光部分71在400～900nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，具有256個(gè)能個(gè)別地高速檢測(cè)出相應(yīng)波長(zhǎng)的光強(qiáng)度的頻道，而近紅外線的分光部分72則在900～1700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，具有128個(gè)能個(gè)別地高速檢測(cè)出相應(yīng)波長(zhǎng)的光強(qiáng)度的頻道。此外，計(jì)算機(jī)150還能輸入來(lái)自設(shè)置在同一個(gè)光學(xué)傳感器收納部60內(nèi)的溫度傳感器64的檢測(cè)信號(hào)，和來(lái)自CCD照相機(jī)63的攝像數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)信息(信號(hào))進(jìn)行處理。此外，計(jì)算機(jī)150還輸入來(lái)自設(shè)置在鏟子部分52中的電氣特性傳感器57和土壤硬度傳感器100的檢測(cè)信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理。此外，計(jì)算機(jī)150還輸入來(lái)自安裝在搖臂16上的旋轉(zhuǎn)角度傳感器18的檢測(cè)信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理。此外，計(jì)算機(jī)150還通過(guò)GPS天線11輸入從GPS衛(wèi)星200發(fā)送來(lái)的信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理。
計(jì)算機(jī)150根據(jù)來(lái)自顯示操作部分20的信號(hào)，對(duì)從上述各部分輸入的信號(hào)(數(shù)據(jù)信息)進(jìn)行處理，或者，自動(dòng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，與此同時(shí)，在該顯示操作部分20的屏幕上顯示處理的情況和數(shù)據(jù)信息。此外，根據(jù)來(lái)自顯示操作部分20的指令信號(hào)，或者自動(dòng)地，把上述處理的結(jié)果作為記錄用的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)裝置(例如，卡片存儲(chǔ)器等)75中。
(導(dǎo)電率和介電常數(shù)的檢測(cè)電路的基本構(gòu)成)圖6是把與鏟子部分53的上表面53a接觸的土壤的導(dǎo)電率和介電常數(shù)成比例的信號(hào)，作為電氣特性傳感器57的檢測(cè)信號(hào)，分別輸出到計(jì)算機(jī)150中的檢測(cè)電路的功能框圖。
如圖6所示，在導(dǎo)電率檢測(cè)電路57中，從振幅可變的信號(hào)發(fā)射部分向電極55、53a加載頻率為4kHz的交流電壓。在檢測(cè)各電極55、53a的電壓振幅的過(guò)程中，借助于將規(guī)定的振幅控制電壓輸入到振蕩器中，控制振蕩器的輸出電壓，使加載在各電極55、53a上的電壓振幅恒定。計(jì)算機(jī)150在對(duì)電阻R兩端的電壓實(shí)際數(shù)值(與土壤的導(dǎo)電率成比例)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行平均化處理之后，將其存儲(chǔ)下來(lái)。
此時(shí)，當(dāng)使用直流電壓構(gòu)成檢測(cè)電路時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)(電極反應(yīng))的生成物會(huì)積存在電極表面上，長(zhǎng)期延續(xù)下去，就很難進(jìn)行穩(wěn)定性高的測(cè)電。此外，在使用上述那樣的交流電壓時(shí)，由于電極反應(yīng)而產(chǎn)生的影響最小，所以發(fā)明者們認(rèn)為可望得到電壓振幅盡可能小的結(jié)果。
此外，當(dāng)采用在兩個(gè)電極上通過(guò)恒定的電流的構(gòu)成時(shí)，由于在兩個(gè)電極上所加的電壓要隨著土壤導(dǎo)電率的大小而變化，所以要考慮電極反應(yīng)程度的變化，因此，發(fā)明者們認(rèn)為，在此情況下也很難進(jìn)行穩(wěn)定性很高的導(dǎo)電率的測(cè)定。
對(duì)此，在介電常數(shù)檢測(cè)電路57b中，除了在導(dǎo)電率檢測(cè)電路57a上通入低頻交流電壓之外，還與此重疊加載高頻的交流電壓。在上述電路57b中，把電極55、53a看成電容器的極板，以此來(lái)檢測(cè)與兩個(gè)電極55，53a接觸的土壤的介電常數(shù)。
而且，由于各個(gè)電極55、53a都配置在作為土壤的切削面的鏟子部分53的上表面，傳感部分52被限定為設(shè)置在土壤里始終要與土壤接觸。因此，就能正確而且穩(wěn)定性很高地測(cè)定土壤的電氣特性。
另外，高頻截止濾波器防止了向?qū)щ娐蕶z測(cè)電路57a中混入高頻，而低頻截止濾波器防止了向介電常數(shù)檢測(cè)電路57b中混入低頻。
在本實(shí)施例中可以使用，為了檢測(cè)土壤的導(dǎo)電率，如果加載交流電壓的話，例如，可以使用通過(guò)加載由反復(fù)加載方形波或三角形波之類的正負(fù)電壓所形成的波形圖形構(gòu)成的電壓來(lái)檢測(cè)土壤導(dǎo)電率的裝置。不過(guò)，在通過(guò)同一組電極來(lái)檢測(cè)土壤的導(dǎo)電率和介電常數(shù)的實(shí)施例中，即，在導(dǎo)電率檢測(cè)電路與介電常數(shù)檢測(cè)電路中共用同一組電極的裝置中，一般都希望用交流電壓。
此外，即使采用把用于檢測(cè)土壤導(dǎo)電率的電極組(加載高頻交流電壓的電極組)，和用于檢測(cè)土壤介電常數(shù)的電極組分開(kāi)配置在鏟子部分53的上表面53a上的裝置，也能夠取得與上述實(shí)施例同樣的效果。把高頻用的電極與低頻用的電極分開(kāi)設(shè)置的裝置結(jié)構(gòu)，雖然在搭載性方面不如上述實(shí)施例中所使用的裝置的結(jié)構(gòu)(導(dǎo)電率檢測(cè)電路與介電常數(shù)檢測(cè)電路共同使用同一組電極的裝置結(jié)構(gòu))好，但應(yīng)該看到，在能使得檢測(cè)電路簡(jiǎn)單化這一方面，還是有優(yōu)越性的。
