土壤元素浓度的田地测量制造技术

在一个实施例中，公开了一种用于实时测量田地中的土壤元素浓度的系统。该系统包括耦合到移动性组件的提取装置，该移动性组件被配置为在农田中移动该系统。该提取装置被配置为当移动性组件正在操作时从与移动性组件耦合的土壤探测器连续地接收多个土壤样本。提取装置包含作为土壤样本的溶剂的提取剂溶液。此外，提取装置包括混合器，该混合器被配置为将土壤样本与提取剂溶液混合，从而形成溶液混合物。该系统还包括耦合到提取装置的化学传感器，该化学传感器被配置为测量溶液混合物中的土壤元素的浓度水平。另外，该系统包括耦合到化学传感器的处理器，该处理器被配置为在提取装置接收到土壤样本之后并且提取装置接收连续的土壤样本之前计算多个土壤样本中的每个土壤样本中的土壤元素的浓度水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】土壤元素浓度的田地测量版权声明本专利文件的一部分公开内容包含受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人以专利和商标局专利文件或记录中出现的方式对专利文件或专利公开进行传真复制，但在其他方面保留所有版权或任何权利。2015-2018Climate公司(克莱米特公司)。
本公开涉及土壤含量测量，并且具体涉及田地中的土壤元素浓度的实时测量。
技术介绍
本节中描述的方法是可以采用的方法，但不一定是先前已经设想或采用的方法。因此，除非另有说明，否则不应仅由于将本节中描述的任何方法包括在本节中而将其假定为现有技术。种植者受益于健康的土壤。保持健康的土壤常常包括准确跟踪土壤中的养分(诸如硝酸盐)的量。土壤中的硝酸盐或另一类型养分的量可以随田地内的位置、采样时间、环境条件或土壤物理特性而变化，其中土壤类型、湿度和温度尤其产生显著影响。一种用于测量特定土壤元素的浓度水平的常用方法包括从田地中收集土壤样本，将该土壤样本送到实验室，以及在几天乃至几周之后从该实验室收到浓度水平的测量结果。然而，由于上面提到的各种因素，浓度水平可以随时间过去而快速改变。例如，在从田地到实验室的运输期间，硝酸盐的量预计会减少几倍。因此，从实验室获得的测量结果可能未准确反映特定土壤元素在土壤样本被获取时的浓度水平。
技术实现思路
所附权利要求可以用作本公开的
技术实现思路
。附图说明在附图中：图1示出了被配置为执行本文描述的功能的示例计算机系统，该示例计算机系统在田地环境中与该系统可以与之进行互操作的其他装置一起示出。图2示出了当示例移动应用程序被加载以供执行时主存储器中的指令集的示例逻辑组织的两个视图。图3示出了编程的过程，通过该过程，农业智能计算机系统使用由一个或多个数据源提供的农艺数据来生成一个或多个预先配置的农艺模型。图4是示出了可以在其上实现本专利技术的实施例的计算机系统的框图。图5描绘了数据输入的时间线视图的示例实施例。图6描绘了数据输入的电子表格视图的示例实施例。图7示出了由移动土壤分析系统执行的收集并分析田地中的土壤样本的示例过程。图8示出了示例移动土壤分析系统。图9示出了示例提取装置和化学传感器。图10A-10C示出了将示出溶液混合物中的累积浓度水平的数据转换成单独土壤样本中的浓度水平。图11示出了由处理器(诸如应用或设备控制器)执行的控制移动土壤分析系统实时确定土壤样本中的土壤元素浓度的示例过程。具体实施方式在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其他情况下，以框图的形式示出了公知的结构和设备，以避免不必要地使本公开不清楚。在根据以下概要的各部分中公开了实施例：1.总体概述2.示例农业智能计算机系统2.1.结构概述2.2.应用程序概述2.3.计算机系统的数据摄取2.4.过程概述—农艺模型训练2.5.土壤分析2.6.实现示例—硬件概述3.移动土壤分析系统3.1系统概述3.2实时土壤提取、感测和测量单元*1.总体概述公开了一种用于实时测量田地中的土壤元素浓度的移动土壤分析系统。该系统的应用包括秋季土壤养分分析以及播种时(早春或晚春)和生长季节期间的土壤化学分析。在一个实施例中，该系统包括可以接收连续的土壤样本并实时测量每个土壤样本中的目标土壤元素(诸如硝酸盐或氮)的浓度水平的装置。该装置可以包括：用于容纳提取剂溶液的盒，用于将土壤样本混合到该提取剂溶液中的自动混合器，用于测量混合物中的目标土壤元素的浓度水平的选择性化学传感器，以及用于根据传感器数据来计算每个土壤样本中的目标土壤元素的浓度水平的处理器。该系统还可以包括：移动性组件，其允许跨田地应用该系统；土壤探测器，用于在该系统行进时收集连续的土壤样本；以及位置传感器，用于跟踪土壤收集位置或其他位置数据。该系统可以在几秒钟内完成从收集土壤样本到确定目标土壤元素的浓度水平的过程，并且可以立即重复该过程。