Способ инструментального определения мощности и границы залегания органогенных горизонтов в почвенном профиле на основе ик съемки

Изобретение относится к области почвоведения и касается способа инструментального определения мощности и границы залегания органогенных горизонтов в почвенном профиле. Способ включает в себя цифровую съемку почвенного профиля в инфракрасном диапазоне спектра аппаратурой, позволяющей выполнять пересчет цифровых значений пикселей изображения в двумерный массив данных радиояркостной температуры. Границу залегания органогенных горизонтов определяют как семейство точек по столбцам изображения, в которых функция линейной регрессии скачкообразно меняет тангенс угла наклона. Съемка проводится перпендикулярно стенке разреза с расстояния, равного 40-60 см, в диапазоне от 7,5 до 14 мкм, с радиометрическим разрешением не хуже 0,1°С и пространственным разрешением не ниже 1×1 см. Анализ и построение схемы профиля проводят путем обработки двумерных числовых массивов данных табличным процессором. Технический результат заключается в обеспечении возможности установления визуально неразличимой границы горизонтов и автоматического построения схемы органогенного горизонта почвенного профиля. 2 ил.

 

Изобретение относится к почвоведению, а именно к способу инструментального определения мощности и автоматического построения схемы расположения границы органогенного горизонта в почвенном профиле. Органогенные горизонты - это горизонты, которые формируются на поверхности или в верхней части почвенного профиля и представлены органическим веществом разной степени разложения или гумусом.

Наиболее распространенным способом определения мощности органогенных горизонтов почв является натурное измерение с помощью масштабной линейки, рулетки или сантиметровой ленты при выполнении морфологического описания почвенного профиля, которое является основным методологическим приемом исследования почв [Розанов Б.Г. Морфология почв. М., 2004. 432 с.].

Недостатком существующего метода является то, что определение требуемых характеристик основано только на экспертном визуальном анализе. Визуальная оценка границ горизонтов зачастую весьма затруднительна, а получаемый результат является во многом субъективным. Подробное описание строения и выполнение схемы структурной организации органогенного горизонта делает этот метод трудоемким, затратным по времени исполнения и требовательным к уровню подготовки экспертов.

Известен способ выделения границы горизонта почвы с использованием спектрометров, фиксирующих ближнее инфракрасное и рентгеновское излучение [Zhang Y., Hartemink A. Soil horizon delineation using vis-NIR and pXRF data // Catena 180:298-308. DOI: 10.1016/j.catena.2019.05.001].

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость, которая не позволяет производить обработку больших объемов данных за приемлемое время, необходимость использования дорогостоящего узкоспециализированного оборудования и соответствующего уровня специальной технической подготовки.

Известен способ анализа строения почвенного профиля с помощью цифровой фотографии [Пузаченко Ю.Г., Пузаченко М.Ю., Козлов Д.Н., Алещенко Е.М. Анализ строения почвенного профиля на основе цифровой фотографии // Почвоведение. 2004. №2. С. 133-146], что, по сути, есть автоматизация метода визуальной экспертной оценки.

Недостатком этого способа является сложность подготовки органогенного горизонта почвенного разреза к съемке, возникающие технические проблемы цветопередачи в видимом диапазоне спектра, невозможность однозначной интерпретации цветовых градиентов, а также необходимость экспертной субъективной калибровочной привязки исходных данных съемки к физическим характеристикам почв.

Техническим результатом изобретения является получение количественных характеристик, позволяющих определить мощность органогенных горизонтов и автоматически зафиксировать в формате цифрового изображения строение органогенного горизонта почвенного профиля.

