[发明专利]一种用图像表示农田土壤成分的系统及其方法

说明书

本发明公开了一种用图像表示农田土壤成分的系统及其方法，该系统以面代点快速采集检测土壤成分，检测能力包括土壤有机质OM、pH值和电导率EC。结合使用移动车载土样采集检测方法和安装在螺旋翼或专业固定翼无人机上的多光谱传感器的遥感采集方法，有选择的使用固定土壤基站实时采集上传，传统土壤定点采集实验室化验的方法作为偏差矫正。通过云端数据库(农事地块信息，历史数据，以及气候参数)，云计算搭建数学建模(基于云端数据库的信息进行迭代学习)，提供光谱图表示土壤成分的偏差矫正依据。通过遥感光谱图代替传统采集检测土壤成分的系统和方法提高土壤采集效率，降低土壤检测成本，最终以快速采集检测土壤成分的方式达到实时获取数据。

技术领域

本发明涉及数据采集和图像重组，映射技术领域，该应用涉及采集检测土壤数据,如有机质OM、电导率EC和pH值，以及快速采集检测土壤成分，和用重组图像表示土壤成分数据，具体涉及一种用图像表示农田土壤成分的系统及其方法。

背景技术

土壤是一种复杂的，变化的，动态的和具有生态的组合成分，而且每一个地理位置都有它的“独特性”。土壤的变化可以是退化，也可以是被很好地管理而更加肥沃。土壤通过气候和水域直接影响环境。对土壤生态的系统了解是设计和管理土壤的长期肥力，农作物种植能力，环境质量得以维持的关键部分。许多生物，化学和物理因素决定了土壤质量。通过测量其中一些成分，确定他们如何在农业环境中有效管理，是建立评估土壤健康状态和对周边水域质量的基础。农民特别感兴趣的三种成分是土壤pH值、有机质OM和电导率EC。

土壤pH值是测定水中土壤溶液中氢离子(H+)活性的尺度，具体定义为氢离子浓度的-log10。土壤pH值的上升或下降取决于一系列因素的影响，包括耕作做法。如果这些影响的结果，土壤pH值低于或高于某些最佳水平的生物和化学活动，土壤的生产力将变得少得多。

有机质OM在土壤生态系统中起着重要作用，对可持续农业具有重要意义。有机质是土壤质量的最佳指标之一，特别是当土壤在一段时间内可以观察到的时候。精度高的测量土壤有机含量精度要求高精的设备，涉及先进技术。

最后，土壤电导率EC是与影响作物生产力的土壤性质相关的测量，包括土壤质地、阳离子交换能力CEC、排水条件、有机质水平、盐度和底土特征。

采集土壤、检测与上述三个成分相关的土壤属性数据可能非常昂贵而且耗时，尽管信息非常重要，但由于高成本和耗时间，许多场合无法及时采集检测，这是农业生态管理中已知和日益增长的问题。

据文献调研，包括正在开发中的，目前有四种检测土壤成分的方法。这四种方法或系统中直接或间接都使用了基于云的数据库，既可以在不同的情况下积累检测到的数据，也可以建立映射校准的模型。这四种土壤检测方法是：

1.人工从田间采集土壤样品，并在土壤实验室检查获得OM、EC和pH值数据。这些结果可以上传到云端数据库，并与采样位置(GPS)、行政区域，地块位置和编号关联。

2.使用多个固定基站自动获取土壤样品，每台都装有移动发射机(3G/4G)。土壤数据是通过基站延伸嵌入土壤传感器获取，并基站传送到一个云端数据库。数据包括每个基站的地理位置和坐标。

3.美国Veris Technologies(Salina，KS，USA)制造和销售的移动车载土样检测采集系统MSP^TM和MSP3^TM可以在运行中采集检测(http://www.veristech.com/the-sensors/msp)。移动车载系统通过农场拖拉机在农田里移动采集检测，车载OM，EC和pH传感器模块在MSP^TM允许用户实时获取数据。车载系统上计算机控制软件允许用户根据农地情况设计采集路线和间隔，因为每一个采集点都有它的经纬度，采集结果很容易影射到一个点阵。形成图像，便于吻合到地块(见图9)。数据可以传送到云端数据库，以便进一步校准和分析。

4.SoilOptix Technologies