Диссертация (1151678), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Увлажняли почвуследующим образом. Герметизировали основания цилиндра с помощьюрезиновых прокладок, боковую пористую поверхность цилиндра приводили211в контакт с водой. Вода по законам физики постепенно поступала в образец.В таком состоянии почву выдерживали в течение суток. С готовым кэксперименту керамическим цилиндром проводились операции, порядоккоторых был описан. Постоянную Дерягина определяли по измерениямостаточный объем влаги, и вычислив объемную удельную поверхностьпочвы аэродинамическим методом,.Для определения постоянной Б.В.Дерягина конкретных почв собранаэкспериментальная установка [3, 17].
В качестве эталона использовалсямолотый кварц 3-5 и 7-9 мкм фракций, объемная удельная поверхностькоторых известна. Эксперимент проводили на установке, схема которойпредставлена на рисунке 5.9.Порядок проведения эксперимента следующий:- через почву 2, находящуюся в пористом керамическом цилиндре 1,пропускается электрический ток, величина которого определяется спомощью амперметра;- образец почвы находится под электрическим напряжением до того момента,пока сила тока не станет равной нулю;- отсоединяются электроды 3 и методом инфракрасной сушки измеряетсяостаточная объемная влажность почвы w0.123АРисунок 5.9 – Схема экспериментальной установки.Причина прекращения электрического тока в цепи следующая. При212протекании тока вода испаряется.
Процесс идет до тех пор, пока ееколичество не станет таким, что оставшаяся в образце влага перестаетрастворять соли, такая вода является диэлектриком, поскольку коэффициентдиэлектрической проницаемости дистиллированной воды ε = 81.Для расчета постоянной Дерягина по формуле (2.2.12) необходимызначения экспериментально измеренных значений объемной удельнойповерхности почвы и влажности, соответствующей нерастворяющемуобъему жидкости.Для ускорения процесса определения остаточного «нерастворяющего»солей объема влаги использован следующий прием. В процессе регистрацииубывающих от времени t значений силы тока i и объемной влажности w,строились и анализировались графики i(z) и w(z), где z=1/t.
Подбор уравнениярегрессии для данных i(1/t) и w(1/t) позволяет путем аппроксимацииполучить значения i(z=0) и w(z=0). Поскольку при 1/t→0 величина tстремится к бесконечности, то соответствующие i(z=0) аппроксимированныезначенияw(z=0)=w0соответствующиеt→∞показываютвеличинуостаточного «нерастворяющего» солей объема влаги. Предложенный приемпозволяетиспользуя коэффициенты уравнения регрессии определятьзначения w0 по первым нескольким экспериментальным значениям силы токаисоответствующимзначениямвлажности.Поступающиеновыеэкспериментальные данные постоянно модифицируют уравнение регрессии исоответственно значение w0.
После того как коэффициенты регрессии и самоуравнение становятся статистически значимыми эксперименты можнодосрочно прекратить, сократив время получения и обработки данных. Нарисунке 5.10 показан процесс подбора уравнения степенной регрессии дляданных соответствующих моментам времени 5, 10 и 20 минут.2130,035w0,030,0250,02y = 0,0323x 0,19080,0150,010,005000,20,40,60,811/t 1,20,035w0,030,0250,02y = 0,0319x 0,17640,0150,010,005000,20,40,60,811/t 1,20,035w0,030,0250,02y = 0,031x 0,15930,0150,010,005000,20,40,60,811/t 1,2Рисунок 5.10 - Определение величины остаточного объема влаги w0 покоэфциентам регрессии214Обычно остаточный объем влаги w0 составляет малую долю отвлажности, соответствующей полному заполнению пор водой (w0<<П0),тогда используем следующую формулу:σ lg w03 ⎛ αw0⋅ ⎜1 −A=2Π0Ω 0 ⎜⎝⎞⎟,⎟⎠(5.2.14)где Ω0 – объемная удельная поверхность твердой фазы, м2/м3; σlg – удельнаясвободная поверхностная энергия на границе раздела вода-воздух, Дж/м2, α –параметр, определяемый геометрией трехмерной модели.5.3.
Автоматизация измерений5.3.1. Автоматизация оценки заделки жнивья, дернины и сорняковИнформацию о доле площади занятой растительными остаткамикультурных растений и сорняков, получают различными способами. Однакоданные,полученныеразнымиспособами,сильноварьируютпреимущественно из-за трудностей в учете неразложившейся биомассы.Между урожаем основной продукции и количеством пожнивных икорневых остатков имеется статистическая связь и можно получитьуравнения регрессии.