给定位置数据、预期的产量水平或其他附加数据，处理器还可以被配置为产生关于实时调整土壤目标元素的浓度水平的建议。在一个实施例中，公开了一种用于直接测量土壤中的硝酸盐(氮)的实时动态(on-the-go，“OTG”)分析方法，该方法由以下装置组成：包含提取液的盒状装置；自动混合器；以及选择性传感器，用于跨田地以顺序方式测量目标化学物质养分(即，硝酸盐/氮)。用于从取得(一个或多个)样本之处捕获GPS坐标以及被测量的硝酸盐的数据系统被链接到自动计算器软件，该软件伴随着输入从取得样本之处检测到的硝酸盐/氮的量和GPS坐标将允许触发种植特定作物所需的肥料的特定施加。在一实施例中，这样的OTG装置和方法允许在穿过田地的同时快速估计土壤硝酸盐(氮)的量。输出数据可以用于随后针对农户感兴趣的作物来定制地点特定的肥料/硝酸盐(氮)施用计划。整个系统包括：移动的车辆，用于跨田地搭载和运输整个装置；自动的土壤探测器，用于在定义的土壤深度处从田地中收集目标样本；盒状设备，其具有指定体积的一个或多个提取剂溶液；选择性化学传感器，用于硝酸盐、氮或其他化合物或元素并用于快速测量特定土壤化学养分；GPS系统，用于捕获取样的位置；以及计算机，其具有用于控制样本收集、所测量的目标分析物、存储数据和计算正在分析的田地的肥料施用量的控制软件。在一个实施例中，为了在收集土壤硝酸盐时对其进行动态测量，可拆装的盒状设备位于移动的车辆中。在一个实施例中，该盒状设备具有开口，该开口用于引入指定体积的目标土壤样本、引入传感器并用于具有自动混合器。此外，该盒状设备可包含指定体积的提取剂溶液，一旦目标分析物被引入并被选择性硝酸盐/氮传感器测量，该提取剂溶液就能够快速混合土壤并溶解目标分析物。为了分析几个土壤样本，该盒将被构建成具有指定的尺寸(例如，加仑容量)，该指定尺寸能够在相同体积的提取剂溶液中容纳连续数量的土壤样本。当跨田地移动时，可以将该盒状设备安装在车辆中。此外，上述系统将耦合到计算机和软件系统，以操作该方法、收集测量数据并捕获取得(一个或多个)样本中的每个样本之处的GPS坐标。这样的系统将提供在取样的田地区域中存在的养分量作为输出，并且该输出可以触发警报，该警报用信号通知是否同时添加指定量的肥料以补偿种植具有定义目标产量的特定作物所需的养分目标量。在一个实施例中，土壤测量系统包括：移动的车辆，以跨田地装载和运输盒状设备；一个或多个土壤探测器，用于在定义的土壤深度处从田地中收集目标样本；盒状设备，其具有指定体积的一个或多个提取剂溶液；选择性化学传感器(例如，硝酸盐/氮传感器)，用于快速测量特定土壤化学成分；GPS，用于捕获取样的位置；以及计算机，其具有用于控制整个操作(样本收集、目标分析物测量和存储数据)的定制软件。在一些实施例中，移动土壤分析系统使种植者能够在许多田本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在系统穿过农田时测量所述农田中的土壤元素浓度的系统，包括：/n提取装置，其耦合到移动性组件，该移动性组件被配置为在所述农田中移动所述系统，/n所述提取装置被配置为当所述移动性组件正在操作时从耦合到所述移动性组件的土壤探测器连续地接收多个土壤样本，/n所述提取装置包含作为所述土壤样本的溶剂的提取剂溶液；并且/n所述提取装置包括混合器，该混合器被配置为将所述土壤样本与所述提取剂溶液混合，从而形成溶液混合物；/n化学传感器，其耦合到所述提取装置，所述化学传感器被配置为测量所述溶液混合物中的土壤元素的浓度水平；/n处理器，其耦合到所述化学传感器，所述处理器被配置为在所述提取装置接收到所述土壤样本之后并且在所述提取装置接收连续的土壤样本之前，计算所述多个土壤样本中的每个土壤样本中的土壤元素的浓度水平。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171003 US 15/723,1771.一种用于在系统穿过农田时测量所述农田中的土壤元素浓度的系统，包括：
提取装置，其耦合到移动性组件，该移动性组件被配置为在所述农田中移动所述系统，
所述提取装置被配置为当所述移动性组件正在操作时从耦合到所述移动性组件的土壤探测器连续地接收多个土壤样本，
所述提取装置包含作为所述土壤样本的溶剂的提取剂溶液；并且
所述提取装置包括混合器，该混合器被配置为将所述土壤样本与所述提取剂溶液混合，从而形成溶液混合物；
化学传感器，其耦合到所述提取装置，所述化学传感器被配置为测量所述溶液混合物中的土壤元素的浓度水平；
处理器，其耦合到所述化学传感器，所述处理器被配置为在所述提取装置接收到所述土壤样本之后并且在所述提取装置接收连续的土壤样本之前，计算所述多个土壤样本中的每个土壤样本中的土壤元素的浓度水平。


