在美国，土壤信息以航空照片的形式为公众所用，照片上叠加了封闭的 边界或者多边形，分别包围一个标记有编号的地理区域或者“土壤分布图单 元”，所述编号对应于特定的地下物质特性参考剖面，由美国农业部自然资源 保护局(USDA-NRCS)土壤勘测中确定，作为土系描述。对于超过百分之九十 的美国地理区域，目前可以获得这样的土壤勘测；而且对于美国和其它地理 区域，还可以得到其它类型的土壤特征图。在任意给定区域，可能有几个多 边形，每个多边形包围被编号的土壤分布图单元。平均来说，任意每100英 亩(0.4平方公里)地区，会有大约5.5个多边形。因为土壤地形图单元的编号 对应于特定性质的土壤类型和剖面，因此特定地区中的许多土壤分布图单元 可能有相同的标记。勘测中用一张表来把每个编号联系到土系名称，而对于 把每个土系名称，土壤勘测包含有典型土壤剖面的文本描述。例如，对应于 土壤分布图单元“152”的“Drummer(鼓手)系”的条目是下面这样的：
Drummer系包括很深、几乎水平、排水很差的土壤。这些土壤在排 水道中和在高地上宽阔平坦的地区。它们由粉质物质和下面层积的壤土 物质形成。
在典型剖面中，表层是大约18英寸厚的黑色和深灰色粉质粘壤土。 下层土大约有32英寸厚，是橄榄灰和灰到浅灰色并杂有深棕色的粉质粘 壤土。底层物质是灰色和深棕色的砂质粘壤土和粉壤土。
这些土壤是中等渗透性的，具有很高的可用含水量。表面排水和内 部排水非常缓慢，潮湿时土壤稳定性很低。在径流期，这些土壤受频繁 的水涝和洪水或者积水影响。季节性的地下水位深度小于2英尺。
如果充分进行瓦管排水，这些土壤非常适于行播作物(row crop)。频 繁的水涝和洪水或积水的可能，严重限制了大多数的其它用途。
Drummer粉质粘壤土的典型剖面，以SE1/4 sec.24，T.39N.，R.3E. 为东北角，南480英尺、西75英尺。
A11-0到11英寸，黑色(10YR 2/1)粉质粘壤土；中等、细和非常细， 颗粒结构；易碎；中性；缓变、平滑边界。
A12-11到18英寸，黑色(10YR 2/1)和深灰色(10YR 3/1)粉质粘壤 土；弱、细、次棱角形块状结构，分为中等、细、颗粒；易碎； 中性；缓变、平滑边界。
B21g-18到29英寸，橄榄灰色(5Y 5/2)粉质粘壤土；很少、细、微 弱、深棕色(7.5YR 5/6)斑点；中等、细、棱柱形结构，分为中 等、细、次棱角形块状；坚硬；中性；缓变、平滑边界。
B22g-29到50英寸，灰色到浅灰色(5Y 6/1)和深棕色(7.5YR 5/6)粉 质粘壤土；中等(moderate)、平均的(medium)、棱柱形结构； 坚硬；中性；骤变、平滑边界。
HC1g-50到60英寸，深棕色(7.5YR 5/8)和灰到浅灰色(5Y 6/1)砂质 粘壤土；大块；易碎；弱碱性；骤变、平滑边界。
HC2g-60到78英寸，灰到浅灰色(5Y 6/1)和微粉红灰色(5YR 6/2)、 棕色到深棕色(7.5YR 4/4)和灰到浅灰(7.5YR 6/0)粉质壤土；大 块；易碎；中度碱性。
A地层厚度范围为8到20英寸。B地层厚度范围为15到40英寸， 下部质地为从粉质粘壤土到粘壤土。从中性到弱碱性。C地层从壤土到 粉质壤土到砂质粘壤土。
Drummer土壤与Peotone和Flanagan土壤有关。其A地层比Peotone 土壤薄，排水比Flanagan土壤差。
这个基于文本的土系描述包括来自位于美国某处的典型剖面的土壤质地 记录的信息。对于估计位于美国或其它地方任意某处、属于该土系(在这个例 子中是Drummer系152号)的任意土壤分布图单元的土壤特性，这种土壤类 型和剖面信息是很有用的。
这些典型剖面描述通常是从表面下到约60到80英寸(150到200厘米)， 并包括对地层或土层的描述。对每个典型土壤地层，给出了有关地层深度和 厚度以及土壤属性的信息。这一数据是这种特定类型的土壤在典型情况下平 均看起来是什么样的最好表现。这样，在任意给定位置，这种特性信息同实 际边界层深度和厚度，以及在某种程度上同每个边界或地层内的土壤成分和 类型，会存在差别。为了更好地对土壤分类，以进行精确管理应用，有时有 必要表征某场地内特定土壤分布图单元中，以及该场地包含的所有其它土壤 分布图单元中的实际深度、厚度和成分。