下面，詳細(xì)說(shuō)明具有上述那些硬件結(jié)構(gòu)的土壤特性檢測(cè)裝置10是按照什么樣的控制邏輯來(lái)取得農(nóng)場(chǎng)3內(nèi)的有關(guān)土壤特性的數(shù)據(jù)信息的，以及如何管理這些信息的。
(用于取得有關(guān)土壤特性的數(shù)據(jù)信息的基本程序)圖7是把根據(jù)傳感部分52中具有的來(lái)自各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)信息，與取得這些數(shù)據(jù)信息的位置和觀測(cè)土壤面的深度，一起記錄下來(lái)的基本程序的流程圖。本程序在計(jì)算機(jī)150啟動(dòng)后，由該計(jì)算機(jī)150每隔一定的時(shí)間進(jìn)行一次。
當(dāng)按照本程序進(jìn)行處理時(shí)，首先，計(jì)算機(jī)150在步驟S101中判斷是否有取得數(shù)據(jù)信息的要求。即，計(jì)算機(jī)150預(yù)先存儲(chǔ)應(yīng)取得有關(guān)土壤的數(shù)據(jù)信息的時(shí)刻，或者在農(nóng)場(chǎng)內(nèi)的位置等條件，判斷是否有當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)符合這些條件的時(shí)刻。此外，在操作者用手動(dòng)方式向顯示操作部分輸入預(yù)定的指令信號(hào)(取得信息開(kāi)始的信號(hào))的情況下，計(jì)算機(jī)150就可以判斷為有取得數(shù)據(jù)信息的要求。在步驟S101中的判斷為否定時(shí)，計(jì)算機(jī)150就立刻退出本程序。
另一方面，當(dāng)上述步驟S101中的判斷為肯定時(shí)，計(jì)算機(jī)150就根據(jù)來(lái)自GPS衛(wèi)星200的信號(hào)，掌握其土壤特性觀測(cè)裝置的位置(步驟S102)，接著，取得基于光學(xué)傳感器容納部分60內(nèi)的各種傳感器61、62、63、64，和鏟子部分53內(nèi)的各種傳感57、100的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運(yùn)算處理(例如累計(jì)和平均)(步驟S103)。然后，把運(yùn)算處理的數(shù)據(jù)信息與通過(guò)至前一程序已經(jīng)取得的數(shù)據(jù)信息的來(lái)歷相對(duì)照，再進(jìn)行加工處理(步驟S104)。
例如，假定每隔0.05秒進(jìn)行一次本程序。此時(shí)，每次經(jīng)過(guò)3秒的間隔之后，若把控制邏輯電路的構(gòu)成為在一秒鐘內(nèi)獲得數(shù)據(jù)信息，在這一秒鐘中能取得120個(gè)左右的數(shù)據(jù)信息。計(jì)算機(jī)150就對(duì)這120個(gè)(組)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行平均化處理，加工成1個(gè)(組)數(shù)據(jù)信息后加以管理。
此后，計(jì)算機(jī)150將在上述步驟S104中所獲得的數(shù)據(jù)信息，作為與來(lái)自GPS衛(wèi)星200的位置信息，和觀測(cè)土壤面L2的深度相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)裝置75中(步驟S105)，結(jié)束本程序中的處理工作。
本實(shí)施例中的土壤特性觀測(cè)裝置10基本上按照這樣的控制邏輯，連續(xù)地取得農(nóng)場(chǎng)3內(nèi)部各區(qū)域中的有關(guān)土壤特性的數(shù)據(jù)信息，并存儲(chǔ)下來(lái)。
下面，對(duì)上述基本程序的處理中特別是步驟S104中的處理，即，對(duì)各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)運(yùn)算處理所得到的數(shù)據(jù)信息的加工處理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
(基于各種傳感器的信號(hào)的數(shù)據(jù)綜合)圖8是說(shuō)明如何處理安裝在傳感部分52中的各種傳感器的輸出信號(hào)的簡(jiǎn)圖。
如圖8所示，計(jì)算機(jī)150具有這樣的作為第一推算裝置的功能，即，對(duì)通過(guò)檢測(cè)土壤的光學(xué)特性的檢測(cè)裝置，即通過(guò)可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62所獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，推算出土壤的有機(jī)物SOM(Soil Organic matter)含量，PH值，硝酸狀態(tài)的氮?dú)?NO3-N)，導(dǎo)電率ECa和水分(含水率)等等。
上述計(jì)算機(jī)150還具有作為第二推算裝置的功能，即，對(duì)通過(guò)檢測(cè)土壤的電氣特性或者力學(xué)特性的檢測(cè)裝置，即通過(guò)電氣特性傳感器57和土壤硬度傳感器100所獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，推算出導(dǎo)電率ECa和水分(含水率)等等。
此處，例如土壤的導(dǎo)電率ECa和水分(含水率)，除了可通過(guò)檢測(cè)土壤的光學(xué)特性的檢測(cè)裝置之外，也可以通過(guò)電氣的或者力學(xué)的檢測(cè)特性的檢測(cè)裝置來(lái)獲得。在本實(shí)施例的土壤特性檢測(cè)裝置10中，對(duì)于通過(guò)不同的檢測(cè)裝置所獲得的有關(guān)同一種觀測(cè)項(xiàng)目(例如，導(dǎo)電率ECa和含水率)的數(shù)據(jù)信息，可以對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行互相比較，采用可靠性最高的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的綜合處理。
(有關(guān)土壤光譜和土壤導(dǎo)電率的信息的綜合處理)圖9是表在對(duì)有關(guān)土壤特性的數(shù)據(jù)信息的處理中，對(duì)關(guān)于土壤光譜和土壤導(dǎo)電率的信息進(jìn)行綜合處理的具體順序(程序)的流程圖。其中，按照這一流程圖的處理順序，包含了借助于土壤特性觀測(cè)裝置10的計(jì)算機(jī)150進(jìn)行處理的這一環(huán)節(jié)，例如前面的基本程序(圖7)中的步驟S104。
