本發(fā)明涉及一種野外土壤高光譜檢測(cè)裝置，尤其是涉及一種野外連續(xù)測(cè)試原位水稻土高光譜的車載微型鏵犁裝置。

背景技術(shù)：

基于實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的土壤高光譜檢測(cè)在國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)獲得了廣泛的認(rèn)可。然而，室內(nèi)光譜測(cè)量所需的樣品采集、運(yùn)輸、制備等過程，削弱了可見近紅外(Vis-NIR)高光譜技術(shù)無損快速的優(yōu)勢(shì)。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對(duì)大范圍土壤屬性利用土壤高光譜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求越來越迫切，土壤高光譜的野外檢量技術(shù)顯得越來越重要。近年來，構(gòu)建各種土壤屬性預(yù)測(cè)模型的野外高光譜速測(cè)裝置成為土壤學(xué)的一大熱點(diǎn)。這類裝置可以分為靜態(tài)原位測(cè)量裝置和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量裝置。

野外土壤高光譜的靜態(tài)原位測(cè)量裝置大多是在野外采樣點(diǎn)處將光譜儀與土壤相對(duì)固定地進(jìn)行光譜采集，一般在光譜儀上配備接觸式反射探頭對(duì)含水野外原狀土柱進(jìn)行光譜測(cè)量，用測(cè)得的土壤高光譜數(shù)據(jù)各類土壤屬性，如Kusumo等（Kusumo, B.H., Hedley, M.J., Tuohy, M.P., et al. Prediction of soil carbon and nitrogen concentrations and pasture root densities from proximally sensed soil spectral reflectance. Proximal Soil Sensing, Springer Netherlands, 2010: 177-190）、國(guó)內(nèi)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的李民贊團(tuán)隊(duì)（李民贊，潘孌，鄭立華，等?；诮t外漫反射測(cè)量的便攜式土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定儀的開發(fā)。光譜學(xué)與光譜分析，2010，30（4）：1146-1150。安曉飛，李民贊，鄭立華，等。便攜式土壤全氮測(cè)定儀性能研究。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（增刊）：283-288。）、浙江大學(xué)的史舟團(tuán)隊(duì)（郭燕, 紀(jì)文君, 吳宏海, 等. 基于野外Vis-NIR光譜的土壤有機(jī)質(zhì)預(yù)測(cè)與制圖. 光譜學(xué)與光譜分析, 2013, 33(4): 1135-1140）就成功利用在野外靜態(tài)原位測(cè)量水稻土高光譜進(jìn)行土壤屬性的建模預(yù)測(cè)和制圖。

野外土壤高光譜的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量裝置通常是由具有一定動(dòng)力的牽引裝置牽引，在前進(jìn)的同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量野外土壤光譜，如比利時(shí)Mouazen等（Mouazen, A.M., Karoui, R., De Baerdemaeker, J., et al. On-line measurement of some selected soil properties using a VIS-NIR sensor. Soil & Tillage Research, 2007, 93(1): 13-27.）和美國(guó)的Christy（Christy, C.D. Real-time measurement of soil attributes using on-the-go near infrared reflectance spectroscopy. Computers and Electronics in Agriculture, 2008, 61(1): 10-19；Mouazen, A.M., Maleki, M.R., Cockx, L., et al. Optimum three-point link set up for optimal quality of soil spectra collected during on-line measurement, Soil & Tillage Research, 2009, 103(1): 144-152）的研究。

