专利名称：土壤特性的观测装置和土壤特性的观测方法
技术领域：
本发明涉及测定土壤特性的土壤特性观测装置和土壤特性的观测方法，特别是，涉及收集有关农场内立体土壤特性分布的信息的土壤特性观测装置。
在精密农耕法中，把规模比较大的农场区分为多个区域，在考虑到每一个区域中不同的土壤特性(土壤特性的差异)的前提下，对每一个区域有关的施肥和撒播农药等进行最恰当的管理。
要实施这样的精密农耕法，就必须取得能正确反映每一个区域的有关土壤特性差异的信息。
例如，在5,044,756号美国专利公报中所记载的装置，是用车辆之类牵引，在规定深度的土壤中大致水平地移动。在移动的过程中，把特定波长的光线照射到土壤中，同时检测其反射光线，根据其反射光线的特性，就能对土壤中所含有的有机物和水分进行实时的定性和定量的观测。
将各区域的相应信息与，例如，过去所积累的数据信息或者地理上不同的其他农场的有关数据信息进行比较，就能灵活运用这些信息，找到适合于各个区域的土壤特性的最佳管理方法(确定施肥量和农药的撒播量等)。为此，希望对与各区域相应的数据信息进行标准化(统一的标准)，以便能与在时间上，地理上不同的地域所取得的土壤特性的有关数据信息进行比较。要使数据信息标准化，例如，就要采集反映土壤的物理-化学特性的多种参数进行公式化(函数化)，用以作为评价土壤性质的指标。此时，例如，当从农业生产的所谓优势的观点出发来评价土壤特性时，作为对这种土壤特性定义用的指标中，不可缺少的参数，按照上述公报所记载的装置，除了所观测到的有机物含量和含水量(含水率)之外，还有粘土含量和土壤密度等等。
可是，粘土含量和土壤密度等这些参数，反映在土壤物理特性的很多方面(例如，土壤的硬度和导电率等)，用光学分析方法进行定量分析是很困难的，所以必须另外采用具有能检测土壤硬度和导电率的功能的传感器。
可是，当采用不同检测原理的传感器，在实时下检测多个参数时，因为安装位置的限制，是在各传感器互相隔开的位置上检测土壤中有关的各种特性的。这样，就不能保证检测出来的各种特性是同一个试样的特性。
此外，包括上述公报中所记载的装置在内，当掌握农场内的土壤特性的分布时，在使用在现场直接测定(检测)反映土壤特性的参数的装置的情况下，检测元件与试样(土壤)之间的关系容易受到外界的影响而产生误差。例如，在使检测元件与土壤接触的情况下进行检测时，很容易产生检测元件与土壤之间接触压力的变化，另一方面，当使检测元件在离开土壤的状态下进行检测时，又容易产生检测元件与土壤之间距离的变化，所以，这些在外在因素影响下所取得的数据的精度和再现性都是很差的。
为了达到上述目的，按照本发明的一种观测土壤特性的土壤特性观测装置，它具有下列装置能使切削面与任意深度的土壤接触，在对土壤边切削边行进的过程中，在与上述切削面行进方向相反方向上形成观测空间的土壤切削装置；检测装置；距离识别装置；以及距离对应装置；上述检测装置测定位于上述观测空间与土壤的界面上的观测面的土壤特性；上述距离识别装置识别从上述检测装置到上述测面之间的距离；上述距离对应装置根据上述距离识别装置所识别的距离，让上述检测装置来处理所检测到的有关土壤特性的信息。
借助于上述结构的装置，根据上述距离识别装置所识别的距离，上述检测装置就能对所检测到的与土壤特性有关的信息进行处理。这样，如果能够在从上述检测装置到上述观测面的距离相等的情况下(在最适当的范围的条件下)取得数据信息，那么就能把这些数据信息进行分组。因此，关于上述检测装置所检测出来的土壤的特性(作为具有确定其分析精度的条件的，在检测元件与检测对象之间的距离是重要的特性，例如，从土壤的反射光线的分光光谱之类的土壤光学特性)，就能够取得精度和再现性都很高的数据信息。
此外，上述距离对应装置通常都具有下列各部分根据上述距离识别装置所识别的距离来识别上述土壤切削面的凹凸状态的凹凸状态识别装置；根据上述凹凸状态识别装置所识别的凹凸状态，对用上述检测装置所检测到的有关土壤特性的信息进行分组的分组处理装置。
此时，对上述有关土壤特性的信息的分组，例如上述凹凸状态，也可以是把用上述检测装置在对土壤特性的检测条件有利的情况下所检测到的信息，进行使用性很强的分组筛选处理。
此外，在包含上述土壤特性的观测点在内的规定区域中，在所有规定的次数内，在识别上述距离时，利用所识别的距离的平均值，分散程度(或标准偏差)，或者对所识别的距离的变化所评定的凹凸的非对称性这些指标，可以对这些指标的一部分或者全部进行考核，对上述信息进行分组。
借助于这样的构成，就能对，例如，凹凸状态类似的土壤面，或者凹凸状态较好的土壤面上检测到的关于土壤特性的信息，进行分组处理，对用上述土壤特性检测装置所检测到的土壤特性(作为决定分析精度的条件，检测元件与检测对象之间的距离是重要的特性)，就能取得精度和重复性更高的数据信息。
此外，在上述检测装置所检测出来的土壤特性中，最好还包含根据来自上述观测面的反射光的光学特性。
此外，按照本发明的另一种观测土壤特性的观测装置，它具有使其切削面与任意深度的土壤接触，对土壤边切削边行进的土壤切削装置，以及检测装置，上述检测装置主要检测与上述切削面接触的土壤的电气特性。
本文中所谓的电气特性，例如包括，导电率，电阻，电容，介电常数等等。
此时，上述检测导电率的检测装置中的检测元件(例如，电极元件)，最好设置在上述土壤切削装置前端的附近。
使用上述构成，由于能直接而且连续地检测与上述土壤切削装置的切削面接触的土壤的导电率或者介电常数，因此，就能在广大的区域内，对土壤的电器特性，更进一步对与电器特性有关的各种土壤特性，高效率地取得精确的数据信息。
此外，上述检测装置必须要有露出在上述切削面上，相互之间绝缘的至少一对电极。
此外，上述检测装置最好具有能向上述一对电极加载规定频率的交流电压的电压加载装置。
在上述电极表面上不发生电极反应，所以输出信号的特性在很长的时间，甚至经过几年也难于会发生变化。因此，才能够长期一贯地检测出可靠性极高的有关土壤的导电率和介电常数的数值。
此外，上述加载电压的装置，最好具有在上述一对电极上加载规定频率的交流电压的第一电压加载装置，和加载其频率与第一电压加载装置所加载的交流电压不同电压的第二电压加载装置。
借助于上述构成，基于上述第一电压加载装置所加载的交流电压，测定流过预定电路内的电流特性，除了能掌握与土壤切削装置的切削面接触的土壤的导电率之外，还基于上述第二电压加载装置所加载的交流电压，能测定在其他电路内流动的电流的特性，从而掌握与土壤切削装置的切削面接触的土壤的其他电气特性(例如介电常数)。因此，用一对电极就能掌握关于上述土壤切削装置的切削面接触的土壤的多种不同的电气特性。
此外，另一个发明的一种观测土壤特性的土壤特性观测装置，它具有对任意深度土壤的边切削边行进的刃状的土壤切削装置和检测装置，上述检测装置在上述土壤切削装置行进的过程中，能检测出与行进方向相反的一面上的作用力。
借助于上述构成，通过在与上述土壤切削装置行进方向相反一侧上的作用力就能检测出存在于上述土壤切削装置前方的土壤作用于上述土壤切削装置的切削面(特别是前端部)上的荷载，换言之，就是能检测出土压(土壤阻力)来。此外，上述土压还与土壤的硬度有相当大的关系。即，随着上述土壤切削装置的行进，能够依次检测出处于前方的土壤的硬度。
此外，像直接检测受到前方土壤的土压(阻力)的薄膜式压力传感元件那样，就没有必要在检测上述土压时，在土壤切削装置的切削面上，或者在切削面(表面)附近设置传感器元件。换言之，在上述土壤切削装置的切削面与变形量检测装置的检测元件之间形成了比较厚的一层，就能确保对于因为与土壤接触而对上述土壤切削装置的切削面形成的冲击，以及该切削面的磨损，确保充分的耐用性。