目前，美国大约百分之六十的USDA-NRCS多边形可以以数字格式获取。 在这些情况中，土壤分布图单元边界及其地表位置能从可通过互联网访问的 数据库，或者光盘只读存储器，或者其它数据存储器件下载。在一些情况下， 航空照片也能以数字格式获得。然而，土系的文本描述现在只能以文本格式 获取，这种格式人能够读和看，但是不能以数字形式方便地与样品或者探测 器数据进行比较。而且，由于与特定土系关联的描述几乎总是来自在远离正 在进行绘图的实际区域多边形的地方得到大的典型土壤记录，因此会导致各 种误差。
USDA-NRCS负责以称为第二级勘测的比例对美国的土壤进行绘图。这 一般是在1∶24,000到1∶60,000的比例范围之间。通常认为，这种粗略的比例 对于高精度应用例如农业、湿地绘图、建筑、分水岭、高尔夫球场设计维护、 考古绘图、环境现场评估等等不是特别有用。需要有方法更准确地表征以前 整体上与USDA-NRCS勘测等中的指定地下物质特性参考剖面相关联的地理 区域中的地下情况，使得这样的数据库信息对于这些精确应用更加有用。
土壤地层深度和厚度以及其性质在一个地域(landscape)里，甚至在一个 给定场地中，都可能有巨大变化。如果要评估给定场地或者地区的关键土壤 性质，例如营养物和持水量或者含碳量，那么关键是要准确确定这些性质的 垂直和水平分布。当收集土样时，样品中分析的切片数目限制了这个位置的 土壤性质评估的垂直分辨率。这主要是由于与土样收集、准备、分析和记录 过程关联的高成本和时间消耗。一般地，在一个地域中只选择几个位置进行 岩心采样，并且从每个岩心中只移取几个样品切片进行分析。当试图在整个 地域对土壤性质的空间分布和体积进行建模时，这一受限的垂直土壤信息就 会导致误差。

根据本发明的一个方面，提供了一种用来表征以前整体上与特定地下物 质特性参考剖面相关联的选定地理区域中的地下条件的方法。该方法包括在 该地理区域中的选定位置部署探测工具，该工具构造为响应选定的地下物质 属性，并且利用从部署的工具接收的信号，在选定位置确定以深度为基准的 地下物质特性。确定的地下物质特性同与地理区域相关联的地下物质特性参 考剖面进行比较，来确定地下物质特性参考剖面与利用从部署的工具接收的 信号确定的以深度为基准的地下物质特性之间的相关性。
在一种方式中，该方法还包括通过考虑在所述选中位置确定的相关性， 来决定是否要在所述地理区域内另外一个位置部署工具。
在一些实施例中，该地理区域对应于地图上几个有界区域的拼接中的一 个有界区域，其中每个有界区域都有关联的地下物质特性参考剖面。例如， 在对于在美国进行地区勘测特别有效的方法中，地理区域包括单个土壤分布 图单元，该土壤分布图单元在USDA-NRCS土壤勘测图上描绘出来，并引用 了USDA-NRCS土壤勘测图给出的地下物质特性参考剖面。
在一些情况下，以深度为基准的地下物质特性包括作为深度的函数的土 壤性质的数字记录。在一些这样的情况中，比较确定的地下物质特性和与地 理区域相关联的地下物质参考特性剖面，还可以包括比较从土壤性质记录确 定的土层边界深度和从地下物质参考特性剖面确定的参考层边界深度。
对于一些应用，地下物质参考特性剖面包括数字参考剖面记录，该记录 包括至少约10个离散的、以深度为基准的数据点，其中的相关性包括指示数 字土壤性质记录和数字参考剖面记录之间相似程度的计算出的数值。
一些情况下，比较所确定的地下物质特性和与地理区域相关联的地下物 质参考特性剖面，包括从所确定的地下物质特性确定的选定深度的土壤质地 和从地下物质参考特性剖面确定的参考质地。
对于很多特别重要的应用，部署工具包括用该工具穿透土壤到至少6英 寸(15厘米)、最好是至少24英寸(60厘米)的深度。
该方法最好包括用带有全球定位系统的坐标系统，例如与工具部署系统 关联的GPS收发器，对选定位置进行地理定位。
在一些实施例中，以深度为基准的地下物质特性包括在选定位置的多个 深度取得的数据记录。
在一些情况下，该工具在原位响应从临近地下物质反射的光。在这样的 情况下，确定以深度为基准的地下物质特性最好还包括生成该地下物质的以 深度为基准的光栅化图像。例如可以当推动工具穿过地下物质时，收集临近 地下物质的一系列图像，并进行数字处理。
在一些应用中，该方法还包括当获取地域位置和高度时，横穿地理区域； 把位置和高度测量结合起来，形成数字高度模型；依照数字高度模型，调整 在几个探测位置中的每一处确定的地下物质特性的深度基准；然后把调整了 深度基准的地下物质特性结合起来，形成物质特性的三维地下模型。
在一些方案中，以深度为基准的地下物质特性包括有在选定位置的选定 深度获得的多个离散数据点。例如，选取所选定深度以对应于与该地理区域 相关联的地下物质特性参考剖面中所确定的土层。在一些情况下，离散的数 据点会根据地下物质特性参考剖面中包含的土层厚度而按高度分隔开。
