本發(fā)明實施例涉及土壤檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壤含冰量檢測的方法及裝置。

背景技術(shù)：

在季節(jié)性凍土地區(qū)，土壤的凍融循環(huán)過程對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)氣候環(huán)境有重要的影響，例如在春季，農(nóng)民會根據(jù)農(nóng)田土壤的融化情況來推斷耕作的最佳時間。因此人們對農(nóng)田季節(jié)性凍土凍融循環(huán)周期變化規(guī)律的研究愈加關(guān)注。而土壤的凍融循環(huán)過程實質(zhì)上是土壤中的自由水與冰相互轉(zhuǎn)換的過程，因此能夠?qū)崟r檢測農(nóng)田土壤中冰的含量就顯的尤為重要。

在早期的凍土研究中，凍土器作為一種簡單的測量工具被廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)管與外管兩部分組成，當(dāng)土壤凍結(jié)時，通過人工觀測內(nèi)管水的凍結(jié)情況來判斷土壤的凍結(jié)深度。但是由于土壤本身的凍結(jié)溫度與純水的并不相同，因此該方法只能在一定程度上判斷土壤的凍結(jié)情況，并不能準(zhǔn)確的測量土壤含冰量。此外隨著土壤介電理論的發(fā)展，一種時域反射設(shè)備(TDR)被應(yīng)用于土壤的含冰量的測量中。然而該設(shè)備只能夠測量了土壤中自由水含量，只有在假設(shè)土壤凍結(jié)過程中總含水量不發(fā)生變化的情況下，才能根據(jù)未凍結(jié)期的含水量與凍結(jié)過程中的含水量的差值，計算土壤中的冰含量。然而實際上土壤在凍結(jié)過程中，外界的環(huán)境變化(如降雪)與自身溫度的變化都會導(dǎo)致土壤區(qū)域內(nèi)的水分遷移。因此采用該方法對土壤含冰量測量具有一定的誤差。

因此，如何提出一種方法，能夠提高土壤含冰量測量的準(zhǔn)確性，成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明實施例提供一種土壤含冰量檢測的方法及裝置。

一方面，本發(fā)明實施例提供一種土壤含冰量檢測的方法，包括：

獲取土壤的檢測信息；

根據(jù)所述檢測信息以及預(yù)設(shè)的土壤含冰量模型獲得所述土壤的第一含冰量，其中所述土壤含冰量模型的輸入量為所述檢測信息，輸出量為所述第一含冰量。

另一方面，本發(fā)明實施例提供一種土壤冰含量檢測裝置，包括：電源、線路控制板、鉑電阻探針以及至少兩個不銹鋼探針，所述鉑電阻探針和所述各不銹鋼探針用于檢測土壤的檢測信息，所述各不銹鋼探針與所述鉑電阻探針均與所述線路控制板連接；所述線路控制板用于控制所述各不銹鋼探針和所述鉑電阻探針獲取所述檢測信息，并根據(jù)所述檢測信息以及預(yù)設(shè)的土壤含冰量模型獲得所述土壤的第一含冰量，其中所述土壤含冰量模型的輸入量為所述檢測信息，輸出量為所述第一含冰量。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測的方法及裝置，通過檢測土壤的檢測信息，利用預(yù)先建立的能夠反映出土壤含冰量和檢測信息之間函數(shù)關(guān)系的土壤含冰模型，可以獲得待檢測土壤的含冰量。由于土壤含冰模型是根據(jù)實際情況建立的，能夠很好的反映出土壤含冰量和檢測信息之間函數(shù)關(guān)系，因此若獲取到待檢測土壤的檢測信息，就可以準(zhǔn)確的計算出土壤的含冰量。而土壤的檢測信息通?？梢员容^容易獲取到，因此，本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測方法，提高了土壤含冰量測量的準(zhǔn)確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中土壤含冰量檢測方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中土壤含冰量模型建立方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中土壤冰含量檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本發(fā)明實施例中線路控制板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中又一線路控制板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實施例中土壤含冰量檢測方法的流程示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測的方法包括：