在按該程序的處理過(guò)程中，計(jì)算機(jī)150首先在步驟S201中，對(duì)于農(nóng)場(chǎng)3內(nèi)某一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上的土壤所獲得的最新數(shù)據(jù)信息進(jìn)行選擇，作為供給綜合處理用的數(shù)據(jù)信息。然后，根據(jù)設(shè)置在光學(xué)傳感器容納部分60內(nèi)的可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62等所檢測(cè)到的信號(hào)，推算各觀測(cè)點(diǎn)的土壤的含水率，另一方面，根據(jù)電氣特性傳感器57(介電常數(shù)檢測(cè)電路57b)的檢測(cè)信號(hào)，用另一種途徑推算各觀測(cè)點(diǎn)上土壤的含水率。
在步驟S202中，對(duì)根據(jù)可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62等所檢測(cè)到的信號(hào)所推算出來(lái)的含水率(以下稱之為根據(jù)光學(xué)特性的含水率)WP，與根據(jù)電氣特性傳感器57的檢測(cè)信號(hào)在各觀測(cè)點(diǎn)上獲得的土壤含水率(以下稱之為根據(jù)電氣特性的含水率)WE進(jìn)行比較，計(jì)算出比在各觀測(cè)點(diǎn)上的土壤含水率可靠性更高的含水率(以下稱之為適用含水率)WM。
下面，說(shuō)明適用含水率的計(jì)算方法的一個(gè)例子。
即，如果根據(jù)光學(xué)特性的含水率WP與根據(jù)電氣特性的含水率WE之間的偏差在規(guī)定的范圍內(nèi)，就使用兩個(gè)含水率WP、WE的平均值作為適用含水率WM。另一方面，當(dāng)上述偏差超過(guò)規(guī)定值時(shí)，則采用在地理上與該觀測(cè)點(diǎn)最接近的另一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上所獲得的數(shù)據(jù)信息(含水率WP、WE)，來(lái)計(jì)算適用含水率WM。
在接著的步驟S203中，根據(jù)導(dǎo)電率Eca和在上述步驟S202中所獲得的適用含水率WM，推算土壤溶液的導(dǎo)電率Ecw。而導(dǎo)電率Eca則根據(jù)電氣特性傳感器57(導(dǎo)電率檢測(cè)電路57a)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。
經(jīng)過(guò)上述步驟S203之后，計(jì)算機(jī)150便結(jié)束本程序的處理工作。
本程序的處理工作結(jié)束之后，計(jì)算機(jī)150便返回圖7中的步驟S105中的處理，把此次所獲得的適用含水率WM和土壤溶液的導(dǎo)電率Ecw，作為制訂表示農(nóng)場(chǎng)3內(nèi)的這些參數(shù)WM、Ecw的分布狀態(tài)圖的數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)裝置75中。
此外，也可以在農(nóng)場(chǎng)3內(nèi)的觀測(cè)工作完成之后，例如，按照?qǐng)D10中所示的處理程序作為基本程序(圖7)獨(dú)立地進(jìn)行處理，來(lái)代替上述圖9中的處理程序。
下面，說(shuō)明圖10中的處理程序。本程序既可以通過(guò)計(jì)算機(jī)150來(lái)進(jìn)行，也可以根據(jù)保存在外部存儲(chǔ)裝置75中的數(shù)據(jù)信息通過(guò)其他控制裝置來(lái)進(jìn)行。此外，在進(jìn)行本程序之前，先在農(nóng)場(chǎng)3內(nèi)N個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中從n(n＜N)個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上采集實(shí)際土壤試樣，使用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的分析儀器預(yù)先測(cè)定這些土壤試樣的導(dǎo)電率和含水率，并作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息保存在外部存儲(chǔ)裝置75中。
在本程序中，例如，計(jì)算機(jī)150首先在步驟S301中把在農(nóng)場(chǎng)3內(nèi)N個(gè)地點(diǎn)上所獲得的數(shù)據(jù)信息作為供應(yīng)給綜合處理用的數(shù)據(jù)信息。
在步驟S302中，除了根據(jù)設(shè)置在光學(xué)傳感器容納部分60內(nèi)的可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62等所檢測(cè)到的信號(hào)，推算出各觀測(cè)點(diǎn)上的土壤含水率之外，還根據(jù)電氣特性傳感器57(介電常數(shù)檢測(cè)電路57b)的檢測(cè)信號(hào)，另外推算出各觀測(cè)點(diǎn)上的土壤含水率。
在步驟S303中，在供給綜合處理用的N個(gè)數(shù)據(jù)群中，對(duì)上述取得標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息的土壤試樣的采樣位置，以及在同一位置上所獲得的數(shù)據(jù)群，對(duì)于根據(jù)可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62等所檢測(cè)到的信號(hào)推算出來(lái)的含水率(以下稱之為根據(jù)光學(xué)特性的含水率)WP，和根據(jù)電氣特性傳感器57的檢測(cè)信號(hào)在各觀測(cè)點(diǎn)上獲得的土壤含水率(以下稱之為根據(jù)電氣特性的含水率)WE進(jìn)行鑒定，以確定哪一個(gè)數(shù)據(jù)具有更高的相關(guān)性。然后，在根據(jù)光學(xué)特性的含水率WE和根據(jù)電氣特性的含水率WE中，與標(biāo)準(zhǔn)(參考)數(shù)據(jù)信息的含水率(以下稱之為標(biāo)準(zhǔn)含水率)WS相比，確定采用其中顯示更高相關(guān)性的數(shù)據(jù)信息，作為農(nóng)場(chǎng)中的土壤含水率(采用含水率)。
在步驟S304中，借助于采用含水率與標(biāo)準(zhǔn)含水率的對(duì)比，對(duì)于n個(gè)數(shù)據(jù)信息，確定從在步驟S303中所采用的采用含水率(WP或WE)計(jì)算出正確含水率的計(jì)算方法(例如，可采用顯示兩者之間的關(guān)系的遞歸式作為計(jì)算的公式)。