在一些情况下，该方法包括根据地下物质特性参考剖面和以深度为基准 的地下物质特性之间的相关性，在选定地理区域中选择下一个工具部署位置。
在一些实施例中，该方法还包括在下一个工具部署位置部署地下工具； 根据从部署的地下工具接收的信号，确定第二个以深度为基准的土壤特性； 比较第二个以深度为基准的土壤特性同与该地理区域相关联的地下物质特性 剖面，来确定该土壤特性参考剖面与第二个以深度为基准的土壤特性之间的 另一个相关性；然后基于两个确定的相关性，在选定地理区域中选择第三个 工具部署位置。
在一些实施例中，土壤属性探测工具部署在地理区域中至少三个初始位 置，以确定每个初始位置的以深度为基准的土壤特性。所确定的土壤特性互 相比较，并同与地理区域相关联的地下物质特性参考剖面相比较，来确定各 个初始位置的以深度为基准的土壤特性之间的相关性，以及以深度为基准的 土壤特性与土壤特性参考剖面之间的相关性。最好是，根据各个初始位置的 以深度为基准的土壤特性之间的相关性，来选择选定地理区域中的下一个工 具部署位置。
在一些情况下，该方法包括根据在该地理区域中多个位置获得的以深度 为基准的土壤特性，生成土壤特性的三维模型。最好是，在数据采集过程中， 随着在该地理区域中附加位置生成数据，更新该模型，并以模型和/或与模型 相关的置信值或者误差估计作为确定附加探测需要的基础。例如，可以利用 点状克里格法估计技术，以数字方式生成该三维模型。
本发明另一个方面的特征在于一种在选定地理区域内表征地下条件的方 法，以前经过勘测在该区域内确定了离散地带，该区域对应于有相关土层描 述的参考土系，这些土层对应于各层共同的土系和土壤性质。该方法包括在 每个确定的地带中选择探测位置；在地理区域内的选定位置部署探测工具， 该工具构造为响应选定地下物质的属性；然后根据从部署的工具接收的信号， 在对应于参考土系描述中描述的层位置的离散深度，确定地下物质特性。
在一些应用中，该方法包括比较所确定的地下物质特性同参考土系描述 中列出的土层性质。
在一些特别有用的实施例中，土壤地带对应于USDA-NRCS土壤勘测图 中描绘出的单独的土壤分布图单元。
根据本发明的另一方面提供了一种生成单个土壤分布图单元中的一阶勘 测信息的方法，土壤分布图单元在USDA-NRCS土壤勘测图中描绘出来，在 USDA-NRCS土壤勘测中建立了与土壤分布图单元相关联的SMU内含物百分 比。该方法包括在土壤分布图单元中选择工具部署位置的初始数目，选定的 地表位置的初始数目确定为相关的SMU内含物百分比的函数；基于从部署的 工具接收的信号，在选定的地表位置部署地下属性探测工具，以生成地下特 性记录；确定对于所生成的地下特性记录来说共同的土壤边界层特征；在该 有界地区中的更多地表位置计算土壤边界层特征的期望深度，作为在三个选 定地表位置的土壤边界层特征的深度、以及选定地表位置和每个附加地表位 置之间的空间关系的函数。
在一些情况下，该方法还包括利用从部署的地下工具接收的信号，在每 个选定的位置，确定以深度为基准的土壤特性；把所确定的土壤特性同与土 壤分布图单元相关联的地下土壤特性参考剖面相比较，来确定土壤特性参考 剖面与选定位置的以深度为基准的土壤特性之间的整体相关性；通过考虑该 整体相关性，决定是否在土壤分布图单元中的另一个位置部署地下工具，来 确定以深度为基准的土壤特性。
在一些实施例中，选定工具部署位置的初始数目还作为已知的土壤分布 图单元地形信息、土地使用信息、过往农业产量信息或其它可获得的数据的 函数来确定。位置的初始数目可以自动选择，例如通过数据采集系统，但要 在工具部署之前通过用户输入进行修改。
本发明另一个方面的特征在于一种表征场地的地下性质的方法。该方法 包括把探测平台移到该场地，该探测平台有工具部署撞锤，用来使探头深入 场地选定位置的表土层，同时接收从探头返回的指示地下物质特性的信号； 把探测平台移动到场地边界上的多个点，来定义场地的周界；通过无线数据 链接，把探测平台连接到远程网络服务器；从探测平台上载基准地图分段数 据请求到远程网络服务器，该请求包含有所定义的场地周界的表示；通过无 线数据链接从远程网络服务器接收基准地图分段数据包，该数据包包括基准 地图数据库的分段部分，该数据库覆盖了包含该场地的地理区域，该分段部 分是在远程网络服务器响应从探测平台上载的地图分段数据请求而选定的范 围和位置；在该场地第一个选定位置把探头推进到表土层；记录从推进中的 探头接收的地下物质特性数据；通过把所记录的地下物质特性数据同来自基 准地图分段数据包的数据进行比较，来评估记录的物质特性数据。