2.如权利要求1所述的装置，所述混合器包括桨和被配置为使所述桨旋转的引擎，该引擎被配置为使所述桨以至少10rpm旋转，从而在一秒钟内完成将所述土壤元素提取到所述溶液混合物中。


3.如权利要求1所述的装置，所述提取装置被配置为以至少每小时十英里的速度，至少每10英尺的行程接收至少60克的土壤样本。


4.如权利要求1所述的装置，还包括：
所述移动性组件；
所述土壤探测器；
控制器，其被配置为控制所述混合器、所述移动性组件或所述土壤探测器的操作。


5.如权利要求1所述的装置，所述提取装置从所述移动性组件可拆卸。


6.如权利要求1所述的装置，所述化学传感器是离子选择电极(ISE)。


7.如权利要求1所述的装置，
所述土壤元素是硝酸盐，
所述化学传感器基本上不受氯离子的干扰。


8.如权利要求1所述的装置，所述化学传感器被配置为以在满量程的正负10％以内的再现性，在10秒内检测至少0.1到2,500ppm之间的浓度。


9.如权利要求1所述的装置，所述提取剂溶液包含抑制剂螯合剂以减少土壤干扰。


10.如权利要求1所述的装置，还包括：
位置传感器，其耦合到所述移动性组件，所述位置传感器被配置为针对所述多个土壤样本中的每个土壤样本生成地理坐标，
所述处理器将...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘淼，路易斯·尤拉多，
申请(专利权)人：克莱米特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US