S1、獲取土壤的檢測信息；

S2、根據(jù)所述檢測信息以及預(yù)設(shè)的土壤含冰量模型獲得所述土壤的含冰量，其中所述土壤含冰量模型的輸入量為所述檢測信息，輸出量為所述土壤的含冰量。

具體地，獲取待檢測土壤的檢測信息，具體獲取檢測信息的方法可以通過土壤檢測儀器進(jìn)行測量，還可以通過其他方法獲得，本發(fā)明實施例不作具體限定，并且檢測信息是和土壤的含冰量相關(guān)的信息，具體內(nèi)容可以根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇，本發(fā)明實施例不作具體限定。獲取到土壤的檢測信息后，根據(jù)檢測信息以及預(yù)設(shè)的土壤含冰量模型計算出待檢測土壤的含冰量。其中土壤含冰量模型是以含冰量為輸出量，以檢測信息為輸入量的數(shù)學(xué)模型，該土壤含冰量模型可以反應(yīng)出土壤的含冰量與檢測信息之間的函數(shù)關(guān)系，因此通過獲得待檢測土壤的檢測信息，利用建立好的土壤含冰量模型就可以計算出待檢測土壤的含冰量。土壤含冰量模型的具體形式可以根據(jù)實際使用情況進(jìn)行建立，本發(fā)明實施例不作具體限定。

例如：若要檢測土地A的土壤含冰量，可以通過土壤檢測儀器測量出需要的檢測信息，并將測得的檢測信息作為輸入量，輸入到土壤含冰量模型中，就可以計算出土地A的土壤含冰量。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測方法，通過檢測土壤的檢測信息，利用預(yù)先建立的能夠反映出土壤含冰量和檢測信息之間函數(shù)關(guān)系的土壤含冰模型，可以獲得待檢測土壤的含冰量。由于土壤含冰模型是根據(jù)實際情況建立的，能夠很好的反映出土壤含冰量和檢測信息之間函數(shù)關(guān)系，因此若獲取到待檢測土壤的檢測信息，就可以準(zhǔn)確的計算出土壤的含冰量。而土壤的檢測信息通?？梢员容^容易獲取到，因此，本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測方法，提高了土壤含冰量測量的準(zhǔn)確性。

圖2為本發(fā)明實施例中土壤含冰量模型建立方法的流程示意圖，如圖所示，本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量模型建立方法包括：

R1、配置所述土壤不同水分梯度的土壤樣本；

具體地，獲取一定量的待檢測地區(qū)的土壤，將獲取到的土壤通過烘箱進(jìn)行干燥，干燥的溫度和時間可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明實施例不作具體限定。例如烘干的溫度可以為105℃，時間可以為24h。計算出不同梯度含水率的土壤樣本所需水分，配置不同水分梯度的土壤樣本，其中土壤樣本的水分梯度可以是：從干燥到水分飽以含水率為5％為梯度，當(dāng)然土壤樣本的水分梯度還可以為其他數(shù)值，本發(fā)明實施例不作具體限定。得到了對應(yīng)數(shù)量的土壤樣本。將配置好的土壤樣本均勻的裝入容器中，密封靜置一段時間后使用。

R2、獲取所述土壤樣本在凍結(jié)過程中的多組所述檢測信息；

具體地，配置好不同水分梯度的土壤樣本后，將配置好的樣本進(jìn)行凍結(jié)，并檢測凍結(jié)過程中土壤樣本的檢測信息，獲取多組檢測信息。具體獲取土壤樣本的檢測信息的方法可以采用土壤檢測儀器進(jìn)行測量，還可以通過其他方法獲得，本發(fā)明實施例不作具體限定。

R3、根據(jù)所述土壤樣本的所述檢測信息計算對應(yīng)的所述土壤樣本的含冰量；

具體地，獲取到土壤樣本的檢測信息后，根據(jù)檢測信息計算出對應(yīng)的土壤樣本的含冰量。由于檢測信息是和土壤含冰量相關(guān)的信息，因此可以根據(jù)獲取到的土壤樣本中的檢測信息計算出土壤樣本的含冰量。