在一些实施例中，基准地图分段数据请求还包括对通过表征地下性质获 得的数据的预期用途的指示。基于这个指示，远程网络服务器可以过滤要包 括在基准地图分段数据包中的信息。
在一些情况下，无线数据链接包括布置在场外的中间服务器。在这些情 况下，中间服务器接收并解释基准地图分段数据请求；响应该请求而在特定 网络图数据服务器中进行选择；从每个选中服务器下载相关基准地图数据库 的分段部分；生成基准地图分段数据包；然后下载基准地图分段数据包到探 测平台。
在一些实施例中，该方法包括，在记录从推进中的探头接收的地下物质 特性数据之后，作为第一个选定位置的接收数据的函数，确定在该场地中执 行的进一步的探测行动。
本发明的其它方面的特征在于配置为用于执行上述方法、数据分析、集 成和传送的系统、装置和计算系统。
本发明的各个方面比起现有方法，能够极大改善现场地下勘测效率。例 如，通过直接在现有地下和其它勘测数据上构建，能够减少现场探测时间。 而且，当探测计划、参考数据集成、探测器数据收集和分析在匆忙中(on-the-fly) 执行时，这些技术提供了特别的优势，许多情况下探测平台在现场只要一天 时间。在美国，这些方法还可以特别利用能方便获得的USDA-NRCS土壤勘 测作为探测计划的初始参考数据的部分。标准计算平台可以通过编程以半自 动的方式执行这些方法的许多方面，总体探测计划和坐标由经过训练的科学 家远程提供，所有现场探测由现场操作人员遵循简单指令来执行，更好地利 用人力资源。用户还能把实时探测器数据同选定场所的现有数据集成起来， 这样在表征该场所时增加了采样策略的灵活性。匆忙的物质采样程序能够有 利地同这里描述的数据采集方法集成起来。本发明的各个方面对精确应用尤 其适用，能够经济地产生精确农业、湿地绘图、建筑、分水岭评估、高尔夫 球场设计维护等所需要的勘测信息。
在附图及下面的描述中，陈述了本发明的一个或多个实施例的细节。根 据这些描述和附图以及权利要求，本发明其它特征、目的和优点将变得更加 清楚。

图1是叠加了USDA-NRCS土壤分布图单元多边形的航空照片。
图2说明利用移动探测车辆进行的场地数据采集。
图3用示意性地说明对特定场地可获取数据的采集。
图4说明从远程数据设施向探测平台集成和传送现有数据。
图5展示了场地的典型车载显示，显示出了探测车辆的位置和每个确定 土壤分布图单元中的初始探测位置。
图6显示来自土壤分布图单元中三个初始探测位置的部分记录结果，以 及源于USDA土壤勘测的部分参考记录。
图7是沿图6中的线7-7获得的地下截面视图。
图8说明用非侵入性探测器在场地上进行的往返移动，以绘制更精确的 土壤地带。
图9是图8的区域9的放大视图，显示了每个土壤地带的初始探测位置。
各个附图中相同参考符号指示相同元素。

首先参考图1，土壤拓扑信息显示在航空照片10中，其上叠加了封闭边 界或多边形12，每个都包围标记有编号的地理区域14或者“土壤分布图单 元”，所述编号对应于作为土系描述的USDA-NRCS土壤勘测所确定的一种特 定地下物质特性参考剖面。在这个覆盖了约1000英亩(4.0平方公里)的演示例 中，有几个多边形12，每个都界定了一个已编号的土壤分布图单元14。因为 土壤分布图单元的数字标记15对应一种特定特性的土壤类型和剖面，所以该 场地的很多土壤分布图单元有相同的标记。如图所示，这些多边形是不规则 形状的，这是在勘测时由局部拓扑和粗略采样所确定的。
图2说明了适于为该场所进行现场地下数据和其它可获得数据的收集的 探测车辆16。车辆16包括推进系统，用来把锥形土层穿透性确定仪(CPT)探 头17或其它侵入性探测器沿着选定的垂直或者有角度的路径推进到土壤中。 这些探头包含探测器18，在本行业中熟知，探测器用来响应各种土壤性质。 为地质工艺勘测配置的典型的CPT探头可包括尖端力加载单元18b和套管摩 擦加载单元18a，例如，沿着空隙压力探测器。在很多情况下，从这些探测器 来的信号经电地或无线地向上中继(relay)到达推进车辆16进行记录和分析。 可以使用土层穿透性确定仪探测器来测量或者导出土壤紧密程度、颗粒尺度、 颜色、有机物含量、湿度、温度和电阻率，以及其它化学和物理性质。一些 这样的探测器可以从不列颠哥伦比亚省温哥华市环境探测器公司 (Environmental Sensors，Inc.of Vancouver，British Columbia)获得。