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土壤粗糙度仪的制作、粗糙度试验测量及图片数字化
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均方根高度（RMS Height）和相关性长度（Correlation Length）是描述土壤粗糙度的两个主要参数。因此，试验目标就是通过实地测量土壤表层的高度起伏，来求取以上两个参数。本次试验采用直接接触法测量土壤剖面起伏，直接接触式测量的优点是仪器制作材料易得，制作过程简单，测量结果可达到较高的精度（1~2mm）。
1. 土壤粗糙度仪的制作
1） 刻度板购买
首先，需要找到一个带有刻度的板子，板子长度1米左右为宜。这里，我们选用可得优A1尺度刻度板（长87cm × 高60cm），某东可购：https://item.jd.com/16504647841.html，89元。
可得优刻度板（A3）
2）制作工具
长度4米的木条一根（3cm×2cm），松木为宜，轻重合适，结实耐用，当地的五金店一般有售，成本，~10元；
截取木条的钢锯，五金店、网上皆有售，成本~15元；
固定切割板的螺丝钉，20mm为宜，30个左右，成本~10元；
一字（6个）和直角（4个）角码，用于固定木架，成本~10元；
免钉胶，用于粘合木板和切割板，成本~20元；
3）需要注意的问题
去除切割板上方没有刻度的部分（小刀或钢锯），这样可以更好地将刻度板埋入土壤中；
根据切除后的切割板尺寸，截取木条，制作固定框架（建议两横三竖），并使用钉子和角码固定；
将免钉胶涂在框架上方，粘和刻度板后，再使用钉子固定；
2. 试验测量
1）测量时需要的仪器，制作好的粗糙度测量板，水平尺（某东上有售：https://item.jd.com/11846748666.html，75元内），照相机（最好带有三角架）；
2）在田间测量粗糙度时，测量板下侧应充分埋入土中，同时，使用水平卡尺使测量板保持水平和垂直；
3）照相时，应尽量使相机的格网线和粗糙度的横线保持水平，照相距离保持在1~2m；
3. 数字化测量结果
完成照片拍摄后，如何完成数字化，获取较高精度的高度数据也十分重要。本实验中，数字化工作在matlab中编程完成，数字化过程简单，易操作。程序的主要步骤如下：
1) 读取图片，鼠标输入两个点，确定作图区域，放大后的图如下；
2) 然后利用鼠标，沿测量板的某条横线画点（从0cm开始，87cm处结束，中间可任意刻画），描述图片的水平变形（拍摄时相机不水平）；
3) 然后利用鼠标输入两点，两点垂直分布，距离为1厘米，以计算每厘米代表的像素数；
4) 然后利用鼠标描述土壤剖面的变化，横向间隔可大可小，建议每厘米输入一个，注意：从0cm处开始，87cm处结束；
5) 根据高度随水平的变形数据、每厘米代表的高度值，计算鼠标输入土壤剖面代表的高度值；
6) 具体计算程序如下，有问题发邮箱，zhuyongchao10@163.com
clear, clc
% 图片所在文件夹路径，可修改
dir = 'E:\土壤粗糙度\20171014_1st_selected\';
filename = uigetfile('*.JPG','Pick a file',dir);
roughness_picture = importdata([dir filename]); % 导入数据
%% 选出画图区域，并放大至该区域
% 获取屏幕分辨率
screensize = get(0,'ScreenSize');
% 最大化图片
figure('position',screensize)
imagesc(roughness_picture);
% 输入两点确定画图区域
uiwait(msgbox('请选择输入两个点，以确定画图区域'));
p = ginput(2);
% 放大区域的四个角
sp(1) = min(floor(p(1)), floor(p(2))); %xmin
sp(2) = min(floor(p(3)), floor(p(4))); %ymin
sp(3) = max(ceil(p(1)), ceil(p(2))); %xmax
%% 1. 读取图片
sp(4) = max(ceil(p(3)), ceil(p(4))); %ymax
% 获取该区域数据并显示图像
MM = roughness_picture(sp(2):sp(4), sp(1): sp(3),:);
imagesc(MM);
%% 确定照片倾斜度
uiwait(msgbox('请沿土壤轮廓上方的横线画点，以描述图片变形！'));
% 第一个点从0点起，最后一个点在87结束，中间可以任意n个点
[x_pix1,y_pix1] = ginput();
% 插值为88个点（0-87）,方法为样条函数
x_intp = x_pix1(1):(x_pix1(end)-x_pix1(1))/87:(x_pix1(end));
y_intp = interp1(x_pix1,y_pix1,x_intp,'spline');
%% 请输入两点以确定，每厘米代表的高度值
uiwait(msgbox('请输入两点，以确定每厘米高度代表的像素值'))
[x_pix3,y_pix3] = ginput(1); % 起点(0,N)
[x_pix4,y_pix4] = ginput(1); % 终点(87,N)
% 每厘米高度代表的像素数
pixs_perH = abs((y_pix4 - y_pix3));
%% 输入土壤剖面：第一个点为0，最后一个点为87
% 数字化土壤剖面，可任意间隔画点，建议每厘米画一个点
uiwait(msgbox('输入土壤剖面：从第一行，最后一行结束'))
[x_pixs,y_pixs] = ginput;
%% 调整照片倾斜度，并转化为高度值，注意：高度值计算以地上剖面最低点为0点，而非刻度板的0点
% 计算每厘米长度代表的像素数,板子长为87厘米
pixs_perL = (x_pixs(end) - x_pixs(1))/87;
% x轴像素换算为长度
x_lengths = (x_pixs - x_pixs(1))/pixs_perL;
% 调整像素高度变形
y_intp2 = interp1(x_intp,y_intp,x_pixs,'spline'); % 获取输入点对应的y轴变形
y_dif = y_intp2(1:end) - y_intp2(1); % 不同点处的变形（相对0点）
y_pixs_ad = y_pixs - y_dif; % 修正变形后的像素高度值
% y轴像素换算为高度值(cm)，以土壤剖面最低点为0点
y_heights = -(y_pixs_ad - max(y_pixs_ad))/pixs_perH;
figure('position',screensize)
plot(x_lengths,y_heights)
%% 保存数字化结果
dir_result = [dir,'20171014_results\']; % 结果保存文件
if ~isdir(dir_result)
mkdir(dir_result)
end
save([dir_result filename(1:end-4),'.mat'],'x_lengths','y_heights')
https://blog.sciencenet.cn/blog-3367669-1081495.html
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