此外，另一个发明也是观测土壤特性的土壤特性观测装置，它主要具有下列装置能使切削面与任意深度的土壤接触，在对土壤边切削边行进过程中，在上述切削面行进方向的相反方向上形成观测空间的土壤切削装置；检测装置；检测条件识别装置，制分组信息制成装置；上述检测装置至少测定下列土壤特性中的一种位于上述观测空间与土壤的界面上的观测面的土壤特性，或者与上述切削面接触的土壤特性；上述检测条件识别装置识别在上述检测装置检测多种土壤特性的过程中的检测条件；上述分组信息制作装置根据用上述检测条件识别装置所识别的检测条件，对上述多种土壤特性制作成与大致相同的土壤试样相对应的成组数据信息组。
所谓“大致相同”，不仅完全相同，例如，它也意味着用上述土壤切削装置所切削下来的土壤中互相对持的的土壤表面(表层的土壤)。此外，所谓“检测条件”，也可以包括，例如，为检测各参数用的传感器元件的布置方式的差异。
借助于这种构成，就能把作为土壤特性的检测数值的在任意观测点上获得的多个数据，作为与大致相同的土壤试样相对应的信息，正确而且高效率地进行综合。这样，就能根据土壤特性在地域广阔的地理上的分布，高效率地收集对制作普遍性很高的资料图有用的信息。
此外，在上述检测条件识别装置所识别的检测条件中，上述多种土壤特性优选包含对上述多种土壤特性所检测出来的时间，以及上述土壤切削装置的行进速度。
借助于上述构成，就能够将上述多种参数作为与同样的土壤试样相对应的信息，进行正确而且高效率的综合。
此外，在上述观测面上所存在的土壤的特性中，优选至少包括下列土壤的光学特性和热力学特性中的一种例如，红外线的光谱，可见光光谱，摄像，温度等。
此外，上述检测装置最好能对上述观测面上存在的土壤的特性，以及与上述切削面接触的土壤的特性都能进行测定。
在上述与切削面接触的土壤的特性中，最好至少包含土壤下列电气特性和力学特性中的一种例如，土壤的电气特性，土壤的硬度等。
此外，上述检测装置可以从大致相同的土壤试样中检测上述存在与观测面上的土壤的特性，和与上述切削面接触的土壤的特性。
此外，上述土壤特性观测装置还具有比较装置，该比较装置基于上述观测面上所存在的土壤的特性和与上述切削面接触的土壤的特性中的至少一种特性，对其它特性的可靠性进行比较。此处所说的“特性的可靠性”，指的是上述检测装置所检测出的特性的可靠性。
借助于上述构成，可以根据与这些土壤特性相关的某两种不同的特性，定量地掌握例如土壤的含水率，有机物的含量等，同一土壤特性，从而提高所获得的与这些土壤特性相关的数据信息的可靠性。
此外，此处所谓的同一种土壤特性，不仅是指完全相同的特性，也可以是大致相同的土壤特性，或者类似的土壤特性。
此外，上述土壤特性观测装置据具有通信装置和处理装置，上述通信装置能把关于本土壤特性观测装置现在所处的位置的信息作成来自外部的通信息而获得，上述处理装置优选能把上述通信信息与上述检测装置所检测得到的土壤特性作为相互关联的数据信息。
借助于上述构成，就能够高效率地把在各观测点上所获得的与土壤特性有关的数据信息，与它在农场内所处的正确位置相对，并对其进行管理。
按照本发明的土壤特性检测方法的要点是，使切削面与任意深度的土壤接触，在对土壤边切削边行进的过程中，在与上述切削面行进的方向相反的一侧形成观测空间，根据从上述检测装置到上述观测面之间的距离，对用检测装置所检测到的、与位于上述观测空间与土壤的界面之间的观测面的土壤特性有关的信息进行处理。
借助于这一方法，就能够对用上述检测装置所检测到的与土壤特性有关的信息，进行与距离相对应的处理。这样，例如，在从检测装置到观测面之间的距离相同的情况下(在条件最适当的范围内条件下所取得的)取得数据信息时，就能够对这些数据信息进行分组化。因此，对于用上述检测装置所测得的土壤特性(作为决定其分析精度的条件，是检测元件与检测对象之间的距离是重要的特性，例如，来自土壤的反射光的分光光谱等那样的土壤光学特性)，就能获得精度和再现性都很高的数据信息。
按照本发明的另一种土壤特性检测方法的要点是，使切削面与任意深度的土壤接触，在对土壤边切削边行进的过程中，检测出与上述切削面接触的土壤的电气特性。
此处所谓的电气特性，包括，例如，导电率，电阻，电容，介电常数等等。
借助于上述方法，由于能直接而且连续地检测出与上述切削面接触的土壤的导电率或者介电常数，所以就能在广阔在范围内对土壤的电气特性，更进一步，能对与电气特性有关的各种土壤特性，高效率地获得精确的数据信息。
此外，借助于本发明的另一种土壤特性观测方法的要点是，使切削面与任意深度的土壤接触，在对土壤边切削边行进的过程中，检测出作用在与上述切削面的行进方向相反的另一面上的力。
按照这种方法，就能够通过作用在与上述切削面的行进方向相反的另一面上的力，检测出土壤加载在切削面上的载荷，换言之，就能够检测出土压(阻力)。此外，这一土压与上述土壤的硬度有很高的相关性。即，随着上述切削面的行进，能够依次检测出存在于前方的土壤的硬度。
以上所说的各种构成可以在可能的范围内进行各种组合。
图5是第一实施例中的土壤特性观测装置的控制部分的电气结构的框图；图6是第一实施例中的检测电路的功能框图；图7是第一实施例中用于把有关土壤特性的数据信息与取得信息的位置和所观测土壤面的深度一同记录下来的基本顺序的流程图；图8是第一实施例中用于概略说明装在传感部分中的各种传感器的输出信号是怎样进行处理的构思说明图；图9是第一实施例中对有关土壤光谱和土壤导电率的信息进行综合处理的顺序的流程图；
图10是第一实施例中对有关土壤光谱和土壤导电率的信息进行综合处理的顺序的流程图；图11是本发明第二实施例的土壤特性检测装置的传感部分内部结构的示意的侧剖视图；图12是第二实施例中对土壤位移传感器的输出信号进行指标化的信号处理部分的功能框图；图13是第二实施例中在多个观测点上所取得的有关土壤位移状态的三种指标的直方图；图14是第二实施例中，根据在多个观测点上的土壤位移状态的三种指标，用于选择供应给分光谱解析用的数据信息的处理顺序的流程图；图15是第二实施例中，根据在多个观测点上所取得的平均位移，位移的分散和非对称性所作成的频度图；图16是本发明的第三实施例的，把土壤切削部分与其周围的部位与计算机合并的模式的示意图；图17是表示本发明的第四实施例中，用于综合根据各种传感器的检测信号的数据信息的处理顺序的流程图；图18是表示本发明的土壤特性检测装置的另一种实施例的略图；图19是表示本发明的土壤特性检测装置的另一种实施例的略图；
图20是表示本发明的土壤特性检测装置的另一种实施例的略图。
如图1所示，检测系统1由拖拉机等车辆2牵引，它由待进行农作物生产的耕种的农场3内移动的土壤特性观测装置10，以及为掌握土壤特性观测装置10的正确位置用的GPS(全球定位系统)卫星所组成。在土壤特性观测装置10上备有GPS天线11，土壤特性观测装置10通过该GPS天线11，从GPS卫星200接收位置信息的信号(有关地面上土壤特性检测装置10的位置的信号)，以识别自身当前的位置。如图1中的虚线所处，假设把农场3划分为多个区域，每一个区域都独立地决定有关土壤特性所取得的信息的管理，适合于农作物生长的施肥，以及农药的投入量。(土壤特性观测装置的结构和功能)下面，说明土壤特性观测装置的结构和功能。
图2是概略地说明由车辆(拖拉机)牵引的土壤特性观测装置10的结构的侧视图。