R4、根據(jù)所述土壤樣本的含冰量以及所述檢測信息建立所述土壤含冰量模型；

具體地，獲取到多組土壤樣本的檢測信息，并計算出對應(yīng)的土壤樣本的含冰量后，根據(jù)多組數(shù)據(jù)，以含冰量為輸出量，以檢測信息為輸入量，建立土壤含冰量模型，為土壤含冰量檢測提供理論依據(jù)。

例如：若要檢測土地A的土壤含冰量，從土地A出獲取一定量的土壤，將獲取到的土壤通過烘箱進(jìn)行干燥，烘干的溫度為105℃，時間為24h。計算出不同梯度含水率的土壤樣本所需水分，從干燥到水分飽以含水率為5％為梯度，配置不同水分梯度的土壤樣本，這樣得到了對應(yīng)數(shù)量的土壤樣本。將配置好的土壤樣本按容重1.6g/cm³均勻的裝入容器中，密封靜置48小時，然后將配置好的土壤樣本放入冰箱進(jìn)行凍結(jié)。在凍結(jié)的過程中用土壤檢測儀器測量土壤樣本的檢測信息，獲取多組不同時間對應(yīng)的不同水分梯度的土壤樣本的檢測信息。再根據(jù)獲取到的檢測信息計算出對應(yīng)的土壤樣本的含冰量，根據(jù)計算出的含冰量以及對應(yīng)的檢測信息，建立出土壤含冰量與檢測信息之間的函數(shù)關(guān)系，即為土壤含冰量模型。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測方法，通過獲取待檢測地區(qū)的土壤配置出土壤樣本，并測量土壤樣本在凍結(jié)過程中的檢測信息，根據(jù)檢測信息計算出對應(yīng)的含冰量，根據(jù)含冰量以及對應(yīng)的檢測信息建立土壤含冰量模型。土壤含冰量模型可以針對不同的待檢測地區(qū)的土壤進(jìn)行建立，不同的待檢測土壤，土壤含冰量模型可以不同，提高了土壤含冰量模型建立的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提高了土壤含冰量測量的準(zhǔn)確性。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述獲取所述土壤樣本在凍結(jié)過程中的所述檢測信息包括：將所述土壤樣本進(jìn)行凍結(jié)，對所述土壤樣本在凍結(jié)過程中，每隔預(yù)設(shè)時間測量所述土壤的所述檢測信息。

具體地，配置好土壤樣本后，將土壤樣本進(jìn)行凍結(jié)，每隔預(yù)設(shè)時間測量一次土壤樣本的的檢測信息，獲取多組數(shù)據(jù)。其中預(yù)設(shè)時間可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置，例如可以每隔15分鐘測量一次檢測信息，測量的次數(shù)也可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，例如測量10次，本發(fā)明實施例不作具體限定。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測方法，每隔預(yù)設(shè)時間獲取一次土壤樣本的檢測信息，使得能夠獲取到不同時間不同環(huán)境下土壤樣本的檢測信息，并且獲取多組檢測信息，可以降低若獲取的檢測信息中部分?jǐn)?shù)據(jù)有誤差對土壤含冰量模型的建立帶來的影響，提高了土壤含冰量模型建立的準(zhǔn)確性和土壤含冰量測量的準(zhǔn)確性。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述檢測信息包括：所述土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率。

具體地，由于土壤的含冰量與土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率密切相關(guān)，因此檢測信息可以包括土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率。當(dāng)然，還可以包括其他與土壤含冰量有關(guān)的信息，例如：土壤的酸堿性等，本發(fā)明實施例不作具體限定。

例如：若要檢測地區(qū)A的土壤含冰量，可以檢測出土地A處土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率，將檢測出的土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率輸入到土壤含冰量模型中，就可以計算出土地A處土壤的含冰量。其中土壤含冰量模型是通過將待檢測地區(qū)A處的土壤配置成土壤樣本，測量出土壤樣本在凍結(jié)過程中的含水率、溫度以及電導(dǎo)率，并計算出對應(yīng)的含冰量。根據(jù)獲取到的含冰量、含水率、溫度以及電導(dǎo)率，以含冰量為輸出量，含水率、溫度以及電導(dǎo)率建立出土壤含冰量模型。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測方法，通過以與土壤的含冰量有關(guān)的土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率作為檢測信息，建立土壤含冰量模型并檢測待檢測地區(qū)土壤的含冰量，提高了土壤含冰量測量的準(zhǔn)確性。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述根據(jù)所述檢測信息計算對應(yīng)的所述土壤樣本的含冰量包括：