Технический результат достигается тем, что в способе инструментального определения мощности и границы залегания органогенных горизонтов в почвенном профиле на основе ИК съемки, позволяющем получать количественные оценки почвенных морфоструктур, новым является то, что предварительно проводят цифровую съемку почвенного профиля в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра аппаратурой, позволяющей выполнять пересчет цифровых значений пикселей изображения в двумерный массив данных радиояркостной температуры (Tя), после чего границу залегания органогенных горизонтов в почвенном профиле определяют как семейство точек по столбцам изображения, в которых функция линейной регрессии скачкообразно меняет тангенс угла наклона (коэффициент линейной регрессии), съемку осуществляют в диапазоне от 7,5 до 14 мкм, с радиометрическим разрешением не хуже 0,1°С, пространственным разрешением не ниже 1×1 см, съемка проводится перпендикулярно стенке разреза с расстояния равного 40-60 см, после процедуры съемки для исследуемого почвенного разреза формируют двумерный массив значений радиояркостных температур (Тя) с пространственным разрешением, соответствующим разрешающей способности прибора съемки, этап анализа и построения схемы профиля проводят путем обработки двумерных числовых массивов данных любыми доступными табличными процессорами.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что съемку почвенного профиля осуществляют радиометром с рабочим диапазоном длин волн от 7,5 до 14 мкм, с радиометрическим разрешением не хуже 0,1°С, пространственным разрешением не ниже 1×1 см, съемка проводится перпендикулярно стенке разреза с расстояния равного 40-60 см, для последующего масштабирования изображения при съемке профиля устанавливают метки верхней и нижней границы исследуемого участка вертикальной стенки почвенного профиля, после процедуры съемки требуется выполнить пересчет цифровых значений пикселей изображения в двумерный массив данных радиояркостной температуры (Тя) и сформировать двумерный массив значений радиояркостных температур с шагом измерений, соответствующим разрешающей способности прибора съемки, этап анализа и построения схемы профиля проводят путем обработки двумерных числовых массивов данных любыми доступными табличными процессорами, рассчитывают среднее значение температуры по столбцам изображения, границу органогенного горизонта определяют по точкам, в который функция линейной регрессии скачкообразно меняет тангенс угла наклона (коэффициент линейной регрессии). Эти признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

В заявляемом способе выделение органогенного горизонта и определение его мощности в профиле производится на основе анализа распределения радиояркостной температуры (Тя), фиксируемой методом инструментальной съемки в инфракрасном диапазоне по характерной точке на графике распределения температур, в которой график функции линейной регрессии скачкообразно меняет тангенс угла наклона (коэффициент линейной регрессии). Распределение радиояркостной температуры вдоль профиля определяется физическими свойствами почвы (влажностью, плотностью, сложением, структурой, теплопроводностью, удельной теплоемкостью). Дальнейший анализ получаемого двумерного массива измерений позволяет программными средствами визуализировать схематическое строение органогенного горизонта почвенного профиля.

Изобретение поясняется чертежами:

На фиг. 1. представлена схема проведения съемки почвенного профиля ИК-радиметром. А - радиометр, F - расстояние до стенки почвенного профиля, Н - глубина почвенного профиля (Н).

На фиг. 2. представлено распределение радиояркостной температуры (Тя) с характерной точкой (3), в которой график функции линейной регрессии (Т(Н)) скачкообразно меняет тангенс угла наклона (a1, а2 - коэффициенты линейной регрессии). 1 - данные для верхней части почвенного горизонта, 2 - ход температуры ниже границы органогенного горизонта.

Способ осуществляют следующим образом.

Съемка производится радиометром в ИК-диапазоне (рабочий диапазон длин волн от 7,5 до 14 мкм, с радиометрическим разрешением не хуже 0,1°С, пространственным разрешением не ниже 1×1 см). Аппаратура съемки должна позволять выполнить пересчет цифровых значений пикселей изображения в двумерный массив данных радиояркостной температуры (Тя),

Почвенный разрез закладывается таким образом, чтобы анализируемая стенка профиля не освещалась прямыми лучами солнца, что необходимо для сохранения значимых различий радиояркостной температуры по глубине профиля в течение времени проведения съемки. Съемка производится при положительных среднесуточных температурах. При съемке следует учитывать погодные условия, в солнечную погоду устанавливается затеняющий экран. Наиболее удобным временем для съемки почвенного профиля является период с 12 до 17 ч местного времени, что обусловлено особенностями суточного хода температур и теплообмена в системе «приземный слой атмосферы - верхние горизонты почвы». Съемка проводится перпендикулярно стенке разреза с расстояния (F) равного 40-60 см, позволяющего захватить необходимый фрагмент почвенного профиля на определенную глубину (Н) (фиг. 1). Для масштабирования изображения при съемке профиля устанавливают метки верхней и нижней границы исследуемого участка вертикальной стенки почвенного профиля, измеряют расстояние между установленными границами в см.