如图2所示，土壤特性观测装置10由下列各部件构成通过支承框架12a、12b、12c、12d连接在拖拉机2后部的台架13；装载在台架13上的控制部分(包括计算机)30；以及安装在台架13后端下部的土壤切削部分50。在控制部分30的上方安装了GPS天线11。土壤切削部分50具有支承连接在台架13下部的支杆51，和固定在支杆51下部，在土壤的预定深度中(地表面以下)大致呈水平地行进的传感部分52。支杆51的行进方向的前端，为了减小土壤的抵抗力，做成V字形。另外，在传感部分的前端具有切削土壤用的铲刃(铲子部分)53，在内部还装有检测土壤特性的各种传感器(图中未表示)。安装在土壤切削部分50外部的卤素灯40的作用是，作为在传感部分52内部形成的观测空间(图中未表示)中，作为用于对下面所说的各种传感器(图中未表示)的检测对象(土壤)进行照明的光源。安装在台架13侧面的支承臂14，借助于使得设置在其前端部分上的测试轮15与地面接触，所以与支承框架12a、12b、12c、12d一起，使台架13与地表面保持水平状态。此外，测试轮1 5和台架13之间的距离是可以调整的，借助于调整该距离，就能够调整土壤中传感部分52的位置(深度)。在同一个台架13的侧面，在比支承臂14更靠前的预定部位13a上，安装成能以部位13a为中心自由摇动的摇臂16，使得设在其前端部的，深度测定用的自由转轮17与地面接触。在安装摇臂16的部位上，安装着电位计(旋转角度传感器)18，它能输出与摇臂16相对于台架13的旋转相位相对应的信号。根据旋转角度传感器18所输出的信号，就能求出深度测定用的自由转轮17的接地表面与台架13之间的距离D1，以及传感部分52的底面(检测土壤面)与地表面L1之间的距离，换言之，就是求得观测土壤面L2的深度D2。此外，设置在台架13前端部分的犁刀19，通过把土壤切削部分50前方的地面切开，可以减小把传感部分52引导到地表以下所需要的力量(土壤切削部分50所受到的土壤的抗力)。此外，还具有切割蒿草之类的杂草，防止其缠绕在支杆51上的作用。此外，安装在拖拉机2上的显示操作部分20与控制部分30电连接，借助于操作者输入操作，或者与自动控制部分30之间的通信，把控制部分30所存储的数据信息适当地显示出来。(传感部分的结构)
图3a是概略地表示传感部分内部构造的侧剖视图。
如3a所示，传感部分52与相当于沿着行进方向的前端部的铲子部分53，以及与相当于后端部(位置与前端部相反)光学传感器的收藏部分60大不相同。铲子部分53一边在上下方向切开其刀刃前方的土壤，一边行进的同时，在它的后方还形成了与地平面L1同样呈水平的观测土壤面L2。在光学传感器收藏部分60中，装有可见光的聚光纤(可见光传感器)61，近红外线的聚光纤(红外线传感器)62，CCD(Charge Coupled Device)照相机63，温度传感器64，以及照明用的光纤65A、65B。此外，这些部件61～65被设置成与检测土壤面L2隔开距离，在各部件61～65与观测土壤面L2之间形成了规定的观测空间S1。此外，在光学传感器的收藏部分的内部(在观测空间S1的后方)，光学传感器的收藏部分60的后部60a呈开放的状态(检测空间S1的后方向外开放)，以便不使土壤积存起来。
此时，照明用的光纤65A、65B是选择性地让卤素灯40(见图2)所供给的光中具有特定波长范围(例如，400nm～2400nm左右)的光线透过，用这种光来照射观测土壤面L2。可见光传感器61，从借助于照明用的光纤65A、65B照射在观测土壤面L2上的光的反射光中，有选择地收集可见光的波长范围为，例如，400nm～900nm的光。红外线传感器62同样也是从借助于照明用的光纤65A、65B照射在检测土壤面L2上的光的反射光中，有选择地收集近红外线的波长范围，例如，900nm～1700nm的光。CCD(Charge Coupled Device)照相机63对检测土壤面L2进行照相。温度传感器64检测检测土壤面L2的温度(放射热)。
此外，可见光传感器61，红外线传感器62，CCD照相机以及照明用的光纤65A、65B，各自的前面(朝向检测土壤的面)都用光学窗(例如石英玻璃)66覆盖。干燥后的空气通过送风管67经常地吹在光学窗66上。借助于这种干燥空气的作用，能防止光学窗的�：�。
此外，在观测空间S1的前方，凸出地设置在传感部分52的底面上的第一均衡板68a和第二均衡板68b可使用铲子部分所切削的土壤均等，并且由于对在铲子部分53后方所形成的土壤的切削面(与传感部分52相对的面)的凹凸进行平滑，从而使观测土壤面L2保持了平坦。图3b是从土壤表面向上方看第一均衡板68a和第二均衡板68b的设置部位的放大后的平面图。如图3b所示，第一均衡板68a具有V字形，它在使前方的土壤向两侧方向分开的同时，还使其变得平坦。此外，在第二均衡板68b的前端部，并排配置了许多梳板。第二均衡板68b的作用是使得由第一均衡板68a所形成的土壤表面更加平滑。
在铲子部分53的后部与光学传感器收藏部分60之间设有土壤硬度传感器100。土壤硬度传感器100由下列部件构成设置在铲子部分53后部的活塞101；设置在光学传感器收藏部分60前部的气缸102；以及容纳在气缸102内部的检测元件(负载传感器)103。在活塞101上形成了沿着它径向的椭圆形通孔101a。固定在气缸102内的插销102a插入孔101a内，以限制气缸102内的活塞101的旋转，此外，还防止活塞101从气缸102中拔出来。在活塞101的底端部分101b与气缸102的开口端102b之间，设有大约1mm左右的间隙G。即，容纳在气缸102内的活塞101可沿着箭头X方向在间隙G的范围内作往复运动。在气缸102的开口端102b的外圆周(间隙G的外圆周)上，围着一圈尿烷制作的密封圈102c，以防止土壤侵入间隙G和气缸102内。负载传感器103与电子控制装置电连接，在其上设有能产生与活塞101的推压力相对应的检测信号的变形测量仪(图中未表示)。多个碟形弹簧102d从气缸102向着活塞101的方向推压负载传感器103。具有这种构成的土壤硬度传感器100中，活塞101根据铲子部分53从前方所受到的土压(与土壤硬度有关的一个参数)，对负载传感器103进行推压，并借助于在负载传感器103内的变形测量仪所产生的与这个推压力相对应的检测信号，依次检测出铲子部分53所受到的来自前方土壤的土压。此时，因为活塞101的动作被限制在规定的范围内，所以对负载传感器103所加载的推压力不会超过规定的数值。即，气缸102的内壁和由于活塞101而处于与外部隔离状态的负载传感器103，能将铲子部分53所受到的来自前方土壤的土压作为对着铲子部分53的行进方向的变形量，长期恒定(在确保充分的持久性的基础上)正确地检测出来。
图4是表示铲子部分53的外观的俯视图。如图3和图4所共同表示的，在铲子部分53的上表面埋设表面电极55。在表面电极55的外圆周的周围设有为隔开电极55和铲子部分53用的绝缘部件56。表面电极55与用导电材料做成的铲子部分53的上表面53a构成一对电极，形成了能同时检测出与铲子部分53的上表面53a(包括表面电极55)接触的土壤的导电率与介电常数的电气特性传感器57。
如果处于土壤中的传感部分52的行进速度等各种条件是恒定的，则铲子部分53所受到的来自土壤的土压就能显示出与此种土壤硬度很高的相关性。(计算机与其周边器件的电气构成)图5是装在控制部分30内部的计算机及其外围设备之间的电气构成的框图。