接著，在步驟S305中，對(duì)于這一次在步驟S301中所選擇的N個(gè)數(shù)據(jù)信息，用與在上述步驟S303中確定的含水率的推算方法相同的推算方法，把所取得的采用含水率(WP或WE)作為各觀測(cè)點(diǎn)上的土壤含水率(適用含水率)WM來(lái)使用。
在步驟S306中，基于導(dǎo)電率ECa和適用含水率WM，推算出土壤溶液的導(dǎo)電率Ecw。其中，導(dǎo)電率ECa是根據(jù)電氣特性傳感器57(導(dǎo)電率的檢測(cè)電路57a)的檢測(cè)信號(hào)計(jì)算出來(lái)的。
經(jīng)過(guò)上述步驟S306之后，計(jì)算機(jī)150便結(jié)束本程序的處理工作。
本程序的處理工作結(jié)束之后，計(jì)算機(jī)150便返回圖7中的步驟S105中的處理，把此次所獲得的適用含水率WM和土壤溶液的導(dǎo)電率ECw，作為制訂表示農(nóng)場(chǎng)內(nèi)的這些參數(shù)WM、Ecw的分布狀態(tài)圖的數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)裝置75中，這與前面說(shuō)明的處理程序(圖9)相同。
不限于土壤溶液的導(dǎo)電率，例如，對(duì)于有機(jī)物的含量和特定的無(wú)機(jī)鹽類的含量等等土壤中所含的其他參數(shù)，也可以使用與上述程序(圖9或圖10)同樣的控制結(jié)構(gòu)，以另一種途徑從土壤的電氣特性和光學(xué)特性，把這些參數(shù)推算出來(lái)。而且，如果對(duì)各種推算的結(jié)果進(jìn)行相互比較，就能夠取得關(guān)于農(nóng)場(chǎng)內(nèi)特定土壤特性的分布的可靠性很高的數(shù)據(jù)信息，能取得與本實(shí)施例同等的，或者以其為標(biāo)準(zhǔn)的效果。
如上所述，借助于本實(shí)施例中的土壤特性觀測(cè)裝置10，邊用拖拉機(jī)2牽引邊用土壤切削部分50有效地切削土壤，在其后方隨著形成了觀測(cè)空間S1(檢測(cè)土壤面L2)。而且，設(shè)置在土壤切削部分50前部的鏟子部分53具有，在通過(guò)由它自己切削的土壤的切削面時(shí)，能夠通過(guò)設(shè)置在該鏟子部分53的前端部分上的電氣特性傳感器57，直接檢測(cè)出土壤的電氣特性(例如，土壤的導(dǎo)電率和介電常數(shù))，此外，還能通過(guò)在離開(kāi)鏟子部分53的前端部分一定長(zhǎng)度的后方所設(shè)置的土壤硬度傳感器100，高效率地檢測(cè)出土壤的力學(xué)特性(例如，土壓和土壤硬度)的功能。
一方面，設(shè)置在土壤切削部分50的后部的傳感部分52，具有檢測(cè)土壤的光學(xué)特性(例如，近紅外線的光譜，可見(jiàn)光光譜，攝像)，和熱力學(xué)特性(例如，土壤表面的溫度)的功能。借助于這樣的構(gòu)成，這種土壤特性觀測(cè)裝置幾乎能在同時(shí)連續(xù)地觀測(cè)出同一個(gè)土壤試樣的各種特性。此外，由于對(duì)于同一個(gè)土壤試樣的各種特性能和來(lái)自GPS衛(wèi)星的信息合在一起進(jìn)行管理，所以就能高效率地獲得農(nóng)場(chǎng)內(nèi)各種土壤特性的正確分布的資料，能用于繪制地圖。
此外，借助于本實(shí)施例中的土壤特性觀測(cè)裝置10，由于能夠根據(jù)用鏟子部分(第一檢測(cè)裝置)所獲得的土壤特性(例如，含水率WP)，和用傳感部分(第二檢測(cè)裝置)52所獲得的土壤特性(例如，含水率WE)，分別推算出有關(guān)土壤特性的單獨(dú)(同一)的參數(shù)(例如土壤溶液的導(dǎo)電率和有機(jī)物含量等)，就能通過(guò)分別獲得的參數(shù)進(jìn)行相互比較，作為有關(guān)該土壤特性的有關(guān)單獨(dú)的參數(shù)的數(shù)據(jù)信息，可靠性更高的數(shù)據(jù)信息。
在本實(shí)施例中，雖然電氣特性傳感器57是在與被檢測(cè)物體土壤接觸的一組電極之間把電壓，來(lái)檢測(cè)出土壤的導(dǎo)電率和介電常數(shù)的，但也可以根據(jù)同樣的原理，來(lái)檢測(cè)土壤的其他電氣特性，例如土壤的電容量等等。
第二實(shí)施例下面，對(duì)本發(fā)明的土壤特性觀測(cè)裝置具體化的第二實(shí)施例與上述第一實(shí)施例的主要不同點(diǎn)加以說(shuō)明。
第二實(shí)施例中的土壤特性觀測(cè)裝置，其基本硬件的構(gòu)成大致與上述第一實(shí)施例相同。因此，對(duì)于具有同樣構(gòu)造和功能的部件，都采用同樣的名稱和標(biāo)號(hào)，并不再重復(fù)說(shuō)明。
本實(shí)施例中的土壤特性觀測(cè)裝置也是對(duì)土壤特性的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合處理的裝置，同樣可以使用與適用于第一實(shí)施例中的裝置基本相同的控制邏輯框圖(圖7、圖9、圖10)。
不過(guò)，在第二實(shí)施例中的土壤特性觀測(cè)裝置的傳感部分(容納光學(xué)傳感器的部分)中，具有測(cè)定各種傳感器與土壤的觀測(cè)面之間的距離的土壤位移傳感器，在形成關(guān)于土壤特性的數(shù)據(jù)信息的過(guò)程中，所以，在能夠反映各種傳感器與土壤中的觀測(cè)面之間的距離這一點(diǎn)上，與上述第一實(shí)施例有區(qū)別。
(傳感部分的構(gòu)成)圖11是關(guān)于第二實(shí)施例的土壤特性觀測(cè)裝置的傳感部分內(nèi)部構(gòu)成的示意側(cè)剖視圖。
在圖11中，在土壤特性觀測(cè)裝置10’的光學(xué)傳感器容納部分60內(nèi)，在紅外線傳感器62與照明用光纖65B之間，設(shè)有土壤位移傳感器(激光距離計(jì))69。土壤位移傳感器69中具有將特定波長(zhǎng)(例如780nm)的激光照射在測(cè)定對(duì)象(土壤觀測(cè)面L2)上的激光照射部分69a，以及檢測(cè)來(lái)自土壤觀測(cè)面L2的反射光的受光部分69b，具有用三角測(cè)量的原理測(cè)定激光照射部分69a與土壤觀測(cè)面L2之間的距離D3的功能。土壤位移傳感器69與光學(xué)傳感器容納部分60內(nèi)的其他傳感器61～64一樣，與控制部分內(nèi)的計(jì)算機(jī)150電連接(參見(jiàn)圖5)，隨著距離D3的微小變動(dòng)，換言之，隨著土壤觀測(cè)面L2的變化，連續(xù)地向上述計(jì)算機(jī)150輸出信號(hào)。計(jì)算機(jī)150則根據(jù)土壤位移傳感器69輸出的信號(hào)，把土壤觀測(cè)面L2的凹凸?fàn)顟B(tài)指標(biāo)化，并判斷該信號(hào)作為與所獲得的觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息的可靠性。