Изображения, получаемые радиометром, должны сопровождаться калибровочными данными, необходимыми для перевода яркости каждого пиксела в значения радиояркостной температуры (фиг. 2). Могут быть использованы радиометры с функцией автоматического пересчета цифровых значений пикселей изображения в двумерный массив данных радиояркостной температуры (Тя). После процедуры съемки и калибровки изображения для исследуемого почвенного разреза формируется двумерный массив значений радиояркостных температур с шагом измерений (фиг. 2), соответствующим разрешающей способности прибора съемки. В среднем изображение имеет размер не хуже 100×100 пикселей, что соответствует массиву 10000 значений радиояркостной температуры. Размер пикселя изображения в среднем составляет 0,5-1 см и зависит от фокусного расстояния (F) (фиг. 1). Этап анализа и построения схемы органогенного горизонта профиля проводится путем обработки двумерных массивов данных авторскими или специализированными программными продуктами (электронные таблицы, средства построения многомерных поверхностей, геоинформационные системы - ГИС). Мощность органогенного горизонта определяется по характерной точке, в которой график функции линейной регрессии (Т(Н)) скачкообразно меняет тангенс угла наклона (фиг. 2).

Использование предлагаемого способа инструментального определения мощности и границы залегания органогенного горизонта почвенного профиля обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

- высокую оперативность получения данных;

- возможность инструментальной оценки мощности органогенного горизонта;

- возможность установления визуально неразличимой границы горизонтов;

- возможность автоматического построения схемы органогенного горизонта почвенного профиля на основе методов обработки и анализа двумерного массива данных радиояркостной температуры;

- исключается необходимость экспертного визуального анализа почвенного профиля на месте проведения измерений.

Способ инструментального определения мощности и границы залегания органогенных горизонтов в почвенном профиле на основе ИК съемки, позволяющий получать количественные оценки почвенных морфоструктур, отличающийся тем, что предварительно проводят цифровую съемку почвенного профиля в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра аппаратурой, позволяющей выполнять пересчет цифровых значений пикселей изображения в двумерный массив данных радиояркостной температуры (Тя), после чего границу залегания органогенных горизонтов в почвенном профиле определяют как семейство точек по столбцам изображения, в которых функция линейной регрессии скачкообразно меняет тангенс угла наклона (коэффициент линейной регрессии), съемку осуществляют в диапазоне от 7,5 до 14 мкм, с радиометрическим разрешением не хуже 0,1°С, пространственным разрешением не ниже 1×1 см, съемка проводится перпендикулярно стенке разреза с расстояния, равного 40-60 см, после процедуры съемки для исследуемого почвенного разреза формируют двумерный массив значений радиояркостных температур (Тя) с пространственным разрешением, соответствующим разрешающей способности прибора съемки, этап анализа и построения схемы профиля проводят путем обработки двумерных числовых массивов данных любыми доступными табличными процессорами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительному грунтоведению и может быть использовано при проектировании искусственных оснований фундаментов зданий и сооружений из насыпного глинистого грунта и в агрономии для качественной оценки агрономической ценности почвы по размерам почвенных агрегатов.

Изобретение относится к области исследования тепловых свойств горных пород в неконсолидированном состоянии. При осуществлении способа измельчают частицы твердого материала, изготавливают смесь, смешивая в заданной пропорции измельченные частицы твердого материала с материалом-заполнителем с известной теплопроводностью.
Предложен ионно-сорбционный способ литохимических поисков полиметаллических месторождений, включающий отбор почвенных проб, получение из проб азотнокислых вытяжек и анализ вытяжек методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP MS), где отбор проб выполняют с глубины 5 – 10 см, азотнокислые вытяжки получают путем смачивания фракций пробы менее 0,1 мм экстрагирующим раствором азотной кислоты в соотношении 1 к 100: в навеску пробы массой 1,0±0,01 г добавляют 100 мл экстрагирующего раствора, где экстрагирующий раствор готовят путем добавления 250 мл химически чистой азотной кислоты к 4750 мл дистиллированной воды, а ICP MS анализ проводят после их суточного отстаивания, на котором получают концентрации рудогенных и петрогенных элементов в каждой пробе, по полученным данным концентраций элементов определяют участки с однородным геохимическим полем, значения которых принимаются за местный геохимический фон, и выявляют ионно-сорбционные аномалии, в которых содержатся аномальные концентрации рудогенных и петрогенных элементов, превышающие значения местного геохимического фона.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для использования при проведении инженерно-геологических изысканий с целью определения механических свойств грунтов в полевых условиях.