计算机150在其内部具有中央处理器(CPU)，读出专用存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，备用RAM 34，以及定时计数器等等，并且还有用母线将上述各部分连接起来的逻辑运算电路。
具有这种构成的计算机150，通过分光部分，输入来自设置在光学传感器收纳部60内的可见光传感器61和红外线传感器62的检测信号，并对这些信号进行处理。分光部分70由可见光用的分光部分71和近红外线的分光部分72构成。分光部分71、72是具有光电二极管线性矩阵的多通道式光谱仪。见光用的分光部分71在400～900nm的波长范围内，具有256个能个别地高速检测出相应波长的光强度的频道，而近红外线的分光部分72则在900～1700nm的波长范围内，具有128个能个别地高速检测出相应波长的光强度的频道。此外，计算机150还能输入来自设置在同一个光学传感器收纳部60内的温度传感器64的检测信号，和来自CCD照相机63的摄像数据，并对这些数据信息(信号)进行处理。此外，计算机150还输入来自设置在铲子部分52中的电气特性传感器57和土壤硬度传感器100的检测信号，并对这些信号进行处理。此外，计算机150还输入来自安装在摇臂16上的旋转角度传感器18的检测信号，并对这些信号进行处理。此外，计算机150还通过GPS天线11输入从GPS卫星200发送来的信号，并对这些信号进行处理。
计算机150根据来自显示操作部分20的信号，对从上述各部分输入的信号(数据信息)进行处理，或者，自动对这些信号进行处理，与此同时，在该显示操作部分20的屏幕上显示处理的情况和数据信息。此外，根据来自显示操作部分20的指令信号，或者自动地，把上述处理的结果作为记录用的数据信息存储在外部存储装置(例如，卡片存储器等)75中。(导电率和介电常数的检测电路的基本构成)图6是把与铲子部分53的上表面53a接触的土壤的导电率和介电常数成比例的信号，作为电气特性传感器57的检测信号，分别输出到计算机150中的检测电路的功能框图。
如图6所示，在导电率检测电路57中，从振幅可变的信号发射部分向电极55、53a加载频率为4kHz的交流电压。在检测各电极55、53a的电压振幅的过程中，借助于将规定的振幅控制电压输入到振荡器中，控制振荡器的输出电压，使加载在各电极55、53a上的电压振幅恒定。计算机150在对电阻R两端的电压实际数值(与土壤的导电率成比例)在规定时间内进行平均化处理之后，将其存储下来。
此时，当使用直流电压构成检测电路时，由化学反应(电极反应)的生成物会积存在电极表面上，长期延续下去，就很难进行稳定性高的测电。此外，在使用上述那样的交流电压时，由于电极反应而产生的影响最�。苑⒚髡呙侨衔赏玫降缪拐穹】赡苄〉慕峁�。
此外，当采用在两个电极上通过恒定的电流的构成时，由于在两个电极上所加的电压要随着土壤导电率的大小而变化，所以要考虑电极反应程度的变化，因此，发明者们认为，在此情况下也很难进行稳定性很高的导电率的测定。
对此，在介电常数检测电路57b中，除了在导电率检测电路57a上通入低频交流电压之外，还与此重叠加载高频的交流电压。在上述电路57b中，把电极55、53a看成电容器的极板，以此来检测与两个电极55，53a接触的土壤的介电常数。
而且，由于各个电极55、53a都配置在作为土壤的切削面的铲子部分53的上表面，传感部分52被限定为设置在土壤里始终要与土壤接触。因此，就能正确而且稳定性很高地测定土壤的电气特性。
另外，高频截止滤波器防止了向导电率检测电路57a中混入高频，而低频截止滤波器防止了向介电常数检测电路57b中混入低频。
在本实施例中可以使用，为了检测土壤的导电率，如果加载交流电压的话，例如，可以使用通过加载由反复加载方形波或三角形波之类的正负电压所形成的波形图形构成的电压来检测土壤导电率的装置。不过，在通过同一组电极来检测土壤的导电率和介电常数的实施例中，即，在导电率检测电路与介电常数检测电路中共用同一组电极的装置中，一般都希望用交流电压。
此外，即使采用把用于检测土壤导电率的电极组(加载高频交流电压的电极组)，和用于检测土壤介电常数的电极组分开配置在铲子部分53的上表面53a上的装置，也能够取得与上述实施例同样的效果。把高频用的电极与低频用的电极分开设置的装置结构，虽然在搭载性方面不如上述实施例中所使用的装置的结构(导电率检测电路与介电常数检测电路共同使用同一组电极的装置结构)好，但应该看到，在能使得检测电路简单化这一方面，还是有优越性的。
下面，详细说明具有上述那些硬件结构的土壤特性检测装置10是按照什么样的控制逻辑来取得农场3内的有关土壤特性的数据信息的，以及如何管理这些信息的。(用于取得有关土壤特性的数据信息的基本程序)图7是把根据传感部分52中具有的来自各种传感器的检测信号的数据信息，与取得这些数据信息的位置和观测土壤面的深度，一起记录下来的基本程序的流程图。本程序在计算机150启动后，由该计算机150每隔一定的时间进行一次。
当按照本程序进行处理时，首先，计算机150在步骤S101中判断是否有取得数据信息的要求。即，计算机150预先存储应取得有关土壤的数据信息的时刻，或者在农场内的位置等条件，判断是否有当前时间点符合这些条件的时刻。此外，在操作者用手动方式向显示操作部分输入预定的指令信号(取得信息开始的信号)的情况下，计算机150就可以判断为有取得数据信息的要求。在步骤S101中的判断为否定时，计算机150就立刻退出本程序。
另一方面，当上述步骤S101中的判断为肯定时，计算机150就根据来自GPS卫星200的信号，掌握其土壤特性观测装置的位置(步骤S102)，接着，取得基于光学传感器容纳部分60内的各种传感器61、62、63、64，和铲子部分53内的各种传感器57、100的检测信号的数据信息，并对这些数据信息进行运算处理(例如累计和平均)(步骤S103)。然后，把运算处理的数据信息与通过至前一程序已经取得的数据信息的来历相对照，再进行加工处理(步骤S104)。
例如，假定每隔0.05秒进行一次本程序。此时，每次经过3秒的间隔之后，若把控制逻辑电路的构成为在一秒钟内获得数据信息，在这一秒钟中能取得120个左右的数据信息。计算机150就对这120个(组)数据信息进行平均化处理，加工成1个(组)数据信息后加以管理。
此后，计算机150将在上述步骤S104中所获得的数据信息，作为与来自GPS卫星200的位置信息，和观测土壤面L2的深度相对应的数据信息，存储在外部存储装置75中(步骤S105)，结束本程序中的处理工作。
本实施例中的土壤特性观测装置10基本上按照这样的控制逻辑，连续地取得农场3内部各区域中的有关土壤特性的数据信息，并存储下来。
下面，对上述基本程序的处理中特别是步骤S104中的处理，即，对各种传感器的检测信号运算处理所得到的数据信息的加工处理进行详细说明。(基于各种传感器的信号的数据综合)图8是说明如何处理安装在传感部分52中的各种传感器的输出信号的简图。
如图8所示，计算机150具有这样的作为第一推算装置的功能，即，对通过检测土壤的光学特性的检测装置，即通过可见光传感器61和红外线传感器62所获得的数据信息进行处理，推算出土壤的有机物SOM(Soil Organic matter)含量，PH值，硝酸状态的氮气(NO3-N)，导电率ECa和水分(含水率)等等。
上述计算机150还具有作为第二推算装置的功能，即，对通过检测土壤的电气特性或者力学特性的检测装置，即通过电气特性传感器57和土壤硬度传感器100所获得的数据信息进行处理，推算出导电率ECa和水分(含水率)等等。