在本實(shí)施例中，雖采用了激光距離計(jì)69作為土壤位移傳感器，但，也可以使用像以LED作為光源的距離計(jì)，以及超聲波距離計(jì)等等，具有測(cè)量與對(duì)象物之間的距離的功能的其它距離計(jì)。
(土壤位移傳感器信號(hào)處理部分的電氣構(gòu)成)圖12是說(shuō)明把土壤位移傳感器69的輸出信號(hào)指標(biāo)化之后，向計(jì)算機(jī)150發(fā)送的信號(hào)處理部分的電氣構(gòu)成和功能的功能框圖。
如圖12所示，土壤位移傳感器69輸出的信號(hào)，在通過(guò)除噪音濾波器，濾掉其高頻成分(噪音)之后，作為三種指標(biāo)(平均距離、凹凸指標(biāo)1、凹凸指標(biāo)2)數(shù)值化之后，傳送給計(jì)算機(jī)150。
此處的平均距離，相當(dāng)于觀測(cè)期間(例如，1秒鐘)所檢測(cè)出來(lái)的距離D3的平均值(平均距離)。為了產(chǎn)生與平均距離相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，在觀測(cè)期間內(nèi)，對(duì)土壤位移傳感器69的輸出信號(hào)(除去噪音之后)進(jìn)行積分，并進(jìn)行A/D變換。
此外，凹凸指標(biāo)1相當(dāng)于土壤位移傳感器69的輸出信號(hào)的頻率成分中與1Hz～10Hz的成分相對(duì)應(yīng)的(比較大的)凹凸數(shù)(在作為測(cè)定對(duì)象的土壤觀測(cè)面上所檢測(cè)到的數(shù)量)。為了產(chǎn)生與凹凸指標(biāo)1相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，在觀測(cè)期間內(nèi)，要把土壤位移傳感器69的輸出信號(hào)(除去噪音后)中的頻率成分為1Hz～10Hz的信號(hào)取出來(lái)，對(duì)其整流后進(jìn)行積分，再進(jìn)行A/D變換。
此外，凹凸指標(biāo)2相當(dāng)于土壤位移傳感器69的輸出信號(hào)的頻率成分中與10Hz以上的成分相對(duì)應(yīng)的(比較小的)凹凸數(shù)(在作為檢測(cè)對(duì)象的土壤觀測(cè)面上所檢測(cè)到的數(shù)量)。為了產(chǎn)生與凹凸指標(biāo)2相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，在檢測(cè)期間內(nèi)，要把土壤位移傳感器69的輸出信號(hào)(除去噪音后)中的頻率為10Hz以上的信號(hào)取出來(lái)，對(duì)其整流后進(jìn)行積分，再進(jìn)行A/D變換。
也可以采用把土壤位移傳感器69的輸出直接進(jìn)行A/D變換，然后以在計(jì)算機(jī)150中進(jìn)行計(jì)算處理的方式來(lái)求出各種指標(biāo)，以代替上述除去噪音，取出特定頻率的成分，整流以及積分等一系列處理結(jié)束之后再進(jìn)行A/D變換的方式。
(有關(guān)土壤的位移狀態(tài)的指標(biāo)的選定，以及數(shù)據(jù)信息的選擇)圖13中表示了在多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上所得到的平均距離，凹凸指標(biāo)1和凹凸指標(biāo)2各自的頻度圖的例子。
在本實(shí)施例的土壤特性檢測(cè)裝置10’中，在這些頻度圖的橫坐標(biāo)(各種指標(biāo)的大小)上設(shè)定了規(guī)定的分析范圍，僅把平均距離，凹凸指標(biāo)1和凹凸指標(biāo)2在各頻度圖上的分析范圍內(nèi)的觀測(cè)點(diǎn)上得到的數(shù)據(jù)信息(通過(guò)可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62等所得到的數(shù)據(jù)信息)，選擇為對(duì)土壤特性(光學(xué)特性)進(jìn)行比較詳細(xì)的分析(分光光譜解析)用的數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)裝置75中。
此處，對(duì)于平均距離在頻度圖上的分析范圍(A1)，例如，可以設(shè)定在以全部數(shù)據(jù)(平均距離)的平均值為中心的規(guī)定范圍內(nèi)。此外，對(duì)于上述凹凸指標(biāo)1在頻度圖上的分析范圍(B1)，可以設(shè)定在設(shè)該凹凸指標(biāo)2的最小值為“0”的規(guī)定范圍內(nèi)。此外，對(duì)于上述凹凸指標(biāo)2在頻度圖上的分析范圍(C1)，優(yōu)選設(shè)定在設(shè)該凹凸指標(biāo)2的最小值為比“0”稍微大一些的值的規(guī)定范圍內(nèi)。在凹凸指標(biāo)2為“0”的情況下，意味著在土壤觀測(cè)面L2上沒(méi)有微小的凹凸，近似于鏡面的狀態(tài)，在這樣的狀態(tài)下，土壤觀測(cè)面L2上的照明光的反射光不會(huì)漫射，而且很適合于分光光譜的分析。
圖14是根據(jù)各觀測(cè)點(diǎn)上的有關(guān)土壤位移狀態(tài)的三種指標(biāo)(平均距離，凹凸指標(biāo)1，凹凸指標(biāo)2)，用于選擇供應(yīng)給分光光譜解析用的數(shù)據(jù)信息的處理順序(程序)的流程圖。
本實(shí)施例中的程序是在規(guī)定數(shù)量的觀測(cè)點(diǎn)上對(duì)土壤特性進(jìn)行檢測(cè)之后，由計(jì)算機(jī)150來(lái)實(shí)施。
在按本程序進(jìn)行處理時(shí)，計(jì)算機(jī)150首先在步驟S401中，對(duì)處理對(duì)象的全部數(shù)據(jù)信息(例如，在此之行進(jìn)行檢測(cè)的全部觀測(cè)點(diǎn)上所獲得的數(shù)據(jù)信息)引入土壤觀測(cè)面的平均距離，凹凸指標(biāo)1，凹凸指標(biāo)2，繪出頻度圖。