除了这些地 下部署的探测器之外，车辆16还装备有非侵入性探测器20，用于不对土壤 造成影响而获得实时地下图像。例如，探测器20可以包括电磁和地面穿透雷 达探测器，能够探测粘土透镜21和层间边界等地下结构。车辆16上的车载 数据采集系统19收集来自所部署的探测器18和20的数据，使来自地下探测 器的数据与深度计22确定的深度相关联，并使所有数据都与车载全球定位系 统(GPS)24确定的地理位置相关联。车载数据采集系统还能够把从探测器收 集的数据同该处的现有数据集成起来，和/或把原始或者处理过的数据通过移 动电信链接进行中继。
参照图3，车辆16部署在要准确绘制关于地下特性的地图的场地16中。 图示的场所边界28围住了在相关土壤勘测上确定的几个不同土壤分布图单 元14的部分，每个土壤分布图单元有一个数字标记(只显示出了土壤分布图 单元14中的标记“152”)，用来指示对应于特定土系的土壤分布图单元。
刚到达场地26时，负责对该处进行绘图的现场操作人员最好已经能够访 问该处现有的任何数据，包括USDA-NRCS土壤勘测和以前获取的数据。例 如，这些数据可以存储在探测车辆16上的车载计算机中，存储在场地边界之 外，例如支援车辆30上并在需要时通过无线通信31发送到探测车辆16，或 者利用互联网连接34或者无线传输来从远程计算机32下载。在一些情况下， 探测车辆16上有车载无线调制解调器，或者卫星收发器，用于在探测车辆数 据采集系统和远程数据库36之间例如通过互联网，建立直接的电信链接。位 于探测车辆16上面或者其附近的GPS器件利用绕地轨道上的一系列全球定 位卫星38确定的探测车辆16的地理位置被转发出去，远程计算机32从各个 建成的数据库36请求现有的场地数据。该数据可以包括例如NRCS土壤勘测 或者其它土壤分布图、农作物产量、数字高度模型、卫星图像、航空照片、 正纠正(orthorectified)航空照片、地质勘测、土壤和水探测信息、土地使用记 录和历史以及场地和性质边界。在一些情况中，通过首先围绕要绘图的区域 驾驶探测车辆16，同时用GPS系统记录边界标志，来现场初始确定场地边界 28。然后将可获得的数据用在探测车辆16上、场地支援车辆30上或者远程 计算机32上包含的软件进行汇编，形成反映关于场地26的已知信息的集成 数据库。
在一些情况下，在给定时间会有不止一辆探测车辆16部署在场地内，以 提高探测和采样效率。探测车辆可以全都执行同样类型的任务，也可以各自 装备以执行特殊的任务，每辆最好都和单个远程车辆30或计算机32协同工 作。虽然探测车辆可以是轮式或者履带式的移动平台，但是一些情况下它包 括一套仪器和探测器，由探测操作人员装在背包中携带，或者用推车或者雪 橇推动。
参考图4，细化或者改善场地26的土壤分布图的一种有效的过程的重要 的部分在于，把来自各种可访问来源的现有数据收集并集成起来。因为这些 数据是以不同格式表示的，有不同的坐标系统，所以这些数据的集成需要进 行精确转化和叠加。远程计算机32(或者在其它情况下，探测车辆26或者场 地支援车辆30上的计算机)的一项功能就是，把来自不同数据库(例如位于全 国各处的政府和个人服务器上)的所有数据转化成一种优选的场地坐标系统。 USDA土壤勘测多边形最开始是在每个州的坐标参考系统上标注(reference) 的。因此，理想地，在集成时平移多边形位置，来实现从原始航空地图到GPS 地理参考数字多边形地图的转换。
USDA土壤勘测和其它数据库信息往往是存储在不易重复下载到该场地 中的大型文件里。因此，最好是在将这种数据传送到现场操作人员之前，利 用场地边界来裁剪可获得的数据库信息，减少到只有对应正在处理的场地的 那一部分。这种“裁剪发送”方法要求，要么有带有足够计算机资源的远程 坐标设施参与，来远程执行这种数据裁剪，要么有数据库接口允许传输请求 中的精确边界限制。无论哪种方式，这种方法都能把一部分是图像格式的大 量数据更加容易地传输到场地。在一种应用示例中，探测车辆16上的现场操 作人员将场地边界和需要的数据类型信息发送到远程计算机设施32，该设施 对已经从各个环球网服务器为整个地区下载的数据进行裁剪，把这些数据参 照场地特定的坐标系统进行集成，然后在几分钟之内或者当现场操作人员正 忙于安装地下数据采集设备来进行第一次推进时，把裁剪并集成的数据包35 发送给现场操作人员。