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为快速获取土层厚度信息,提出利用土壤机械阻力判别土壤层次结构,设计了一种能够自动记录土壤机械阻力、测量深度、加速度等参数的便携式圆锥仪,在加速度补偿修正非匀速误差的基础上,利用圆锥指数,基于包络检波和Hilbert瞬时振幅特征值聚类算法实现土层结构及土层厚度信息的精细获取。仿真试验和实地测量对比分析结果表明,对于土层物理特性差异明显的土体结构,该方法能有效获取土层厚度信息,相对误差不超过10%,本研究可为耕层厚度的测量提供有效的方法。