然后，如圖13中所說(shuō)明的那樣，對(duì)各頻度圖設(shè)定其分析范圍(步驟S402)，僅把全部土壤觀測(cè)面的平均距離、凹凸指標(biāo)1、凹凸指標(biāo)2在各頻度圖上分析范圍內(nèi)的觀測(cè)點(diǎn)上所獲得的數(shù)據(jù)信息(關(guān)于土壤的光學(xué)的信息)，視為可靠性很高的信息，而存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)裝置75上(步驟S403)，供更詳細(xì)的分析用。
(與土壤位移狀態(tài)指標(biāo)的選定有關(guān)的其他處理方式)在上述第二實(shí)施例中，把平均距離、凹凸指標(biāo)1和凹凸指標(biāo)2這三種指標(biāo)繪制成頻度圖，根據(jù)各個(gè)指標(biāo)是否處于頻度圖上規(guī)定的分析范圍內(nèi)，就能判斷各觀測(cè)點(diǎn)所得到的數(shù)據(jù)信息(通過(guò)可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62等所獲得的數(shù)據(jù)信息)的可靠性。
同樣，也可以繪制其他指標(biāo)的頻度圖，再根據(jù)這些頻度圖來(lái)判斷從各觀測(cè)點(diǎn)所獲得的數(shù)據(jù)信息(通過(guò)可見(jiàn)光傳感器61和紅外線傳感器62等所獲得的數(shù)據(jù)信息)的可靠性。
下面，對(duì)能應(yīng)用土壤特性檢測(cè)裝置10’的其他處理方式的例子加以說(shuō)明。
在其他處理方式的例子中，在各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的各個(gè)時(shí)段中所獲得的數(shù)據(jù)信息都要引入有關(guān)土壤位移狀態(tài)的三種指標(biāo)的概念平均位移m，位移的離散度v，以及非對(duì)稱性s。這些指標(biāo)，可以借助于，對(duì)例如圖12中的數(shù)據(jù)記錄器所記錄的土壤位移時(shí)的一系列信號(hào)進(jìn)行分析后得到。
首先，把距離D3的最佳數(shù)值與實(shí)際距離D3之間的差別定義為位移。所謂平均位移m，是指在各觀測(cè)點(diǎn)上的觀測(cè)期間所獲得的位移的平均值。而位移的離散度v是在各觀測(cè)點(diǎn)上的觀測(cè)期間所獲得的位移的分散情況。此外，所謂非對(duì)稱性s是表示平均位移m與位移d之間的差乘以3的倍數(shù)，即“α·(m-d)3；但α為系數(shù)”。
圖15是表示由在多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上所獲得的平均位移m，位移的離散度v，以及非對(duì)稱性s所繪制的頻度圖的一個(gè)例子。
把在平均位移的頻度圖上的分析范圍(A2)，設(shè)定在以全部數(shù)據(jù)的平均值為中心的規(guī)定的范圍內(nèi)。在位移的離散度v的頻度圖上的分析范圍(B2)，最好設(shè)定在比該位移的離散度v的最小值“0”稍大一些的值規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)位移的離散度v為“0”時(shí)，表示土壤觀測(cè)面L2連微小的凹凸都沒(méi)有，幾乎是呈鏡面的狀態(tài)，在這樣的狀態(tài)下，土壤觀測(cè)面L2上的照明光的反射光就不會(huì)漫射，反而不適合于分光光譜的分析。
此外，在非對(duì)稱性s的頻度圖上的分析范圍(C2)，則設(shè)定以最佳值(最小值)為“0”的規(guī)定范圍內(nèi)。
這樣，在把平均位移m，位移的離散度v，以及非對(duì)稱性s用作土壤位移狀態(tài)的指標(biāo)情況下，按照在先前圖14中所說(shuō)明的處理程序大致同樣的控制邏輯，只把所有各種指標(biāo)m、v、s在頻度圖上的分析范圍內(nèi)的觀測(cè)點(diǎn)上所獲得的數(shù)據(jù)信息(與土壤的光學(xué)特性有關(guān)的信息)，視為具有高度可靠性的信息，把它存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)裝置75中，以供更加詳細(xì)地分析。
如上所述，借助于本實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置10’，就能夠連續(xù)而且穩(wěn)定地取得與土壤觀測(cè)面的凹凸?fàn)顟B(tài)的變化無(wú)關(guān)，而與土壤的光學(xué)特性或者熱力學(xué)特性有關(guān)的，可靠性很高的數(shù)據(jù)信息。
第三實(shí)施例下面，對(duì)本發(fā)明的土壤特性檢測(cè)裝置具體化的第三實(shí)施例，以與上述第二實(shí)施例之間的不同點(diǎn)為中心，進(jìn)行說(shuō)明。
第三實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置，其基本硬件的構(gòu)成大致與上述第二實(shí)施例相同。即，第三實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置也在光學(xué)傳感器容納部分中具有土壤位移傳感器，能夠測(cè)定設(shè)置在該光學(xué)傳感器容納部分中的各種傳感器與土壤觀測(cè)面之間的距離。此外，該第三實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置中，關(guān)于土壤特性的各種數(shù)據(jù)信息的綜合處理，也可以使用與適用于第一和第二實(shí)施例中的裝置基本相同的控制邏輯框圖(參見(jiàn)7、圖9、圖10等)。
只是，該第三實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置，具有根據(jù)土壤位移傳感器的輸出信號(hào)，把對(duì)土壤的傳感部分(鏟子的刃部)的進(jìn)入角進(jìn)行反饋控制的功能，這一點(diǎn)是與第一和第二實(shí)施例不同之處。
圖16是表示把構(gòu)成本發(fā)明的土壤特性檢測(cè)裝置第三實(shí)施例的一部分土壤切削部分及其周?chē)牟考c計(jì)算機(jī)合并的模式的示意圖。