此处，例如土壤的导电率ECa和水分(含水率)，除了可通过检测土壤的光学特性的检测装置之外，也可以通过电气的或者力学的检测特性的检测装置来获得。在本实施例的土壤特性检测装置10中，对于通过不同的检测装置所获得的有关同一种观测项目(例如，导电率ECa和含水率)的数据信息，可以对这些数据信息进行互相比较，采用可靠性最高的数据信息进行数据信息的综合处理。(有关土壤光谱和土壤导电率的信息的综合处理)图9是表在对有关土壤特性的数据信息的处理中，对关于土壤光谱和土壤导电率的信息进行综合处理的具体顺序(程序)的流程图。其中，按照这一流程图的处理顺序，包含了借助于土壤特性观测装置10的计算机150进行处理的这一环节，例如前面的基本程序(图7)中的步骤S104。
在按该程序的处理过程中，计算机150首先在步骤S201中，对于农场3内某一个观测点上的土壤所获得的最新数据信息进行选择，作为供给综合处理用的数据信息。然后，根据设置在光学传感器容纳部分60内的可见光传感器61和红外线传感器62等所检测到的信号，推算各观测点的土壤的含水率，另一方面，根据电气特性传感器57(介电常数检测电路57b)的检测信号，用另一种途径推算各观测点上土壤的含水率。
在步骤S202中，对根据可见光传感器61和红外线传感器62等所检测到的信号所推算出来的含水率(以下称之为根据光学特性的含水率)WP，与根据电气特性传感器57的检测信号在各观测点上获得的土壤含水率(以下称之为根据电气特性的含水率)WE进行比较，计算出比在各观测点上的土壤含水率可靠性更高的含水率(以下称之为适用含水率)WM。
下面，说明适用含水率的计算方法的一个例子。
即，如果根据光学特性的含水率WP与根据电气特性的含水率WE之间的偏差在规定的范围内，就使用两个含水率WP、WE的平均值作为适用含水率WM。另一方面，当上述偏差超过规定值时，则采用在地理上与该观测点最接近的另一个观测点上所获得的数据信息(含水率WP、WE)，来计算适用含水率WM。
在接着的步骤S203中，根据导电率Eca和在上述步骤S202中所获得的适用含水率WM，推算土壤溶液的导电率Ecw。而导电率Eca则根据电气特性传感器57(导电率检测电路57a)的检测信号进行计算。
经过上述步骤S203之后，计算机150便结束本程序的处理工作。
本程序的处理工作结束之后，计算机150便返回图7中的步骤S105中的处理，把此次所获得的适用含水率WM和土壤溶液的导电率Ecw，作为制订表示农场3内的这些参数WM、Ecw的分布状态图的数据信息，存储在外部存储装置75中。
此外，也可以在农场3内的观测工作完成之后，例如，按照图10中所示的处理程序作为基本程序(图7)独立地进行处理，来代替上述图9中的处理程序。
下面，说明图10中的处理程序。本程序既可以通过计算机150来进行，也可以根据保存在外部存储装置75中的数据信息通过其他控制装置来进行。此外，在进行本程序之前，先在农场3内N个观测点中从n(n＜N)个观测点上采集实际土壤试样，使用实验室内的分析仪器预先测定这些土壤试样的导电率和含水率，并作为标准数据信息保存在外部存储装置75中。
在本程序中，例如，计算机150首先在步骤S301中把在农场3内N个地点上所获得的数据信息作为供应给综合处理用的数据信息。
在步骤S302中，除了根据设置在光学传感器容纳部分60内的可见光传感器61和红外线传感器62等所检测到的信号，推算出各观测点上的土壤含水率之外，还根据电气特性传感器57(介电常数检测电路57b)的检测信号，另外推算出各观测点上的土壤含水率。
在步骤S303中，在供给综合处理用的N个数据群中，对上述取得标准数据信息的土壤试样的采样位置，以及在同一位置上所获得的数据群，对于根据可见光传感器61和红外线传感器62等所检测到的信号推算出来的含水率(以下称之为根据光学特性的含水率)WP，和根据电气特性传感器57的检测信号在各观测点上获得的土壤含水率(以下称之为根据电气特性的含水率)WE进行鉴定，以确定哪一个数据具有更高的相关性。然后，在根据光学特性的含水率WE和根据电气特性的含水率WE中，与标准(参考)数据信息的含水率(以下称之为标准含水率)WS相比，确定采用其中显示更高相关性的数据信息，作为农场中的土壤含水率(采用含水率)。
在步骤S304中，借助于采用含水率与标准含水率的对比，对于n个数据信息，确定从在步骤S303中所采用的采用含水率(WP或WE)计算出正确含水率的计算方法(例如，可采用显示两者之间的关系的递归式作为计算的公式)。
接着，在步骤S305中，对于这一次在步骤S301中所选择的N个数据信息，用与在上述步骤S303中确定的含水率的推算方法相同的推算方法，把所取得的采用含水率(WP或WE)作为各观测点上的土壤含水率(适用含水率)WM来使用。
在步骤S306中，基于导电率ECa和适用含水率WM，推算出土壤溶液的导电率Ecw。其中，导电率ECa是根据电气特性传感器57(导电率的检测电路57a)的检测信号计算出来的。
经过上述步骤S306之后，计算机150便结束本程序的处理工作。
本程序的处理工作结束之后，计算机150便返回图7中的步骤S105中的处理，把此次所获得的适用含水率WM和土壤溶液的导电率ECw，作为制订表示农场内的这些参数WM、Ecw的分布状态图的数据信息，存储在外部存储装置75中，这与前面说明的处理程序(图9)相同。
不限于土壤溶液的导电率，例如，对于有机物的含量和特定的无机盐类的含量等等土壤中所含的其他参数，也可以使用与上述程序(图9或图10)同样的控制结构，以另一种途径从土壤的电气特性和光学特性，把这些参数推算出来。而且，如果对各种推算的结果进行相互比较，就能够取得关于农场内特定土壤特性的分布的可靠性很高的数据信息，能取得与本实施例同等的，或者以其为标准的效果。
如上所述，借助于本实施例中的土壤特性观测装置10，边用拖拉机2牵引边用土壤切削部分50有效地切削土壤，在其后方随着形成了观测空间S1(检测土壤面L2)。而且，设置在土壤切削部分50前部的铲子部分53具有，在通过由它自己切削的土壤的切削面时，能够通过设置在该铲子部分53的前端部分上的电气特性传感器57，直接检测出土壤的电气特性(例如，土壤的导电率和介电常数)，此外，还能通过在离开铲子部分53的前端部分一定长度的后方所设置的土壤硬度传感器100，高效率地检测出土壤的力学特性(例如，土压和土壤硬度)的功能。
一方面，设置在土壤切削部分50的后部的传感部分52，具有检测土壤的光学特性(例如，近红外线的光谱，可见光光谱，摄像)，和热力学特性(例如，土壤表面的温度)的功能。借助于这样的构成，这种土壤特性观测装置几乎能在同时连续地观测出同一个土壤试样的各种特性。此外，由于对于同一个土壤试样的各种特性能和来自GPS卫星的信息合在一起进行管理，所以就能高效率地获得农场内各种土壤特性的正确分布的资料，能用于绘制地图。
此外，借助于本实施例中的土壤特性观测装置10，由于能够根据用铲子部分(第一检测装置)所获得的土壤特性(例如，含水率WP)，和用传感部分(第二检测装置)52所获得的土壤特性(例如，含水率WE)，分别推算出有关土壤特性的单独(同一)的参数(例如土壤溶液的导电率和有机物含量等)，就能通过分别获得的参数进行相互比较，作为有关该土壤特性的有关单独的参数的数据信息，可靠性更高的数据信息。
在本实施例中，虽然电气特性传感器57是在与被检测物体土壤接触的一组电极之间把电压，来检测出土壤的导电率和介电常数的，但也可以根据同样的原理，来检测土壤的其他电气特性，例如土壤的电容量等等。第二实施例下面，对本发明的土壤特性观测装置具体化的第二实施例与上述第一实施例的主要不同点加以说明。