在所示过程中，中央处理设施接收现有数据例如来自 几个来源37的USDA土壤勘测多边形地图和数字高度模型，按能够叠加的 需要对坐标基准进行平移39，裁剪41对现有数据文件中对应于探测区域的 部分，然后把所有处理过的现有数据文件叠加起来，创建一个仅限于当前项 目必需信息的单个数据库。为了方便演示，只画出了两个远程数据提供者， 但是任意给定项目可能需要集成指定场所的附加信息来源，例如农作物产量 图、正面照片(othophoto)、性质线边界、埋藏设施图、可获得的精确农业地 形模型等。这一过程能够极大减少开始探测所必需的前期计划，操作员只需 开进到场地，绕场地驾驶以建立起数字边界，以电子方式请求汇编数据并发 送该地的相关数据包。相反，许多早期的方法如果要使用原有数据信息层， 就要求提前几天制定采样计划，才可以获取并集成来自不同数据库的数据。 最好是响应要进行的勘测类型的指示，来选定要集成的数据类型，以减少场 内操作人员必需的训练和科学知识的水平，尤其是当使用了远程数据分析设 施的时候。
在一种场地数据采集方法的示例中，探测车辆16中的现场操作人员立即 开始收集在包含了USDA-NRCS多边形的集成数据包中确定的每个土壤分布 图单元中选定位置的原位(situ)地下数据。该场地的USDA-NRCS多边形图的 机载显示50(图5)可以连续更新，其中图标51显示探测车辆16的精确位置， 辅助定位数据收集车辆。每个土壤分布图单元14的初始探测位置44最好也 显示在显示器上。对于三维(3-D)数据的操作，会为每个土壤分布图单元自动 生成三个初始探测位置44。每个初始探测位置44的建议位置以几何方式设 立，以跨越土壤分布图单元的整个区域，并按需要修改，来提供与相邻土壤 分布图单元中的初始探测位置44之间合理的距离。如果需要，由于场内可到 达性、地形变化或者主观考虑，会授权给场内操作人员移动到任意初始探测 位置，例如用光标控制器件“点击并拖动”位置图标44。
通常，在移动到另一个土壤分布图单元之前，要在给定土壤分布图单元 14的全部三个初始探测位置44收集数据。图6显示了在土壤分布图单元的 三个初始探测位置44a，44b和44c中每一处的跨越土层边界的相关深度范围 内获取和导出的典型的土壤性质，以及直接从在对应于该土壤分布图单元的 土系的USDA-NRCS土壤勘测中包含的典型的土壤地层和含量信息导出的土 壤质地和颜色数据53。为了演示方便，该参考数据对应于从上面复制的 Drummer系USDA-NRCS记录信息。该图显示的数据也可以图解表示为作为 深度的函数的任意特定性质的记录。在该例中可以看出，关于该整体深度内 粉质/壤土层和砂质/壤土层的存在，每个探测结果都与USDA-NRCS典型记 录一致，但是表明这些层之间的实际过渡深度在44a点的44英寸到44b点的 58英寸之间变化。
这种变化能在图7的横向压缩的地下截面中更好地直观显示出来。 USDA-NRCS参考数据预测的土层之间的预测边界54只能表示为平行的水平 线，而整个土壤分布图单元只用单个典型记录来表征。E和F地层之间的边 界56的实际位置由现有数据预测为平均深度50英寸(125厘米)，但是图中显 示是在该土壤分布图单元内变化的。这种变化对于农业例子非常重要，因为 层的边界确定了上面的含水且富有机物的粉质层与下面干燥的砂质层之间明 显的轮廓线。给定特别重要的特征的这种深度变化，在该特征推测位置的置 信等级还不可接受时，就要求进行附加的探测。
如果在这三个数据收集位置中每处确定的土壤特性之间的互相确证超过 了必要的置信阈值，探测算法会建议移到下一个土壤分布图单元，并且创建 该土壤分布图单元中这些层之间边界的初步三维模型。由于没有临近土壤分 布图单元施加的边界约束，该模型是只有三个数据点的平面。但是，随着在 临近土壤分布图单元中的点收集数据，会用更高阶曲率来修正该模型，例如 用三维点状(punctual)克里格法(Kriging)方法，来更好匹配已知数据，而且随 着克里格估计程序的标准差降低，数学置信等级就会增加。如果这三个初始 探测位置之间的土壤数据相关性很低(例如，如果克里格估计方差高于预先确 定的接受等级)，那么在移到其它土壤分布图单元之前，该算法会建议第四个 初始探测位置。可以利用已知的采样程序算法来为每个连续数据收集点44确 定地理统计有效位置。通过求解本领域熟知的一组联立方程来获得生成最小 估计方差的最优克里格权重。第四个探测位置的建议位置可用数学方法，基 于前三个探测位置的位置和前三个探测位置中每两个的组合之间的差异程度 确定。在土壤分布图单元中会建立附加的探测位置，直到获得了对于绘制层 边界图需要的置信等级。用虚线绘出了用足够多数据点通过三维克里格法生 成的实际边界56位置的典型的平滑近似58，来说明基于原始USDA-NRCS 参考数据建立的本技术得出的准确程度的实质性改进。为了演示方便，视图 中省略了其它土层边界的实际位置。