根據(jù)所述檢測信息中的所述含水率，利用物質(zhì)守恒定律計算所述土壤樣本的含冰量。

具體地，在土壤凍結(jié)過程中，水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)冰，但其物質(zhì)總量并沒有發(fā)生變化，采用未凍結(jié)狀態(tài)下土壤樣本中的水的總質(zhì)量減去凍結(jié)過程中土壤水分的質(zhì)量，即可獲取到土壤樣本的冰的質(zhì)量，即土壤樣本的含冰量。其中土壤樣本凍結(jié)過程中水分的質(zhì)量可以采用獲取到的土壤樣本的檢測信息中的含水率計算獲得。

例如：檢測到其中一個土壤樣本在凍結(jié)過程中的一組檢測信息中的含水率為a，對應(yīng)的土壤樣本的總質(zhì)量為m，土壤樣本未凍結(jié)之前水的質(zhì)量為b。根據(jù)檢測到的含水率a和土壤樣本的總質(zhì)量m，計算得出這時土壤樣本中水的質(zhì)量為am，可以得到土壤樣本中轉(zhuǎn)化為冰的水的質(zhì)量為b-am，即為這時土壤樣本中對應(yīng)的冰的質(zhì)量，即土壤樣本的含冰量。

下面介紹本發(fā)明實施例中土壤含冰量模型的具體建立過程，以便更好的理解本發(fā)明實施例的技術(shù)方案。

獲取待檢測地區(qū)A的土壤，并將獲取到的土壤配置成不同水分梯度的土壤樣本，土壤樣本的具體配置方法同上述實施例一致，此處不再贅述。將配置好的土壤樣本進(jìn)行冰凍，每隔15分鐘獲取一次所有土壤樣本的含水率、溫度以及電導(dǎo)率。土壤樣本的含水率的獲取方法可以采用駐波比法，駐波比法是利用土壤中水和其他介質(zhì)介電常數(shù)之間的差異性，以及介電常數(shù)與土壤含水量變化相關(guān)的性質(zhì)來測定土壤含水量的方法。本發(fā)明實施例根據(jù)在100MHz的激勵頻率下水的介電常數(shù)與土壤的介電常數(shù)大致相等，采用100MHz的信號源作為探針的激勵頻率，利用土壤檢測儀器測量出土壤樣本在凍結(jié)過程中的含水率，當(dāng)然還可以采用其他方法測量土壤樣本中的含水率，本發(fā)明實施例不作具體限定。

土壤樣本的電導(dǎo)率的獲取方法可以為電阻分壓法，采用分壓電阻和選通電路，依據(jù)土壤凍結(jié)過程中，測量土壤電導(dǎo)率的探針間的阻值變化范圍，選取不同的分壓電阻進(jìn)行測量，根據(jù)獲取的電壓信號與電導(dǎo)率的標(biāo)定模型，獲取被測土壤樣本中的電導(dǎo)率，當(dāng)然還可以采用其他方法測量土壤樣本中的電導(dǎo)率，本發(fā)明實施例不作具體限定。獲取到的土壤樣本的含水率、溫度以及電導(dǎo)率都是離散的數(shù)值，再根據(jù)物質(zhì)守恒定律，通過計算土壤樣本在凍結(jié)前后水的含量，計算出對應(yīng)的土壤樣本中的含冰量，這樣得到多組土壤樣本對應(yīng)的多組含水率、溫度、電導(dǎo)率以及含冰量的離散數(shù)值。