目前，國(guó)外的車載動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量土壤屬性研究都見于旱地土壤。而對(duì)于中國(guó)大面積分布的水稻土壤的野外高光譜動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及平臺(tái)的構(gòu)建國(guó)內(nèi)外還未見公開報(bào)道。由于水稻田存在水旱交替這種特殊的耕作形式，野外土壤高光譜動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)對(duì)于保證在排水疏干的短暫時(shí)間內(nèi)完成土壤高光譜的快速測(cè)量尤為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服背景技術(shù)領(lǐng)域中對(duì)現(xiàn)有土壤屬性室內(nèi)測(cè)試存在的相對(duì)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、周期長(zhǎng)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種野外連續(xù)測(cè)試原位水稻土高光譜的車載微型鏵犁裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的鏵犁刀片固定在豎直的鏵犁立柱下端右側(cè)面，鏵犁立柱柱身上開有多個(gè)等間距的鏵犁立柱定位孔，鏵犁立柱左側(cè)裝有豎直的光譜組件立柱，光譜組件立柱柱身上開有多個(gè)與鏵犁立柱定位孔相對(duì)應(yīng)的光譜組件立柱定位孔，鏵犁立柱和光譜組件立柱分別安裝在連接橋的孔中，通過鏵犁立柱定位桿經(jīng)鏵犁立柱定位孔在連接橋右側(cè)孔中定位，通過光譜組件立柱定位桿經(jīng)光譜組件立柱定位孔在連接橋左側(cè)孔中定位，鏵犁立柱上端面裝有鏵犁立柱手柄，光譜組件立柱上端面裝有光譜組件立柱手柄，光譜組件立柱底端側(cè)面裝有保護(hù)罩，保護(hù)罩朝向光譜組件立柱左側(cè)，保護(hù)罩內(nèi)部有水平放置的固定板,光譜傳感器通過光譜傳感器固定器成45°固定在固定板上，鹵素?zé)敉ㄟ^鹵素?zé)艄潭ㄆ鞔怪惫潭ㄔ诠潭ò迳希u素?zé)襞c電源相連，光譜傳感器通過光纖與光譜儀相連，連接橋通過左側(cè)兩個(gè)連接橋固定孔固定到微型履帶式拖拉機(jī)的牽引部件上。

所述保護(hù)罩靠近土壤一側(cè)底部開有透光孔，藍(lán)寶石固定在透光孔正上方，藍(lán)寶石橫截面中心點(diǎn)和透光孔橫截面中心點(diǎn)連線與光譜傳感器的中心軸線重合。

本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明是利用微型拖拉機(jī)拖動(dòng)微型鏵犁切開土壤表層，利用光譜傳感器連續(xù)采集野外原位水稻土光譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)野外原位土壤高光譜的快速動(dòng)態(tài)檢測(cè)；整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)，一方面可以營(yíng)造光譜采集所需的暗室環(huán)境，避免外界光線進(jìn)入對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，另一方面因?yàn)橛形⑿屯侠瓩C(jī)牽引動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了土壤光譜數(shù)據(jù)的快速、連續(xù)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)，使土壤原位高光譜的大范圍實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量更加簡(jiǎn)單，省時(shí)省力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、土壤，2、鏵犁刀片，3、刀片固定螺釘，4、鏵犁立柱，5、鏵犁立柱定位孔，6、連接橋，7、連接橋固定孔，8、犁立柱定位桿，9犁立柱定位手柄，10、光譜組件立柱手柄，11、光譜組件立柱，12、光譜組件立柱定位孔，13、光譜組件立柱定位桿，14、供電電纜，15、光纖、16、保護(hù)罩，17、光譜傳感器，18、鹵素?zé)簦?9、固定板，20、傳感器固定器，21、透光孔，22、藍(lán)寶石，23、鹵素?zé)艄潭ㄆ鳎?4、保護(hù)罩固定螺釘。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明的鏵犁刀片2通過刀片固定螺釘3固定在豎直的鏵犁立柱4下端右側(cè)面，鏵犁立柱4柱身上開有5個(gè)等間距的鏵犁立柱定位孔5，鏵犁立柱4左側(cè)裝有豎直的光譜組件立柱11，光譜組件立柱11柱身上開有5個(gè)與鏵犁立柱定位孔5相對(duì)應(yīng)的光譜組件立柱定位孔12，鏵犁立柱4和光譜組件立柱11分別安裝在連接橋6的孔中，通過鏵犁立柱定位桿8經(jīng)鏵犁立柱定位孔5在連接橋6右側(cè)孔中定位，通過光譜組件立柱定位桿13經(jīng)光譜組件立柱定位孔12在連接橋6左側(cè)孔中定位，鏵犁立柱4上端面裝有鏵犁立柱手柄9，光譜組件立柱11上端面裝有光譜組件立柱手柄10，光譜組件立柱11底端側(cè)面裝有保護(hù)罩16，保護(hù)罩16朝向光譜組件立柱11左側(cè)，由三個(gè)保護(hù)罩固定螺釘24固定在保護(hù)罩16內(nèi)壁，保護(hù)罩16內(nèi)部有水平放置的固定板19, 光譜傳感器17通過光譜傳感器固定器20成45°(光譜傳感器17中心軸線與固定板19成45°夾角)固定在固定板19上，鹵素?zé)?8通過鹵素?zé)艄潭ㄆ?3垂直固定在固定板19上，鹵素?zé)?8通過供電電纜14與電源相連，光譜傳感器17通過光纖15與光譜儀相連，連接橋6通過左側(cè)兩個(gè)連接橋固定孔7固定到微型履帶式拖拉機(jī)的牽引部件上。

