[发明专利]土壤盐渍化现场快速检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时、便捷、可靠的土壤盐渍化现场诊断方法及低成本现场检测装置，安装在温室大棚的无线测控网络中。

背景技术

土壤盐渍化诊断的传统方法基于常规室内化学定量分析方法，如检测总盐分含量、测定电导率，采用原子吸收分光光度法测量Ca²⁺、Mg²⁺含量，采用火焰光度计法测量K⁺、Na⁺含量，采莫尔法测量Cl^-含量，采用双指示剂法测量HCO₃^-，CO₃^2-含量，以及采用EDTA容量法测量SO₁^2-含量。这样的方法因其要作复杂的样本前处理，导致费时费工、分析成本高而难以得到及时和普遍的应用。

近年来，基于地物光谱特性的多光谱及高光谱遥感技术获得了迅猛发展，使得实时、快速、精确、大范围、直接获取土壤盐渍化程度成为可能，为土壤盐渍化的快速监测提供了新的技术手段和方法，从而为基于光谱反射特征对土壤盐渍化状况进行实时监测和快速诊断提供了理论基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于监测温室土壤次生盐渍化程度的低成本的现场快速检测装置，建立能准确反映土壤盐渍化状况的检测模型和施肥程度的定量描述模型，为我国农作生产中合理施肥提供科学依据。

为了实现以上目的，首先根据温室面积、盐渍化程度及不同棚龄分别设计采样方案，采样分析土壤中的水溶性盐类，并同步进行光谱特征的测量和分析，分析不同情况下设施土壤不同盐渍化程度与其光谱特征的相关关系和敏感波段，对土壤盐渍化程度进行了模拟研究，将光谱信号对色差的作用进行了有效的融合。在此基础上，建立了土壤盐渍化程度的样本集，作为基准图库；基准图库的完整性是决定整个检测模型准确与否的关键所在。土壤盐渍化程度的基准图库包含灰度，图像边缘、轮廓、表面、谱线等突出特征。最后，通过将所得到的图(包括光谱信息图)与基准图库进行比对和分析，进而反演和模拟土壤盐度的色差，加上通过三叉铁棍测出的电导率，进而推出土壤盐渍化状况。本项发明提供了利用光谱测量土壤盐渍化程度，给出了数据对应关系，解决了快速测量难题。

本发明的有益效果为：发明利用了虚拟现实技术中的光处理技术，更加真实地模拟了光在人类肉眼对灰度图及色差辨别中的关键作用，有力支持了土壤盐渍化的谱图识别技术。此外，为了更加有效地实现计算机对色差及特征谱线的识别，引入了互信息结合粒子群优化算法，以应付多重目标和优化约束的存在，这两者都有重要的贡献。

附图说明

图1为本发明的组成模块示意图。

图2为本发明的硬件设计示意图。

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实例对本发明作进一步描述。

土壤盐渍化程度快速检测装置，其组成模块由显示模块、存储模块、带正弦信号源的电导率测量模块及硅检测器模块。微处理的IO口P0.10-P0.17用来作为液晶屏的8位数据线，P1.20、P1.21、P1.22、P1.23作为液晶屏的控制信号线；P0.5、P0.6、P0.7作为三路输入信号端，连接硅检测器模块；P0.1连接带正弦信号源的电导率测量模块；P0.2、P0.3用来实现与存储模块之间进行时钟和串口数据的连接。

首先，提取图像特征。对于硅检测器得到的三维图像必须进行平面化处理。模型采用匀速直线行程扫描算法结合边缘搜索实现提取图像特征。测量前，先对测量进行标定，获取测量系统对图像长度的数值上尺寸度量。

其次，光谱信息提取。为了获得稳定的光谱数据，减少外界因素的干扰，实验在一个暗室中进行。将实验样品放于一张A4白纸，光线探头垂直照射到土壤表面，距离土壤表面的高度为10cm。测量时及时进行标准白板校正，标准白板的反射击率为1，这样所测得的目标物光谱是无量纲的相对反射率。采用主成分分析进行光谱信息提取，去除光谱前端和末端噪声比较大的区域，波长集中在410nm，687nm和715nm。。

再次，将经过预处理的土壤盐渍化光谱数据和全盐度值进行偏最小二乘法分析，得到其回归系数，在此基础上，建立样本库，即基准图库。