在冬季，隨著空氣溫度的降低，土壤中的一部分水分將釋放熱量變成冰，此時土壤中主要由冰、水與土壤顆粒三項物質(zhì)組成。而在土壤凍融過程中，其實質(zhì)是水與冰的相互轉(zhuǎn)換過程，因為冰與水的電導(dǎo)率存在巨大差異性，結(jié)合溫度對電導(dǎo)率的影響，選取電導(dǎo)率作為含冰量、含水率以及溫度的主因素變量，建立以電導(dǎo)率為輸出項，以溫度、含冰量與含水率為輸入量的多元非線性回歸模型，以達(dá)到求解土壤中含冰量的目的。本發(fā)明實施例利用SPSS(Statistical Product and Service Solutions，統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案)軟件對土壤樣本所測的離散數(shù)值進(jìn)行以電導(dǎo)率作為主因素非線性回歸分析，得到以電導(dǎo)率σ為輸出項，以含水率θ_w、含冰量θ_i以及溫度T為輸入項的非線性回歸模型，具體參見公式(1)：

σ＝k₁θ_W+k₃T+k₂θ_i+k₄θ_WT+k₅θ_Wθ_i+k₆Tθ_i+ε (1)

式中：k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆以及ε都是常數(shù)，是根據(jù)獲取到的土壤樣本的含水率、溫度、電導(dǎo)率以及含冰量進(jìn)行非線性回歸分析時計算所得，不同的土壤樣本，其數(shù)值可能會有差異。

將公式(1)進(jìn)行整理，得到以含冰量為輸出項的非線性模型，即為土壤含冰量模型，具體參見公式(2)：

本發(fā)明實施例中土壤樣本的含冰量是根據(jù)物質(zhì)守恒定律通過檢測土壤樣本的含水率計算得到的，這需要知道土壤樣本在凍結(jié)前后的土壤樣本中的水的質(zhì)量。而實際檢測待檢測地區(qū)土壤的含冰量時，土壤凍結(jié)前后的水的質(zhì)量是未知的，因此不能直接利用物質(zhì)守恒定律檢測土壤中的含冰量。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測方法，對待檢測地區(qū)的土壤進(jìn)行土壤樣本的檢測，并根據(jù)檢測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立針對待檢測地區(qū)的土壤含冰量模型，根據(jù)建立的模型，再進(jìn)行待檢測地區(qū)的土壤含冰量檢測時，只需要檢測水土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率就可以計算出土壤的含冰量。這種針對性的建立土壤含冰量模型，提高了土壤含冰量測量的準(zhǔn)確性，并且本發(fā)明實施例提供的方法，在土壤含冰量模型建立后，可以實時的檢測土壤含冰率。

圖3為本發(fā)明實施例中土壤冰含量檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，本發(fā)明實施例提供的土壤冰含量檢測裝置包括：電源01、線路控制板02、鉑電阻探針03以及至少兩個不銹鋼探針04，鉑電阻探針03和各不銹鋼探針04用于檢測土壤的檢測信息，各不銹鋼探針04與鉑電阻探針03均與線路控制板02連接；線路控制板02用于控制各不銹鋼探針04和鉑電阻探針03獲取所述檢測信息，并根據(jù)所述檢測信息以及預(yù)設(shè)的土壤含冰量模型獲得所述土壤的含冰量，其中所述土壤含冰量模型的輸入量為所述檢測信息，輸出量為所述土壤的含冰量。

具體地，如圖3所示，本發(fā)明實施例提供的土壤冰含量檢測裝置主要包括電源01、線路控制板02、鉑電阻探針03以及至少兩個不銹鋼探針04，本發(fā)明實施例采用的電源01是通訊供電電纜。此外還可以包括用于保護(hù)線路控制板02的殼體05，殼體05的材質(zhì)可以采用聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，簡稱PVC)，當(dāng)然還可以采用其他材質(zhì)，本發(fā)明實施例不作具體限定。線路控制版02設(shè)置在PVC殼體05內(nèi)，電源01帶有供電接口用于給線路控制版02供電，為了保證供電正常，本發(fā)明實施例在電源01與殼體05的接口處設(shè)置有防水接頭06。鉑電阻探針03以及至少兩個不銹鋼探針04穿過PVC殼體05與線路控制板02連接，具體的連接方式可以是螺紋連接，或其他的連接方式，本發(fā)明實施例不作具體限定。鉑電阻探針03是一種內(nèi)部設(shè)置有鉑電阻的不銹鋼探針，鉑電阻探針03和不銹鋼探針04屬于傳感器的一部分，都是用來檢測土壤的檢測信息。本發(fā)明實施例中不銹鋼探針04的數(shù)量是3個，當(dāng)然根據(jù)實際的需要，還可以設(shè)置為其他數(shù)量，可以根據(jù)線路控制板中具體線路進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明實施例不作具體限定。鉑電阻探針03以及不銹鋼探針04的殼體采用的材質(zhì)都是不銹鋼，可以防止探針在土壤中被腐蝕而影響檢測的結(jié)果，并且探針之間有一定的距離，本發(fā)明實施例探針間的距離為12mm，當(dāng)然根據(jù)實際的需要，還可以設(shè)置為其他距離，本發(fā)明實施例不作具體限定。線路控制板02用于控制多個不銹鋼探針04和鉑電阻探針03檢測土壤的檢測信息，并根據(jù)獲取到的檢測信息以及預(yù)設(shè)的土壤含冰量模型計算出土壤的含冰量。其中預(yù)設(shè)的土壤含冰量模型的建立方法同上述實施例一致，此處不再贅述。

