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入渗是降水、地面水、土壤水和地下水相互转化的一个重要环节。而土壤入渗性能是土壤重要的物理特性之一,也是水文、农田水利研究中的重要参数。因此定量确定土壤的入渗性能有助于进一步探索地表产流的机理及其规律,对于减少地表径流,增加土壤入渗,作物水分利用等方面的研究具有很重要理论意义和实践价值。
目前测量土壤入渗性能的试验方法和试验装置完全靠人工管理和监测,费时费力,效率低,在数据处理中掺杂了过多的人为因素,造成较大误差,导致分析结论不准确。图像处理技术是一门集光学、数学、计算机科学等学科为一体的综合边缘学科,近几年已迅速渗透到农业科研和生产技术方面。本研究首次尝试将由计算机控制的机器视觉及图像处理技术引入到土壤入渗性能的研究中,进行了土壤入渗性能自动测量系统的硬件及软件设计。以土壤入渗性能线源入流方法为基础,本研究实现了对表征土壤入渗现象的线源水流在地表推进过程实时采集、入渗率的自动计算、入渗率曲线的实时显示。本系统基于Windows开发平台,采用面向对象的可视化语言C++编程,界面友好,操作简单。其在算法的处理速度快,适合实时处理的需要。本研究内容包括。
利用数字摄像头从任意角度对地表径流推进过程进行实时采集,并按使用者设定的时间间隔截取数字图像输入计算机。采用测试模板对试验装置进行标定,将采集得到的图像进行图像格式转换、灰度变换、几何失真校正、去除反光、图像分割选取阈值等预处理操作,而后提取水流在地表的湿润面积。再采用有效的算法,计算土壤湿润面积值。根据土壤入渗性能数学模型计算出入渗率,绘制入渗曲线并在界面上实时显示其随时间的变化过程。系统的历史查询功能,可以将每一次试验的图像、数据及入渗性能过程曲线保存并自动生成报表,以便于对历次结果进行比较和分析。
将自动测量系统应用于土壤入渗性能测量中,实现了自动、高效的操作和数据处理过程,系统精度满足试验需要。系统的开发为土壤入渗性能的研究提供了一种新的更简捷、方便有效的途径。