在一种优选方法中，该算法建立的初始探测位置的数目是由USDA建立 的标准土壤分布图单元(SMU)内含物百分比(一种对非均匀性的估计)的函数。 例如，当报告内含物百分比小于10时，建议只进行三次初始探测。而10到 20之间的内含物百分比则提示四个初始探测位置，20-30之间五个初始探测 位置，30-40之间六个，任何大于40的内含物百分比为七个。如上面的例子， 作为数据相关性的函数，在探测中会要求附加探测位置。
从图6的典型数据中可以看出，不但要生成场地中的土壤颜色数据，并 导出土壤质地数据，来和USDA-NRCS典型土壤记录数据进行直接比较，而 且要测量或者导出土壤密度、温度、湿度和有机物含量。如期待的那样，湿 度和有机物(O.M.)含量都在砂质/壤土层显著下降，而且土壤颜色和密度的变 迁也表明了这种情况的开始。这样，车载算法或者远程数据处理服务现在不 但能够提供很好的土层边界的三维模型，而且还提供了关于土壤保持或者接 受水分和肥料的能力的信息，这样就使得每一项对农业或者其它用途的非常 精确的应用，或者精确作物计划和种植变为可能。可获得的对地下数据执行 通用地理统计和图形分析的软件产品包括EnviroStats，其可以从华盛顿特区 的科学软件集团(Scientific Software Group of Washington，D.C.)获得。
在另一个制图情况中，一旦定义了场地边界28，探测车辆开始以如图8 中用箭头显示的预定的方式往返穿越该场地，目的是获取高分辨的数字高度 模型(DEM)。当车辆移动过场地26时，通过获取离散GPS测量的地域位置 和高度而创建DEM。精确DEM与来自美国地理服务(USGS)的宏观DEM相 比较，其中USGS包含在下载的数据包中，并带有任意总偏差的提示确认。 另外，探测车辆载有探测器，当探测车辆穿越该场地时，非侵入性探测土壤 性质的变化，例如电磁或者地面穿透雷达。比起典型USDA-NRCS土壤勘测 图中描绘的，这些非侵入性探测器经常能够探测土壤性质的更详细的变化， 使得能够在给定土壤分布图单元14内，甚至超过土壤分布图单元边界12， 用自己的边界42集合，实时地导出更精确土壤地带40。这一过程可以在前 面所述的现有数据的远程采集和集成之前，或其间发生。这样初始探测位置 就可以在每个土壤地带40中建立，而不像上面描述的那样，在每个 USDA-NRCS土壤分布图单元中建立。然而，作为广阔的非侵入性探测的结 果的这种土壤地带40的建立，使得对于很多应用，能够像图9所示的那样， 在每个土壤地带40中只选择单个侵入性探测位置44，只要合理地确信来自 该探测位置的数据足以代表整个土壤地带。
精确DEM使得能够参考公共参考平面，对地下数据深度进行适当的移 位，这样就可以生成完整的三维地下模型，并作出截面图以便观看。对于一 些应用，如从USGS可得的粗略的DEM对这样的目的就足够了，但是对于 许多精确应用，会需要更准确的深度基准。在一些情况下，简单地把每个地 下记录的深度索引与在各探测位置进行的离散GPS高度测量进行对照，就足 够了。
存在多种能用相对轻量级的推进平台推进到土壤上层而不伤及敏感的表 土层的侵入性探测器。直径约1.5到2.0英寸(28到50毫米)的标准锥形土层 穿透性确定仪，在对尖端力和套管摩擦进行标准的土工测量时，对于一些应 用很有用，但是许多探测器已经足够小型化以安装在远小得多的探头内，例 如直径大约为一英寸或者更小。其它的部件之间，这些探测器还可以包括小 型化的光源和接收器，其共同起到摄像机的作用，当以例如每秒0.5厘米的 恒定速度推进时，提供探头周围土壤的数字图像。即使在探头从地下取出之 前，这些数字图像对于远离探测地几千英里的熟练的地质学家进行主观评价 也特别有用。另外还推荐在绘图序列结尾的每个关键的土壤管理地带，进行 全面的原位视频记录，以供将来参考。这些记录最后会经过分类，并且通过 例如NRCS公开获取。原位摄像机和视频服务可以从威斯康星州麦迪逊市的 地球信息技术公司(Earth Information Technologies of Madison，Wisconsin)，及 其它公司商业获取。