如圖16所示，該第三實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置具有在臺(tái)架13下面的驅(qū)動(dòng)裝置80，驅(qū)動(dòng)裝置80根據(jù)來(lái)自計(jì)算機(jī)150的指令信號(hào)進(jìn)行操作。借助于使把一端支承在支桿51上的搖桿81作自由往復(fù)運(yùn)動(dòng)，來(lái)控制和驅(qū)動(dòng)土壤切削部分50，以軸50a為中心作相對(duì)于臺(tái)架13的搖擺運(yùn)動(dòng)，從而能調(diào)節(jié)傳感部分52(鏟子刃部53)相對(duì)于土壤的進(jìn)入角β。計(jì)算機(jī)150根據(jù)設(shè)置在光學(xué)傳感器容納部分60內(nèi)的土壤位移傳感器(激光測(cè)距計(jì))69的輸出信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)裝置80動(dòng)作，對(duì)反饋的信息進(jìn)行控制，使傳感器69的受光部分與土壤觀測(cè)面L2之間的距離(檢測(cè)土壤光學(xué)特性的各種傳感器61、62等與土壤觀測(cè)面L2之間的距離)D3，保持最佳值。
這樣，借助于本實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置10”，連續(xù)而且而穩(wěn)定地獲得與土壤觀測(cè)面凹凸?fàn)顟B(tài)的變化無(wú)關(guān)的，與土壤的光學(xué)特性和熱力學(xué)特性有關(guān)的，可靠性很高的數(shù)據(jù)信息。
在圖16中所示的構(gòu)成中，是借助于調(diào)節(jié)傳感部分52的進(jìn)入角β，來(lái)使得距離D3為最佳數(shù)值的，但，也可以采用，例如，能控制臺(tái)架13與地表面L1之間的距離變化的驅(qū)動(dòng)裝置等，以使距離D3為最佳數(shù)值。
此外，驅(qū)動(dòng)裝置80的驅(qū)動(dòng)方式，可采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，以及其他各種驅(qū)動(dòng)方式。
第四實(shí)施例下面，以與上述第一到第三實(shí)施例例間的不同點(diǎn)為中心，本發(fā)明土壤特性檢測(cè)裝置具體化的第四實(shí)施例加以說(shuō)明。
第四施例中的土壤特性檢測(cè)裝置，其基本硬件的構(gòu)成大致與上述各實(shí)施例相同。此外，該第四實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置在綜合處理有關(guān)土壤特性的各種數(shù)據(jù)信息時(shí)，也可以使用與適用于上述各實(shí)施例中的裝置基本相同的控制邏輯框圖(參見(jiàn)圖7、圖9、圖10等)。
包括第四實(shí)施例在內(nèi)，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置使用如下構(gòu)成，其具有能獲得與土壤特性有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，沿著土壤觀測(cè)面以不同方式布置的許多傳感器，并且，這些傳感器將檢測(cè)到的有關(guān)各種土壤特性的數(shù)據(jù)信息，個(gè)別地輸送出去的裝置。
在這里，實(shí)際上，各種傳感器在任意時(shí)間點(diǎn)上個(gè)別地輸出的檢測(cè)信號(hào)并不是與土壤觀測(cè)面上的同一個(gè)部位相對(duì)應(yīng)。
例如，假定土壤觀測(cè)面L2上的電器特性傳感器和紅外線傳感器之間的距離是60cm，而傳感部分的行進(jìn)速度保持為30cm/秒。在此情況下，與紅外線傳感器在任意時(shí)刻輸出的檢測(cè)信號(hào)相對(duì)應(yīng)的土壤觀測(cè)面，是與電器特性傳感器在2秒鐘(60cm÷30cm/秒)之前輸出的檢測(cè)信號(hào)相對(duì)應(yīng)的土壤觀測(cè)面。
因此，在本實(shí)施例中的土壤特性檢測(cè)裝置中，根據(jù)在該裝置中所設(shè)置的各種傳感器的位置關(guān)系(正確的說(shuō)，是成為各種傳感器的檢測(cè)對(duì)象的土壤的位置關(guān)系)，以及傳感部分的行進(jìn)速度，借助于計(jì)算出對(duì)同一個(gè)土壤式樣所獲得的各種數(shù)據(jù)信息的取得時(shí)間的差別，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分組，隨時(shí)對(duì)同一個(gè)土壤式樣的各種信息(與土壤特性有關(guān)的數(shù)據(jù)信息)進(jìn)行綜合和管理。也就是說(shuō)，對(duì)存在于土壤觀測(cè)面中的土壤的特性，和與鏟子部分53的上表面53a的電極接觸的土壤的特性，基本上是在大致為同一塊土壤式樣上檢測(cè)的，所以能將其作為一組數(shù)據(jù)來(lái)管理。
下面，參照流程圖，對(duì)上述數(shù)據(jù)信息進(jìn)行成組處理的具體順序加以說(shuō)明。
圖17是表示根據(jù)各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)，對(duì)所取得的土壤特性信息進(jìn)行綜合處理用的處理順序(程序)的流程圖。按照該流程圖的處理順序，其中包含了借助于土壤特性檢測(cè)裝置10等計(jì)算機(jī)150進(jìn)行處理的這一環(huán)節(jié)，例如，先前的基本程序(圖7)中的步驟S104。
當(dāng)按本程序進(jìn)行處理時(shí)，計(jì)算機(jī)150首先在步驟S501中引進(jìn)根據(jù)光學(xué)傳感器60的各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)信息。
在步驟S502中，根據(jù)光學(xué)傳感器容納部分60和鏟子部分53之間的位置關(guān)系，和傳感部分的行進(jìn)速度，計(jì)算出所取得的數(shù)據(jù)信息的延時(shí)。
在步驟S503中，考慮到上述步驟S502中計(jì)算出來(lái)的時(shí)間，從根據(jù)電器特性傳感器57和土壤硬度傳感器100的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)信息的來(lái)歷，篩選出與根據(jù)光學(xué)傳感器容納部分60內(nèi)的各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)信息相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。然后，把與兩種數(shù)據(jù)信息作為與同一塊土壤試樣有關(guān)的數(shù)據(jù)信息分組化，進(jìn)行匯總管理。
這樣，即使因?yàn)閭鞲衅髟呐渲?，或者因?yàn)樽鳛閷?shí)際檢測(cè)對(duì)象的土壤面(例如，土壤切削面與土壤觀測(cè)面L2之間的差別)不同，使得在任意時(shí)段內(nèi)所檢測(cè)的土壤試樣(檢測(cè)對(duì)象)不同時(shí)，作為有關(guān)各種土壤特性的數(shù)據(jù)信息的集合，也能確實(shí)取得與大致為同一塊土壤試樣相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)其進(jìn)行匯總管理。
