土壤表面粗糙度检测

土壤表面粗糙度是土壤受风、水侵蚀等的关键因素，是表征土壤表面微地貌的一项重要指标，与土壤本身水分入渗速率、地表径流、日光照射反射率、蒸发速度及土壤侵蚀等密切相关。土壤表面粗糙度还影响微波后向散射，是微波遥感数据反演土壤湿度的重要参数。诸多地表水文、水力及微波遥感反演土壤湿度研究需要在野外条件下，高效、准确地检测不同状态土壤的表面粗糙度。土壤粗糙度对农业种植意义更为深远，精细平整的土地，能大幅地节约灌溉用水，提高肥料的利用率和抑制杂草的生长，达到低成本高收益的目的。作为农业大国和水资源贫乏国家，发展规模化和精细化农业、节水农业都离不开土地平整技术，关键在于土壤表面粗糙度的检测。

土壤表面粗糙度检测方法可根据检测维度与使用传感器类型进行区分。按检测维度分为二维( 2D) 土壤轮廓检测与三维( 3D) 检测( 通常运用常规光栅检测土壤高程点) 。2D 检测设备简便( 如链条) ，检测数据求取快，广泛运用在田间现场检测，尽管其表征土壤表面特征与有效物理意义不大。3D 检测考虑土壤物理表面参数估算，更真实地表征土壤表面粗糙度情况。按检测使用传感器类型可分为接触式检测方法和非接触式检测方法。接触型检测方法主要有探针法( Pin Meter ) 、剖面版法 及链条法( Roller Chain) 。非接触型检测方法主要有激光扫描法 ( Laser Scanner )、摄影检测法( Photogrammetry) 、超声波、图像阴影法、红外线及卫星雷达等。接触型检测方法的主要缺点是检测过程会使土壤表面轮廓产生变化，特别是对松散潮湿土壤表面; 同时其检测的分辨率也十分有限，通常垂直方向分辨率为1 ～ 2mm，水平方向分辨率为20 ～ 25mm。

当前线性激光扫描法已经广泛运用在非接触式表面粗糙度检测中，其检测分辨率可达到土壤侵蚀过程特征长度甚至更小( 垂直方向0. 1 ～ 0. 5mm，水平方向 0. 1 ～ 2mm) 。立体摄影检测法能快速获取检测数据，但对硬件、软件要求高，需要漫长计算机数据处理过程，只在合适分辨率范围( 垂直方向> 2mm，水平方向> 2mm) 使用。卫星雷达检测方法目前尚处于试验阶段，但能解决土壤粗糙度的大面积检测问题。