如圖1、圖2所示，所述保護(hù)罩16靠近土壤1一側(cè)底部開有透光孔21，藍(lán)寶石22固定在透光孔21正上方，藍(lán)寶石22橫截面中心點(diǎn)和透光孔21橫截面中心點(diǎn)連線與光譜傳感器17的中心軸線重合。

本發(fā)明的光譜儀、光譜傳感器、鹵素?zé)舻榷际悄壳耙呀?jīng)商業(yè)化的型號(hào)，根據(jù)需要，可以在市場(chǎng)上進(jìn)行選購(gòu)。

本發(fā)明的操作步驟如下：

1）鏵犁靜止定位：通過鏵犁立柱手柄9，向上拉動(dòng)鏵犁立柱4，鏵犁立柱4最下端的鏵犁立柱定位孔5與連接橋6上的鏵犁立柱定位孔5對(duì)齊，用鏵犁立柱定位桿8穿過兩孔，將鏵犁立柱4固定并定位。

2）光譜傳感器靜止定位：通過光譜組件立柱手柄10，向上拉動(dòng)光譜組件立柱11，光譜組件立柱11最下端的光譜組件立柱定位孔13與連接橋6上的光譜組件立柱定位孔12對(duì)齊，用光譜組件立柱定位桿13穿過兩孔，將光譜組件立柱11固定并定位。

3）裝置定位：將連接橋6通過連接橋固定孔7固定到微型拖拉機(jī)的牽引部件上，通過微型拖拉機(jī)的牽引，移動(dòng)到待測(cè)土壤所在位置，制動(dòng)微型拖拉機(jī)，使裝置停止前進(jìn)。

4）鏵犁工作定位：將微型拖拉機(jī)速度控制在最小，人工提著鏵犁立柱手柄9，抽出鏵犁立柱定位桿8，緩緩下放鏵犁立柱4，使固定在其底端的鏵犁刀片2慢慢切入土壤，控制鏵犁刀片2切開土壤垂直深度在所需的范圍之內(nèi)，將鏵犁立柱定位桿8插入鏵犁立柱定位孔5中，固定鏵犁立柱4，以使鏵犁刀片2相對(duì)定位在一個(gè)固定位置，其犁開的土壤深度相對(duì)固定。

5）人工提著光譜組件立柱手柄10，抽出光譜組件立柱定位桿13，緩緩下放光譜組件立柱11，使固定在其底端的保護(hù)罩16連同在固定在其內(nèi)部的光譜傳感器17和鹵素?zé)?8慢慢下降，保護(hù)罩16底部平面接近但不接觸鏵犁刀片2新犁開的土壤1水平面，將光譜組件立柱定位桿13插入光譜組件立柱定位孔12中，固定光譜組件立柱11，以使保護(hù)罩16相對(duì)定位在一個(gè)固定位置，固定在其內(nèi)部的光譜傳感器17和鹵素?zé)?8能位置相對(duì)固定。

6）通過與光譜傳感器17相連的電腦設(shè)置光譜儀的采樣頻率，在微型拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置前進(jìn)的同時(shí)，連續(xù)采集野外原位水稻土光譜數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)保存。

上述具體實(shí)施方式用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。