Изобретение относится к области геодезического пространственного мониторинга инженерных сооружений и природных объектов и может быть использовано как для наблюдений за осадками и деформациями инженерных сооружений, так и природных объектов (бугров, провалов, холмов, склонов, оползней и т.п.).

Изобретение относится к области исследования тепловых свойств частиц твердых материалов при повышенных температурах. При осуществлении способа измельчают частицы твердого материала, изготавливают смесь, смешивая в заданной пропорции измельченные частицы твердого материала с материалом-заполнителем, максимально удаляя воздух из смеси, формируют твердый образец смеси, определяют объемные доли компонентов образца для исследований - воздуха, измельченных частиц твердого материала и материала-заполнителя.

Группа изобретений относится к охране окружающей среды и рациональному природопользованию, а именно к способам оценки экологического состояния окружающей среды с помощью биоиндикации.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению применительно к повышению урожайности за счет уменьшения количества в почвах аллелотоксинов (токсикоза почв) путем внесения в почвы различных веществ.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам испытания грунта. Способ испытания грунта методом статического зондирования, включающий периодическое погружение зонда в массиве грунта с остановками и измерение сопротивления грунта внедрению зонда во времени.

Изобретение относится к области мелиорации земель. В способе определения наименьшей влагоемкости (НВ) черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типов почвообразования адаптируют аналитическое определение наименьшей влагоемкости почвы – сложно определяемого почвенного параметра по экспериментально устанавливаемым почвенным характеристикам – значениям содержания в почве физической глины ((Wг)i, % МСП) и гумуса ((gгум)i, %), плотности сложения почвы (γi, т/м3) и мощности гумусового горизонта (hгум, м) с использованием зависимостей: для определения послойных значений НВ почв (WHB)i, % МСП: где i - номер почвенного слоя; - средняя по почвенному профилю плотность сложения почвы, т/м3; для определения среднепрофильных значений НВ % МСП: а) в случае проведения измерений по слоям одинаковой мощности: , б) при проведении погоризонтных измерений (WHB)i с разной мощностью генетических горизонтов по зависимости вида: , где j - глубина рассматриваемого профиля, м; n - количество слоев почвы одинаковой мощности; hгор A, hгор В1, hгор В2, hгор Вс - мощность генетических горизонтов А, В1, В2 и Вс в пределах рассматриваемого метрового почвенного профиля, м; в) при известных средних или осредненных значениях по: .

Предложено транспортное средство. Транспортное средство содержит боковое окно, массив инфракрасных датчиков, включающий в себя первые пиксели разрешающей способности измерения, чтобы контролировать занимающего место человека, и вторые пиксели разрешающей способности измерения, чтобы контролировать боковое окно и контроллер обстановки в кабине.