例如：若要檢測地區(qū)A的土壤含冰量，首先配置土地A的土壤樣本，并根據(jù)土壤樣本建立土壤含冰量模型，將土壤含冰量模型輸入到土壤冰含量檢測裝置的線路控制板02內(nèi)。將土壤冰含量檢測裝置放置到待檢測土地A的區(qū)域內(nèi)，將鉑電阻探針03和不銹鋼探針04插入待檢測土地A的土壤中，線路控制板02控制鉑電阻探針03和不銹鋼探針04檢測待檢測地區(qū)A的土壤的檢測信息，并根據(jù)獲取到的檢測信息以及輸入的土壤含冰量模型計算出待檢測地區(qū)A的土壤的含冰量。

本發(fā)明實施例提供的土壤冰含量檢測裝置，是根據(jù)上述實施例的方法以及原理進(jìn)行工作的，通過線路控制板控制鉑電阻探針和不銹鋼探針檢測待檢測土壤的檢測信息，并根據(jù)獲取到的檢測信息以及輸入土壤含冰量模型的計算出待檢測土壤的含冰量，提高了土壤含冰量檢測的準(zhǔn)確性，并且本發(fā)明實施例中的土壤冰含量檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，對于土壤含冰量的測量更具有普適性。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述檢測信息包括：所述土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率。

具體地，土壤冰含量檢測裝置在對待檢測土地的土壤進(jìn)行檢測時，獲取到的檢測信息包括：土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率。其中不銹鋼探針用于檢測土壤的含水率和電導(dǎo)率，鉑電阻探針用于檢測土壤的溫度。當(dāng)然，檢測信息還可以包括其他與土壤含冰量有關(guān)的信息，本發(fā)明實施例不作具體限定。此外，土壤含冰量模型也是根據(jù)土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率與土壤含冰量之間的關(guān)系建立的，因此通過檢測土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率，根據(jù)土壤含冰量模型就可以計算出待檢測土壤的含冰量。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測裝置，通過以與土壤的含冰量有關(guān)的土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率作為檢測信息，建立土壤含冰量模型輸入到土壤含冰量檢測裝置，土壤含冰量檢測裝置檢測待檢測地區(qū)土壤的含水率、溫度以及電導(dǎo)率，就可以直接檢測出待檢測土壤的含冰量，提高了土壤含冰量測量的準(zhǔn)確性。

圖4本發(fā)明實施例中線路控制板的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述線路控制板包括：控制單元41、串口下載單元42、土壤溫度檢測單元43、土壤水分檢測單元44、土壤電導(dǎo)率檢測單元45、時鐘單元46以及總線收發(fā)控制單元47；

串口下載單元42與控制單元41連接，用于下載控制程序到控制單元41；控制單元41與土壤溫度檢測單元43連接，用于控制土壤溫度檢測單元43檢測所述土壤的溫度；控制單元41與土壤水分檢測單元44連接，用于控制土壤水分檢測單元44檢測所述土壤的含水率；控制單元41與土壤電導(dǎo)率檢測單元45連接，用于控制土壤電導(dǎo)率檢測單元45檢測所述土壤的電導(dǎo)率；控制單元41與時鐘單元46連接，用于控制時鐘單元46記錄采集所述檢測信息的時間；總線收發(fā)控制單元47與控制單元41連接，用于控制控制單元41與外置設(shè)備進(jìn)行通訊。