第二实施例中的土壤特性观测装置，其基本硬件的构成大致与上述第一实施例相同。因此，对于具有同样构造和功能的部件，都采用同样的名称和标号，并不再重复说明。
本实施例中的土壤特性观测装置也是对土壤特性的各种数据信息进行综合处理的装置，同样可以使用与适用于第一实施例中的装置基本相同的控制逻辑框图(图7、图9、图10)。
不过，在第二实施例中的土壤特性观测装置的传感部分(容纳光学传感器的部分)中，具有测定各种传感器与土壤的观测面之间的距离的土壤位移传感器，在形成关于土壤特性的数据信息的过程中，所以，在能够反映各种传感器与土壤中的观测面之间的距离这一点上，与上述第一实施例有区别。(传感部分的构成)图11是关于第二实施例的土壤特性观测装置的传感部分内部构成的示意侧剖视图。
在图11中，在土壤特性观测装置10’的光学传感器容纳部分60内，在红外线传感器62与照明用光纤65B之间，设有土壤位移传感器(激光距离计)69。土壤位移传感器69中具有将特定波长(例如780nm)的激光照射在测定对象(土壤观测面L2)上的激光照射部分69a，以及检测来自土壤观测面L2的反射光的受光部分69b，具有用三角测量的原理测定激光照射部分69a与土壤观测面L2之间的距离D3的功能。土壤位移传感器69与光学传感器容纳部分60内的其他传感器61～64一样，与控制部分内的计算机150电连接(参见图5)，随着距离D3的微小变动，换言之，随着土壤观测面L2的变化，连续地向上述计算机150输出信号。计算机150则根据土壤位移传感器69输出的信号，把土壤观测面L2的凹凸状态指标化，并判断该信号作为与所获得的观测点相对应的数据信息的可靠性。
在本实施例中，虽采用了激光距离计69作为土壤位移传感器，但，也可以使用像以LED作为光源的距离计，以及超声波距离计等等，具有测量与对象物之间的距离的功能的其它距离计。(土壤位移传感器信号处理部分的电气构成)图12是说明把土壤位移传感器69的输出信号指标化之后，向计算机150发送的信号处理部分的电气构成和功能的功能框图。
如图12所示，土壤位移传感器69输出的信号，在通过除噪音滤波器，滤掉其高频成分(噪音)之后，作为三种指标(平均距离、凹凸指标1、凹凸指标2)数值化之后，传送给计算机150。
此处的平均距离，相当于观测期间(例如，1秒钟)所检测出来的距离D3的平均值(平均距离)。为了产生与平均距离相对应的信号，在观测期间内，对土壤位移传感器69的输出信号(除去噪音之后)进行积分，并进行A/D变换。
此外，凹凸指标1相当于土壤位移传感器69的输出信号的频率成分中与1Hz～10Hz的成分相对应的(比较大的)凹凸数(在作为测定对象的土壤观测面上所检测到的数量)。为了产生与凹凸指标1相对应的信号，在观测期间内，要把土壤位移传感器69的输出信号(除去噪音后)中的频率成分为1Hz～10Hz的信号取出来，对其整流后进行积分，再进行A/D变换。
此外，凹凸指标2相当于土壤位移传感器69的输出信号的频率成分中与10Hz以上的成分相对应的(比较小的)凹凸数(在作为检测对象的土壤观测面上所检测到的数量)。为了产生与凹凸指标2相对应的信号，在检测期间内，要把土壤位移传感器69的输出信号(除去噪音后)中的频率为10Hz以上的信号取出来，对其整流后进行积分，再进行A/D变换。
也可以采用把土壤位移传感器69的输出直接进行A/D变换，然后以在计算机150中进行计算处理的方式来求出各种指标，以代替上述除去噪音，取出特定频率的成分，整流以及积分等一系列处理结束之后再进行A/D变换的方式。(有关土壤的位移状态的指标的选定，以及数据信息的选择)图13中表示了在多个观测点上所得到的平均距离，凹凸指标1和凹凸指标2各自的频度图的例子。
在本实施例的土壤特性检测装置10’中，在这些频度图的横坐标(各种指标的大小)上设定了规定的分析范围，仅把平均距离，凹凸指标1和凹凸指标2在各频度图上的分析范围内的观测点上得到的数据信息(通过可见光传感器61和红外线传感器62等所得到的数据信息)，选择为对土壤特性(光学特性)进行比较详细的分析(分光光谱解析)用的数据信息，存储在外部存储装置75中。
此处，对于平均距离在频度图上的分析范围(A1)，例如，可以设定在以全部数据(平均距离)的平均值为中心的规定范围内。此外，对于上述凹凸指标1在频度图上的分析范围(B1)，可以设定在设该凹凸指标2的最小值为“0”的规定范围内。此外，对于上述凹凸指标2在频度图上的分析范围(C1)，优选设定在设该凹凸指标2的最小值为比“0”稍微大一些的值的规定范围内。在凹凸指标2为“0”的情况下，意味着在土壤观测面L2上没有微小的凹凸，近似于镜面的状态，在这样的状态下，土壤观测面L2上的照明光的反射光不会漫射，而且很适合于分光光谱的分析。
图14是根据各观测点上的有关土壤位移状态的三种指标(平均距离，凹凸指标1，凹凸指标2)，用于选择供应给分光光谱解析用的数据信息的处理顺序(程序)的流程图。
本实施例中的程序是在规定数量的观测点上对土壤特性进行检测之后，由计算机150来实施。
在按本程序进行处理时，计算机150首先在步骤S401中，对处理对象的全部数据信息(例如，在此之行进行检测的全部观测点上所获得的数据信息)引入土壤观测面的平均距离，凹凸指标1，凹凸指标2，绘出频度图。
然后，如图13中所说明的那样，对各频度图设定其分析范围(步骤S402)，仅把全部土壤观测面的平均距离、凹凸指标1、凹凸指标2在各频度图上分析范围内的观测点上所获得的数据信息(关于土壤的光学的信息)，视为可靠性很高的信息，而存储在外部存储装置75上(步骤S403)，供更详细的分析用。(与土壤位移状态指标的选定有关的其他处理方式)在上述第二实施例中，把平均距离、凹凸指标1和凹凸指标2这三种指标绘制成频度图，根据各个指标是否处于频度图上规定的分析范围内，就能判断各观测点所得到的数据信息(通过可见光传感器61和红外线传感器62等所获得的数据信息)的可靠性。
同样，也可以绘制其他指标的频度图，再根据这些频度图来判断从各观测点所获得的数据信息(通过可见光传感器61和红外线传感器62等所获得的数据信息)的可靠性。
下面，对能应用土壤特性检测装置10’的其他处理方式的例子加以说明。
在其他处理方式的例子中，在各个观测点的各个时段中所获得的数据信息都要引入有关土壤位移状态的三种指标的概念平均位移m，位移的离散度v，以及非对称性s。这些指标，可以借助于，对例如图12中的数据记录器所记录的土壤位移时的一系列信号进行分析后得到。
首先，把距离D3的最佳数值与实际距离D3之间的差别定义为位移。所谓平均位移m，是指在各观测点上的观测期间所获得的位移的平均值。而位移的离散度v是在各观测点上的观测期间所获得的位移的分散情况。此外，所谓非对称性s是表示平均位移m与位移d之间的差乘以3的倍数，即“α·(m-d)3；但α为系数”。
图15是表示由在多个观测点上所获得的平均位移m，位移的离散度v，以及非对称性s所绘制的频度图的一个例子。
把在平均位移的频度图上的分析范围(A2)，设定在以全部数据的平均值为中心的规定的范围内。在位移的离散度v的频度图上的分析范围(B2)，最好设定在比该位移的离散度v的最小值“0”稍大一些的值规定的范围内。当位移的离散度v为“0”时，表示土壤观测面L2连微小的凹凸都没有，几乎是呈镜面的状态，在这样的状态下，土壤观测面L2上的照明光的反射光就不会漫射，反而不适合于分光光谱的分析。