也可以使用能調(diào)節(jié)各傳感器取得數(shù)據(jù)的開(kāi)始時(shí)刻的控制結(jié)構(gòu)，以便相對(duì)距離不同的各種傳感器對(duì)同一個(gè)試樣進(jìn)行檢測(cè)，以此來(lái)代替按照上述程序的控制結(jié)構(gòu)。
此外，如圖18中的鏟子部分的俯視圖中所示，也可以在鏟子部分53的上表面53a上設(shè)置圍繞著絕緣部件的兩種電極55a、55b，采用能檢測(cè)出這兩個(gè)電極之間的土壤導(dǎo)電率和介電常數(shù)的裝置構(gòu)成，以此來(lái)代替把鏟子部分53的上表面53a作為電極使用的，上述各種實(shí)施例中的電器特性傳感器57的構(gòu)成。
此外，同樣，如圖19中的鏟子部分的俯視圖所示，在鏟子部分53的上表面53a上設(shè)置了周?chē)鷩^緣材料的4種電極55c、55d、55e、55f，并把一對(duì)電極作為檢測(cè)電壓的端子(例如，電極55c、55d)使用，把另一對(duì)電極作為電流檢測(cè)端子(例如，電極55e、55f)使用，也可以用這四個(gè)端子來(lái)檢測(cè)土壤的電器特性。
又如圖20中的支桿局部側(cè)視圖所示，沿著支桿51的外周(在土壤中的不同深度上)，排列各個(gè)周?chē)媒^緣材料51a、51b、51c、51d包圍的電極51e、51f、51g、51h，可以利用這些電極來(lái)構(gòu)成檢測(cè)不同深度上的土壤電器特性的裝置。
如上所述，按照本發(fā)明，可以把在任意觀測(cè)點(diǎn)上檢測(cè)到的作為與土壤特性有關(guān)的檢測(cè)值的多個(gè)數(shù)據(jù)，作為與同一個(gè)土壤試樣相對(duì)應(yīng)的信息，對(duì)其進(jìn)行正確而且高效率的綜合。于是，除了能顯示出廣大的區(qū)域內(nèi)的土壤特性在地理上的分布情況之外，還能高效率地收集用于繪制有極高的代表性的數(shù)據(jù)圖起決定作用的信息。
權(quán)利要求
1.一種觀測(cè)土壤特性的土壤特性觀測(cè)裝置，其特征在于，它包括下列各種裝置能使切削面接觸到任意深度的土壤，在對(duì)土壤邊切削邊行進(jìn)中，在上述切削面行進(jìn)方向的反方向上形成觀測(cè)空間的土壤切削裝置；檢測(cè)裝置；檢測(cè)條件識(shí)別裝置；以及分組信息制作裝置，上述檢測(cè)裝置至少檢測(cè)下列土壤特性中的一種位于上述觀測(cè)空間與土壤的界面上的觀測(cè)面的土壤特性，或者與上述切削面接觸的土壤特性，上述檢測(cè)條件識(shí)別裝置在上述檢測(cè)裝置檢測(cè)多種土壤特性的過(guò)程中識(shí)別其檢測(cè)條件，上述分組信息制作裝置根據(jù)用上述檢測(cè)條件識(shí)別裝置所識(shí)別的檢測(cè)條件，對(duì)上述多種土壤特性制作與大致相同的土壤試樣相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息組。
2.如權(quán)利要求1所述的土壤特性觀測(cè)裝置，其特征在于，在由上述檢測(cè)條件識(shí)別裝置所識(shí)別的檢測(cè)條件中，包含檢測(cè)上述多種土壤特性的時(shí)刻，以及上述土壤切削裝置的行進(jìn)速度。
3.如權(quán)利要求1所述的土壤特性觀測(cè)裝置，其特征在于，上述檢測(cè)裝置對(duì)上述觀測(cè)面上存在的土壤的特性，以及與上述切削面接觸的土壤的特性都進(jìn)行檢測(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的土壤特性觀測(cè)裝置，其特征在于，上述檢測(cè)裝置從大致相同的土壤試樣中檢測(cè)上述存在于觀測(cè)面上的土壤的特性，和與上述切削面接觸的土壤的特性。
5.如權(quán)利要求4所述的土壤特性觀測(cè)裝置，其特征在于，上述土壤特性觀測(cè)裝置具有比較裝置，上述比較裝置能根據(jù)上述觀測(cè)面上的土壤的特性和與上述切削面接觸的土壤的特性至少一種的特性，對(duì)另一種特性的可靠性進(jìn)行比較。
6.如權(quán)利要求1所述的土壤特性觀測(cè)裝置，其特征在于，上述土壤特性觀測(cè)裝置具有通信裝置；以及處理裝置，上述通信裝置獲得關(guān)于本土壤特性觀測(cè)裝置現(xiàn)在所處的位置的信息，作為來(lái)自外部的通信信息；上述處理裝置把上述通信信息與上述檢測(cè)裝置所檢測(cè)得到的土壤特性作為相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種土壤特性的檢測(cè)裝置，它能夠高效率地取得農(nóng)場(chǎng)內(nèi)有關(guān)土壤特性的分布情況的，高精度的數(shù)據(jù)信息，對(duì)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌管理。本發(fā)明的土壤特性檢測(cè)裝置的構(gòu)成包括下列裝置連接在拖拉機(jī)后部的臺(tái)架；裝載在臺(tái)架上的控制部分(計(jì)算機(jī))；安裝在臺(tái)架后端下部的土壤切削部分50，借助于拖拉機(jī)之類的車(chē)輛的牽引，能對(duì)農(nóng)場(chǎng)內(nèi)土壤特性的分布進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。在控制部分的上方安裝有GPS天線。土壤切削部分50具有支承和連接在臺(tái)架下部的支桿51，以及固定在支桿51的下部，能在土壤中預(yù)定的深度上大致水平地行進(jìn)的傳感部分52。控制部分能對(duì)作為檢測(cè)對(duì)象的土壤特性，以及布置方式各不相同的傳感器57、61、62、63、64、100等所檢測(cè)到的信號(hào)，制作成與同一個(gè)土壤試樣相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息的信息組。
文檔編號(hào)A01B79/00GK1644013SQ200410085048
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2002年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月6日
發(fā)明者澀澤榮, 大友篤, 平子進(jìn)一 申請(qǐng)人:農(nóng)工大Tlo株式會(huì)社