具體地，土壤含冰量檢測裝置中的線路控制板包括：控制單元41、串口下載單元42、土壤溫度檢測單元43、土壤水分檢測單元44、土壤電導(dǎo)率檢測單元45、時鐘單元46以及總線收發(fā)控制單元47?？刂茊卧?1可以是單片機，當(dāng)然還可以是其他用于控制的裝置，本發(fā)明實施例不作具體限定。串口下載單元42與控制單元41連接，用于下載控制程序到控制單元41，控制程序包括含有土壤冰含量模型的計算程序以及控制其他單元工作的控制程序，還可以根據(jù)需要下載其他程序，本發(fā)明實施例不作具體限定。控制單元41與其余各單元均連接，并根據(jù)下載的控制程序控制土壤溫度檢測單元43檢測土壤的溫度，控制土壤水分檢測單元44檢測土壤的含水率，控制土壤電導(dǎo)率單元45檢測土壤的電導(dǎo)率，控制時鐘單元46記錄采集檢測信息的時間。根據(jù)總線收發(fā)控制單元47的控制與外置設(shè)備進(jìn)行通訊，例如將檢測到的土壤含冰量輸入到外置設(shè)備。

例如：若要檢測地區(qū)A的土壤含冰量，預(yù)先通過串口下載單元42將包含土壤含冰量模型的相應(yīng)的程序輸入到控制單元41。將土壤冰含量檢測裝置放置到待檢測地區(qū)A的區(qū)域內(nèi)，將鉑電阻探針03和不銹鋼探針04插入待檢測地區(qū)A的土壤中。線路控制板中的控制單元41控制土壤溫度檢測單元43使用鉑電阻探針檢測土壤的溫度，土壤溫度檢測單元43將檢測到的溫度上傳至控制單元41；控制單元41控制土壤水分檢測單元44和土壤電導(dǎo)率單元45使用不銹鋼探針分別檢測土壤的含水率和電導(dǎo)率，土壤水分檢測單元44和土壤電導(dǎo)率單元45分別將檢測到的含水率和電導(dǎo)率上傳至控制單元41。控制單元41根據(jù)接收到的土壤的溫度、含水率和電導(dǎo)率以及輸入的土壤含冰量模型計算出待檢測土地A的土壤的含冰量。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測裝置，通過在線路控制板中的控制單元輸入包含土壤含冰量模型的相應(yīng)的程序，并由控制單元控制其他各單元檢測土壤的溫度、含水率和電導(dǎo)率，再根據(jù)輸入的土壤含冰量模型計算出待檢測土地土壤的含冰量。提高了土壤含冰量檢測的準(zhǔn)確性，克服了對土壤含冰量間接測量的局限性，能夠直接測量土壤中含冰量的情況，從而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、林木撫育及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的研究奠定基礎(chǔ)。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述土壤水分檢測單元和所述土壤電導(dǎo)率檢測單元分別與所述各不銹鋼探針連接，根據(jù)所述控制單元的控制，所述土壤水分檢測單元使用所述各不銹鋼探針檢測所述土壤的含水率或所述土壤電導(dǎo)率檢測單元使用所述各不銹鋼探針檢測所述土壤的電導(dǎo)率。