此外，在非对称性s的频度图上的分析范围(C2)，则设定以最佳值(最小值)为“0”的规定范围内。
这样，在把平均位移m，位移的离散度v，以及非对称性s用作土壤位移状态的指标情况下，按照在先前图14中所说明的处理程序大致同样的控制逻辑，只把所有各种指标m、v、s在频度图上的分析范围内的观测点上所获得的数据信息(与土壤的光学特性有关的信息)，视为具有高度可靠性的信息，把它存储在外部存储装置75中，以供更加详细地分析。
如上所述，借助于本实施例中的土壤特性检测装置10’，就能够连续而且稳定地取得与土壤观测面的凹凸状态的变化无关，而与土壤的光学特性或者热力学特性有关的，可靠性很高的数据信息。第三实施例下面，对本发明的土壤特性检测装置具体化的第三实施例，以与上述第二实施例之间的不同点为中心，进行说明。
第三实施例中的土壤特性检测装置，其基本硬件的构成大致与上述第二实施例相同。即，第三实施例中的土壤特性检测装置也在光学传感器容纳部分中具有土壤位移传感器，能够测定设置在该光学传感器容纳部分中的各种传感器与土壤观测面之间的距离。此外，该第三实施例中的土壤特性检测装置中，关于土壤特性的各种数据信息的综合处理，也可以使用与适用于第一和第二实施例中的装置基本相同的控制逻辑框图(参见7、图9、图10等)。
只是，该第三实施例中的土壤特性检测装置，具有根据土壤位移传感器的输出信号，把对土壤的传感部分(铲子的刃部)的进入角进行反馈控制的功能，这一点是与第一和第二实施例不同之处。
图16是表示把构成本发明的土壤特性检测装置第三实施例的一部分土壤切削部分及其周围的部件与计算机合并的模式的示意图。
如图16所示，该第三实施例中的土壤特性检测装置具有在台架13下面的驱动装置80，驱动装置80根据来自计算机150的指令信号进行操作。借助于使把一端支承在支杆51上的摇杆81作自由往复运动，来控制和驱动土壤切削部分50，以轴50a为中心作相对于台架13的摇摆运动，从而能调节传感部分52(铲子刃部53)相对于土壤的进入角β。计算机150根据设置在光学传感器容纳部分60内的土壤位移传感器(激光测距计)69的输出信号，使驱动装置80动作，对反馈的信息进行控制，使传感器69的受光部分与土壤观测面L2之间的距离(检测土壤光学特性的各种传感器61、62等与土壤观测面L2之间的距离)D3，保持最佳值。
这样，借助于本实施例中的土壤特性检测装置10”，连续而且而稳定地获得与土壤观测面凹凸状态的变化无关的，与土壤的光学特性和热力学特性有关的，可靠性很高的数据信息。
在图16中所示的构成中，是借助于调节传感部分52的进入角β，来使得距离D3为最佳数值的，但，也可以采用，例如，能控制台架13与地表面L1之间的距离变化的驱动装置等，以使距离D3为最佳数值。
此外，驱动装置80的驱动方式，可采用液压驱动方式，电动机驱动方式，以及其他各种驱动方式。第四实施例下面，以与上述第一到第三实施例例间的不同点为中心，本发明土壤特性检测装置具体化的第四实施例加以说明。
第四施例中的土壤特性检测装置，其基本硬件的构成大致与上述各实施例相同。此外，该第四实施例中的土壤特性检测装置在综合处理有关土壤特性的各种数据信息时，也可以使用与适用于上述各实施例中的装置基本相同的控制逻辑框图(参见图7、图9、图10等)。
包括第四实施例在内，本发明的各个实施例中的土壤特性检测装置使用如下构成，其具有能获得与土壤特性有关的数据信息，沿着土壤观测面以不同方式布置的许多传感器，并且，这些传感器将检测到的有关各种土壤特性的数据信息，个别地输送出去的装置。
在这里，实际上，各种传感器在任意时间点上个别地输出的检测信号并不是与土壤观测面上的同一个部位相对应。
例如，假定土壤观测面L2上的电器特性传感器和红外线传感器之间的距离是60cm，而传感部分的行进速度保持为30cm/秒。在此情况下，与红外线传感器在任意时刻输出的检测信号相对应的土壤观测面，是与电器特性传感器在2秒钟(60cm÷30cm/秒)之前输出的检测信号相对应的土壤观测面。
因此，在本实施例中的土壤特性检测装置中，根据在该装置中所设置的各种传感器的位置关系(正确的说，是成为各种传感器的检测对象的土壤的位置关系)，以及传感部分的行进速度，借助于计算出对同一个土壤式样所获得的各种数据信息的取得时间的差别，对数据信息进行分组，随时对同一个土壤式样的各种信息(与土壤特性有关的数据信息)进行综合和管理。也就是说，对存在于土壤观测面中的土壤的特性，和与铲子部分53的上表面53a的电极接触的土壤的特性，基本上是在大致为同一块土壤式样上检测的，所以能将其作为一组数据来管理。
下面，参照流程图，对上述数据信息进行成组处理的具体顺序加以说明。
图17是表示根据各种传感器的检测信号，对所取得的土壤特性信息进行综合处理用的处理顺序(程序)的流程图。按照该流程图的处理顺序，其中包含了借助于土壤特性检测装置10等计算机150进行处理的这一环节，例如，先前的基本程序(图7)中的步骤S104。
当按本程序进行处理时，计算机150首先在步骤S501中引进根据光学传感器60的各种传感器的检测信号的数据信息。
在步骤S502中，根据光学传感器容纳部分60和铲子部分53之间的位置关系，和传感部分的行进速度，计算出所取得的数据信息的延时。
在步骤S503中，考虑到上述步骤S502中计算出来的时间，从根据电器特性传感器57和土壤硬度传感器100的检测信号的数据信息的来历，筛选出与根据光学传感器容纳部分60内的各种传感器的检测信号的数据信息相对应的数据信息。然后，把与两种数据信息作为与同一块土壤试样有关的数据信息分组化，进行汇总管理。
这样，即使因为传感器元件的配置，或者因为作为实际检测对象的土壤面(例如，土壤切削面与土壤观测面L2之间的差别)不同，使得在任意时段内所检测的土壤试样(检测对象)不同时，作为有关各种土壤特性的数据信息的集合，也能确实取得与大致为同一块土壤试样相对应的数据信息，并对其进行汇总管理。
也可以使用能调节各传感器取得数据的开始时刻的控制结构，以便相对距离不同的各种传感器对同一个试样进行检测，以此来代替按照上述程序的控制结构。
此外，如图18中的铲子部分的俯视图中所示，也可以在铲子部分53的上表面53a上设置围绕着绝缘部件的两种电极55a、55b，采用能检测出这两个电极之间的土壤导电率和介电常数的装置构成，以此来代替把铲子部分53的上表面53a作为电极使用的，上述各种实施例中的电器特性传感器57的构成。
此外，同样，如图19中的铲子部分的俯视图所示，在铲子部分53的上表面53a上设置了周围围着绝缘材料的4种电极55c、55d、55e、55f，并把一对电极作为检测电压的端子(例如，电极55c、55d)使用，把另一对电极作为电流检测端子(例如，电极55e、55f)使用，也可以用这四个端子来检测土壤的电器特性。
又如图20中的支杆局部侧视图所示，沿着支杆51的外周(在土壤中的不同深度上)，排列各个周围用绝缘材料51a、51b、51c、51d包围的电极51e、51f、51g、51h，可以利用这些电极来构成检测不同深度上的土壤电器特性的装置。
如上所述，按照本发明，可以把在任意观测点上检测到的作为与土壤特性有关的检测值的多个数据，作为与同一个土壤试样相对应的信息，对其进行正确而且高效率的综合。于是，除了能显示出广大的区域内的土壤特性在地理上的分布情况之外，还能高效率地收集用于绘制有极高的代表性的数据图起决定作用的信息。
权利要求