Изобретение относится к способу определения качества асфальтового покрытия, включающему: а) обеспечение наличия и инициализацию по меньшей мере одного датчика (1), соединенного с процессорным устройством (2), содержащим по меньшей мере один процессор (20А, 20В), связанный по меньшей мере с одной памятью (21А, 21В), предназначенной для хранения по меньшей мере значений (Tn) температуры, времени (t) и/или мгновенного положения (X) для всей ширины (W) асфальтового покрытия (4) при его укладке вдоль пути (X); b) сканирование и регистрацию ряда (Р) отдельных температурных интервалов (TIn) для ряда (Р) подсекций (ΔХ') в секции (ΔХ); с) компилирование указанных интервалов TIn температур для указанной секции (ΔХ), распределенных вдоль указанной ширины (W); d) определение и сохранение в указанной памяти (21) усредненного интервала (TIm) температур, представляющего усредненный интервал (TIm) температур для указанного ряда (Р) скомпилированных интервалов (TIn) температур, распределенных вдоль указанной ширины (W) указанной секции (ΔХ); е) повторение шагов b-d, пока не будет пройдено все указанное расстояние (X) вдоль покрытия, при этом указанные сохраненные усредненные интервалы (TIm) температур в указанной памяти (21) обрабатывают указанным процессором (20А, 20В) для определения показателя (V) качества для указанного расстояния (X) вдоль покрытия на основе относительного значения (PDIn), которое связано с дисперсией усредненных интервалов (TIm) температур в поперечном направлении для указанного пути (X).

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры ванны расплавленного металла в электродуговой печи. Заявлен способ подачи проволоки с сердечником в расплавленный металл, содержащийся в резервуаре, который включает расположение проволоки с сердечником в первом положении, в котором передний конец проволоки с сердечником находится вблизи точки входа в резервуар.

Изобретение относится к технике активного неразрушающего теплового контроля и может быть использовано в аппаратуре дистанционного зондирования земли. Согласно заявленному способу осуществляют съемку земной поверхности в ИК диапазоне, измеряют значения радиационной температуры исследуемой поверхности, определяют пространственное распределение значений теплопроводности, температуропроводности, тепловой инерции и коэффициента теплоусвоения.

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов, в частности к способам контроля целостности изделий из композиционных материалов на основе углеродного волокна, и может быть использовано для выявления производственных дефектов и эксплуатационных повреждений изделий из композиционных материалов, содержащих углеродное волокно.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов и изделий неразрушающим методом путем экспериментально-расчетного способа определения кинетических теплофизических свойств тестируемых материалов.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов и изделий неразрушающим методом путем экспериментально-расчетного способа определения теплофизических свойств тестируемых материалов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения температуры нити, например, стекловолокна или проволоки. Настоящее изобретение относится к способу определения температуры нити, отличающемуся тем, что включает в себя следующие шаги: вытягивание нити в направлении ее продольной оси вдоль фонового излучателя с известной температурой, получение, в процессе вытяжки, тепловизионным датчиком с пространственным разрешением изображения нити, находящейся перед фоновым излучателем, получение интеграла по диапазону замеров тепловизионного датчика, полностью обнаруживающего, в каждый момент времени, участок нити, находящийся перед фоновым излучателем, вывод заключения о температуре нити посредством сравнения полученного интеграла с контрольным значением.

Изобретение относится к измерительной технике в области пирометрических измерений, предназначено для градуировки пирометров излучения, измерения температуры реальных объектов и может быть использовано в метрологии, в промышленности, при выполнении научных исследований.

Изобретение относится к технике радиофизических измерений и может быть использовано для измерения в миллиметровом участке спектра собственного теплового излучения разнообразных быстропротекающих газодинамических процессов, развивающихся в радиопрозрачных объектах.

Изобретение относится к области почвоведения и касается способа инструментального определения мощности и границы залегания органогенных горизонтов в почвенном профиле. Способ включает в себя цифровую съемку почвенного профиля в инфракрасном диапазоне спектра аппаратурой, позволяющей выполнять пересчет цифровых значений пикселей изображения в двумерный массив данных радиояркостной температуры. Границу залегания органогенных горизонтов определяют как семейство точек по столбцам изображения, в которых функция линейной регрессии скачкообразно меняет тангенс угла наклона. Съемка проводится перпендикулярно стенке разреза с расстояния, равного 40-60 см, в диапазоне от 7,5 до 14 мкм, с радиометрическим разрешением не хуже 0,1°С и пространственным разрешением не ниже 1×1 см. Анализ и построение схемы профиля проводят путем обработки двумерных числовых массивов данных табличным процессором. Технический результат заключается в обеспечении возможности установления визуально неразличимой границы горизонтов и автоматического построения схемы органогенного горизонта почвенного профиля. 2 ил.

Наверх