具體地，線路控制板中的土壤水分檢測單元和土壤電導(dǎo)率檢測單元都與土壤含冰量檢測裝置中的各不銹鋼探針連接?？刂茊卧刂仆寥浪謾z測單元使用各不銹鋼探針檢測土壤的含水率，或者控制土壤電導(dǎo)率檢測單元使用各不銹鋼探針檢測土壤的電導(dǎo)率。即土壤水分檢測單元和土壤電導(dǎo)率檢測單元檢測土壤含水率和土壤電導(dǎo)率使用的是相同的不銹鋼探針。例如本發(fā)明實施例中土壤含冰量檢測裝置采用3個不銹鋼探針，土壤水分檢測單元和土壤電導(dǎo)率檢測單元都用這3個不銹鋼探針檢測土壤的檢測信息。相當(dāng)于同一個傳感器既可以用來檢測土壤的含水率，也可以檢測土壤的電導(dǎo)率。當(dāng)土壤水分檢測單元使用不銹鋼探針時，可以檢測土壤的含水率，當(dāng)土壤電導(dǎo)率檢測單元使用不銹鋼探針時，可以檢測土壤的電導(dǎo)率。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測裝置，土壤水分檢測單元和土壤電導(dǎo)率檢測單元使用相同的不銹鋼探針對土壤進(jìn)行檢測，以使得檢測到的土壤的含水率和土壤的電導(dǎo)率是同一土壤，以此保證數(shù)據(jù)采集的原位測量，保證檢測到的土壤的檢測信息的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提高土壤含水量測量的準(zhǔn)確性。

圖5為本發(fā)明實施例中又一線路控制板的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述線路控制板還包括：選通控制單元50，控制單元41、土壤水分檢測單元44和土壤電導(dǎo)率檢測單元45均與選通控制單元50連接，選通控制單元50用于根據(jù)控制單元41的控制選擇土壤水分檢測單元44或土壤電導(dǎo)率檢測單元45使用各不銹鋼探針04。

具體地，由于土壤水分檢測單元44和土壤電導(dǎo)率檢測單元45使用相同的不銹鋼探針04，因此在線路控制板中可以包括選通控制單元50，控制單元41、土壤水分檢測單元44和土壤電導(dǎo)率檢測單元45均與選通控制單元50連接，選通控制單元50根據(jù)控制單元41的控制，選擇土壤水分檢測單元44或土壤電導(dǎo)率檢測單元45使用不銹鋼探針進(jìn)行土壤檢測信息的檢測。選通控制單元50包括選通電路，即相當(dāng)于一個雙向開關(guān)，而不銹鋼探針內(nèi)可以設(shè)置兩條電路，當(dāng)開關(guān)將一邊的電路閉合時，可以控制土壤水分檢測單元44使用不銹鋼探針檢測土壤的含水率；當(dāng)開關(guān)將另一邊的電路閉合時，可以控制土壤電導(dǎo)率檢測單元45使用不銹鋼探針檢測土壤的導(dǎo)電率。需要說明的是，土壤水分檢測單元44和土壤電導(dǎo)率檢測單元45的切換時間很短，可以認(rèn)為土壤的含水率和電導(dǎo)率是同時測量的。

下面介紹本發(fā)明實施例中土壤含冰量檢測裝置的具體結(jié)構(gòu)，以便更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明實施例提供的土壤含冰量檢測裝置包括電源、防水接頭、PVC殼體、線路控制板、不銹鋼探針、鉑電阻探針。不銹鋼探針與鉑電阻探針穿過PVC殼體與線路控制板通過螺紋連接，其中探針間距為12mm。線路控制板包括控制單元、串口下載單元、土壤溫度檢測單元、實時時鐘單元、總線收發(fā)控制單元、RS-232接口、選通控制單元、土壤水分檢測單元與土壤電導(dǎo)率檢測單元。RS-232接口是一種串行通訊接口。電源采用5V的直流電源，控制單元采用主控單片機，總線收發(fā)控制單元采用RS-232總線收發(fā)控制單元。

5V的直流電源連接主控單片機的電源輸入端，用于給土壤含冰量檢測裝置供電；串口下載單元連接主控單片機的串口1引腳，用于下載相應(yīng)的程序到主控單片機；土壤溫度檢測單元連接主控單片機的ADC1引腳，用于檢測土壤溫度；時鐘單元連接主控單片機的I²C引腳，用于記錄采集數(shù)據(jù)的時間；RS-232總線收發(fā)控制單元連接主控單片機的串口2引腳，用于控制主控單片機與外置采集器通訊；選通控制單元連接主控單片機的輸入輸出端口以及ADC2端口，用于選通哪個通道進(jìn)行工作；土壤水分檢測單元連接選通控制單元通道1，用于檢測土壤中的含水率；土壤電導(dǎo)率檢測單元連接選通控制單元通道2，用于檢測土壤中的電導(dǎo)率。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。