1.一种观测土壤特性的土壤特性观测装置，其特征在于，它包括下列各种装置能使切削面接触到任意深度的土壤，在对土壤边切削边行进中，在上述切削面行进方向的反方向上形成观测空间的土壤切削装置；检测装置；距离识别装置；以及距离对应装置，上述检测装置检测位于上述观测空间与土壤的界面上的观测面的土壤特性，上述距离识别装置识别从上述检测装置到上述观测面之间的距离，上述距离对应装置根据上述距离识别装置所识别的距离，使上述检测装置处理所检测到的有关土壤特性的信息。
2.如权利要求1所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述距离对应装置具有根据上述距离识别装置所识别的距离，识别上述观测面的凹凸状态的凹凸状态识别装置；根据上述凹凸状态识别装置所识别的凹凸状态，对用上述检测装置所检测到的有关土壤特性的信息进行分组的分组处理装置。
3.如权利要求1所述的土壤特性观测装置，其特征在于，在上述检测装置所检测到的土壤特性中，包含根据来自上述观测面的反射光的光学特性。
4.一种观测土壤特性的土壤特性观测装置，其特征在于，它包括下列各种装置使其切削面接触到任意深度的土壤，对土壤边切削边行进的土壤切削装置；以及检测装置，上述检测装置检测与上述切削面接触的土壤的电气特性。
5.如权利要求4所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述检测装置具有露出在上述切削面上，并且相互之间绝缘的至少一对电极。
6.如权利要求5所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述检测装置具有能向上述一对电极加载规定频率的交流电压的电压加载装置。
7.如权利要求6所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述加载电压的装置具有在上述一对电极上加载规定频率的交流电压的第一电压加载装置；以及在上述同一对电极上加载其频率与第一电压加载装置所加载的交流电压不同的交流电压的第二电压加载装置。
8.一种观测土壤特性的土壤特性观测装置，其特征在于，它包括下列各种装置使切削面能接触到任意深度的土壤，对土壤边切削边行进的土壤切削装置；以及检测装置，上述检测装置在上述土壤切削装置行进的过程中，能检测出与行进方向相对的一面上的作用力。
9.一种观测土壤特性的土壤特性观测装置，其特征在于，它包括下列各种装置能使切削面接触到任意深度的土壤，在对土壤边切削边行进中，在上述切削面行进方向的反方向上形成观测空间的土壤切削装置；检测装置；检测条件识别装置；以及分组信息制作装置，上述检测装置至少检测下列土壤特性中的一种位于上述观测空间与土壤的界面上的观测面的土壤特性，或者与上述切削面接触的土壤特性，上述检测条件识别装置在上述检测装置检测多种土壤特性的过程中识别其检测条件，上述分组信息制作装置根据用上述检测条件识别装置所识别的检测条件，对上述多种土壤特性制作与大致相同的土壤试样相对应的数据信息组。
10.如权利要求9所述的土壤特性观测装置，其特征在于，在由上述检测条件识别装置所识别的检测条件中，包含检测上述多种土壤特性的时刻，以及上述土壤切削装置的行进速度。
11.如权利要求9所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述检测装置对上述观测面上存在的土壤的特性，以及与上述切削面接触的土壤的特性都进行检测。
12.如权利要求11所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述检测装置从大致相同的土壤试样中检测上述存在于观测面上的土壤的特性，和与上述切削面接触的土壤的特性。
13.如权利要求12所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述土壤特性观测装置具有比较装置，上述比较装置能根据上述观测面上的土壤的特性和与上述切削面接触的土壤的特性至少一种的特性，对另一种特性的可靠性进行比较。
14.如权利要求1所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述土壤特性观测装置还具有通信装置；以及处理装置；上述通信装置获得关于本土壤特性观测装置现在所处的位置的信息，作为来自外部的通信信息；上述处理装置把上述通信信息与上述检测装置所检测得到的土壤特性作为相互关联的数据信息进行处理。
15.如权利要求4所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述土壤特性观测装置具有通信装置；以及处理装置，上述通信装置获得关于本土壤特性观测装置现在所处的位置的信息，作为来自外部的通信信息；上述处理装置把上述通信信息与上述检测装置所检测得到的土壤特性作为相互关联的数据信息进行处理。
16.如权利要求8所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述土壤特性观测装置具有通信装置；以及处理装置，上述通信装置获得关于本土壤特性观测装置现在所处的位置的信息，作为来自外部的通信信息；上述处理装置把上述通信信息与上述检测装置所检测得到的土壤特性作为相互关联的数据信息进行处理。
17.如权利要求9所述的土壤特性观测装置，其特征在于，上述土壤特性观测装置具有通信装置；以及处理装置，上述通信装置获得关于本士壤特性观测装置现在所处的位置的信息，作为来自外部的通信信息；上述处理装置把上述通信信息与上述检测装置所检测得到的土壤特性作为相互关联的数据信息进行处理。
18.一种土壤特性的观测方法，其特征在于，它包括下列步骤使切削面接触到任意深度的土壤，在对土壤边切削边行进中，在与上述切削面行进的方向相反的一侧形成观测空间；根据从上述检测装置到上述观测面之间的距离，对用检测装置所检测到的，与位于上述观测空间与土壤的界面之间的观测面的土壤特性有关的信息进行处理。
19.一种土壤特性的观测方法，其特征在于，使切削面接触到任意深度的土壤，在对土壤边切削边行进中，检测出与上述切削面接触的土壤的电气特性。
20.一种土壤特性的观测方法，其特征在于，使切削面接触到任意深度的土壤，在土壤边切削边行进中，检测出作用在与上述切削面的行进方向相对的另一面上的力。
全文摘要
本发明的目的是提供一种土壤特性的检测装置，它能够高效率地取得农场内有关土壤特性的分布情况的，高精度的数据信息，对农场进行统筹管理。本发明的土壤特性检测装置的构成包括下列装置连接在拖拉机后部的台架；装载在台架上的控制部分(计算机)；安装在台架后端下部的土壤切削部分50，借助于拖拉机之类的车辆的牵引，能对农场内土壤特性的分布进行实时检测。在控制部分的上方安装有GPS天线。土壤切削部分50具有支承和连接在台架下部的支杆51，以及固定在支杆51的下部，能在土壤中预定的深度上大致水平地行进的传感部分52。控制部分能对作为检测对象的土壤特性，以及布置方式各不相同的传感器57、61、62、63、64、100等所检测到的信号，制作成与同一个土壤试样相对应的数据信息的信息组。
文档编号G01V11/00GK1396452SQ0214017
公开日2003年2月12日 申请日期2002年7月4日 优先权日2001年7月6日
发明者涩泽荣, 大友笃, 平子进一 申请人:涩泽荣, 欧姆龙株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