В ряде работ предлагается использовать полученныеуравнения для оценки количества остатков по урожаю.Важность измерения величины растительных остатков в проводимыхисследованиях во многом связана с тем, что достаточно нетрудоемким путемможно оценить вклад разной степени интенсивности удобрений и системобработки в накопление растительных остатков, распределение и скоростьминерализации. Объемы вносимых в почву минеральных и органическихудобренийнеуклонновозрастают.Этосоответственноприводиткувеличению на 30-40% накопления растительных остатков.
Кроме того, к215концентрации растительных остатков в верхней части корнеобитаемого слояприводит использование вместо вспашки безотвальной обработки почвы [80,81]. В круговороте химических элементов участвует большее количествоэлементов, чем принято считать по содержанию элементов в накопленияхбиомассы. Значительная часть биогенных элементов выводится из растенийпосле достижения ими накопительной продуктивности. Потери при этоммогут достигать 30% количества NPK вовлеченного в круговорот [80, 81,157]. Например, более чем на 50% может компенсировать затраты NPK насоздание биомассы запашка соломы зерновых и ботвы картофеля, поэтомуона является важным приемом стабилизации пищевого режима.В классических методах остатки дернины, жнивья или сорняковоценивают через их площадь наложением квадратных метровок подиагоналям поля.
Для того чтобы автоматизировать процесс оценки, былорешено использовать широко распространенную мобильную компьютернуютехнику(ноутбуки,оснащенныефото-планшетныеиликомпьютеры,видеокамерами.сотовыеОпишемтелефоны)последовательностьразработанной экспресс - оценки.Интересующий участок поля фотографируется. Затем фотоснимокпопиксельно обрабатывается, разработанной нами программой, на предметналичия цветов из интересующего спектра (желтого или зеленого).
Далеепрограмма проводит статистическую обработку и выдает информацию околичестве участков с интересующим цветом и доле, занимаемой имплощади. Изображение представляет собой прямоугольник, состоящий източек-пикселей.Размеры(ширинаивысота)этогопрямоугольникаобусловлены количеством пикселей в вертикальной и горизонтальнойстроках. Каждый пиксель на изображении имеет свои координаты (в левомверхнем углу находится пиксель с координатами (0,0); значит, приразрешении 1280×800 нижний правый пиксель будет иметь координаты(1279×799)).
Помимо информации о координатах, каждый пиксель несетинформацию о своем собственном цвете, образуемом тремя каналами -216красным, зеленым и синим. Эти три канала для удобства кодируются в одночисло, которое и представляет собой цвет пикселя.Послезаданияцветачисловаяфункцияпроизводитподсчетконтрольной суммы пикселей в изображении, складывая их.Одной из трудностей реализации описанной идеи в виде программногокода является тот факт, что растительные остатки и жнивье, как правило,имеют не только какой–либо один фиксированный цвет, но и его оттенки,которые тоже необходимо учесть.
Поэтому программа создана так, чтопозволяет подсчитать пиксели не только на 100% совпадающие по цвету, нои имеющие близкие оттенки. Для регулирования ширины спектра оттенков впрограмме предусмотрено окно ввода для указания необходимого интервала.Этот параметр определяет, какое количество «оттеночных» пикселей в долеот общего числа программа подсчитает. Поскольку в зависимости от шириныспектра оттенков можно получать различные величины результатов, топрограммудля«откалибровать»определенияширинысопоставиврезультатыспектрасоттенковнеобходиморезультатамивычисленийпрограммы-эталона.Для создания программных средств нами использовался широкораспорстранненыйструктурныйязыкпрограммированияDelphiскомпонентом создания интерфейса AlphaControls.Программой поддерживаются наиболее распространенные форматыизображений «jpg» и «bmp».
Для обработки отдельных пикселей фотографиииспользовался класс «TBitmap». Для выделения цветовых Red-Green-Blueкомпонентов нами использовались стандартные функции выделения каналовцвета класса «TColor». Путем подбора был определен интервал Green-канала,для выделения на фотографии зеленого цвета и его оттенков. Былоопределено,чтоинтенсивностьGreen-каналадолжнабытьвышеинтенсивности Red- и Blue-каналов, из-за присутствия Green-канала в цветахс темным оттенком.Для сравнения результатов и калибровки программы был использован217SigmaScan – программный модуль, ориентированный на профессиональнуюстатистическуюобработкуизображений.SigmaScanпозволяетповыделенным на изображении объектам получать интересующую статистику(число объектов, их периметр и площадь и т.п.).После калибровки программа была подготовлена к использованию.
Вкачестве результатов применения разработанного метода на практикеприведем скриншоты работы созданной программы (см. рисунок 5.11)Втаблице5.2приведенырезультатысравненияопределенияпожнивных остатков различными методами.Таким образом, проведенные полевые эксперименты позволилиустановить долю пожнивных остатков на поверхности почвы поля сагрофоном в виде стерни зерновых согласно таблице 5.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