如果在该处有不止一辆探测车辆，一旦非侵入性探测器和任何现有数据 定义了地带边界42，使用土层穿透性确定仪探测器对单个土壤地带40进行 的绘图过程就可以开始了，数据采集在同一场地内的多个土壤地带同时进行。 在这些情况下，最好从单个总探测平台，或者远程车辆或设施，来协调这些 同时进行的活动，来自各个采集平台的数据在每个探测位置结束后提交，以 便更新总体地下模型，并为每套钻探设备(rig)确定下一个探测位置。
在另一个例子中，绘制100英亩(0.4平方公里)的场所的地图，以在可以 开始建设计划中的大型购物中心之前，评估已知湿地的范围。现在工兵军团 (Army Corps of Engineers)要求，要将某处视为湿地，该处必需包含富水土壤。 与富水土壤相关的土壤性质是：距水深度、渗透性、土层深度、土壤颜色、 土壤结构、土壤质地和氧化还原反应(redoximorphic)特征。探测车辆开到该处， 并立即开始通过穿越其外围来描绘其边界。另外，还要描绘出该处其它重要 特征(例如树木、巨石、池塘、沼泽、混凝土)的边界。在边界绘制过程中，场 地数据采集系统通过电信链接将请求发送到车载数据库，或者数据服务器， 请求该处所有可获得的有关信息(土壤分布图、DEM、航空照片、卫星图像、 水或者土壤样品数据、或其它地图和特征)。一旦汇编了所有的相关数据，并 描绘出了边界，那么汇编的数据中与此处边界特别相关的那些部分就从汇编 的数据中裁剪出来。如果数据裁剪是在远方或者不在场地探测车辆上进行的， 那么就把裁剪的数据发送到场地数据采集系统。
一旦获得了所有针对具体地点的相关数据，探测车辆就自动或者手动驾 驶穿越该地点，以获取高分辨的位置数据，以及对在地下性质发生显著变化 (也就是地带边界)的位置之间定义的土壤地带的评估。在“裁剪发送”过程中 或者在其后，场地数据采集系统把实时DEM和收集的数据，同以前可获得 的数据结合起来，来创建描绘了很多指定地带的地图。用户对仪器输出分析 的灵敏度做出决定，以免对该地做“多余描绘(over delineate)”。根据对该位 置的具体指定，以及对新创建的土壤和地形图的期望用途做出决定。
将几何和/或统计采样算法应用到新创建的地图，为点采样收集或者探测 器探测确定最高效率、最有效的位置。例如，如果描绘出了六个独特的地带， 然后在每个里面以数字形式标记三个位置，使得其彼此等距地排布在包围它 们的土壤地带的最大可能区域之中。通过采样和/或探测器探测研究这些数字 标记位置。探测车辆移到每个标记了的位置，在那里获得两米深处的地下数 据。得到与湿地描述相关的土壤性质的每个点剖面，并同在该土壤地带中进 行的其它探测，以及从非侵入性探测器探测预测的土壤性质和该位置任何现 有的数据进行比较。关于在特定土壤地带中取附加采样或者探测点的需要， 可以由用户设定或者统计地确定差异容限。一旦为该特定地带以及临近地带 确定了土壤性质，就为每种特别估计的土壤特性创建三维土壤和地形图。一 旦每个地带建立，用土壤成像土层穿透性确定仪为每个都收集数字土壤视频 记录。这些图像能通过电信链接发送出去，用于观看或处理和/或存储。将数 字土壤和地形图输出给用户。
回来参考图7，对于另一种无需描绘土层边界而只需精确确定已知土层 中的土壤性质的应用，探测车辆位于土壤分布图单元中的中央位置62，探测 操作人员在离散的位置64取得土壤样品和/或土壤性质数据，其中离散位置 64一般选择位于在USDA-NRCS土系描述或者其它现有勘测中确定的每个土 层的中点。这种方法能够非常快速地进行位置评估，但要损失一些准确性。 例如，从显示在最下面的采样位置64的位置可以看出，整个地带里面土壤地 层的深度变化能可以导致一些采样完全错过预期的层。然而，对于很多应用， 以及在通常有很粗的层厚的地方，这种方法能够为补充现有数据提供急需的 信息。例如，从可获得的USDA-NRCS勘测可以知道，在与特殊的可变等级 氮肥应用有关的地方，预计存在三种特定的土壤类型，一般地在12和48英 寸(30和120厘米)处以边界分隔来。可以知道这两种土壤类型在质地和颜色 上有可测量的差别。在这种应用中，可能只需要在每个土壤分布图单元中每 个预测的土层中只在一个点，只表征这两个性质，而且在经济上也是更有效 的。一个探测位置的地表位置可以选择在该土壤分布图单元的中心区域附近， 或者用诸如哪里需要的垂直分辨率更大的方法来确定。一旦确定了测量位置， 只需在每层中的选定深度确定颜色和质地。数据收集深度要么是预先确定的， 例如预期的每层的中点，要么当探头探测器测量土壤性质时通过监控信号而 确定，但是实际上只记录两个深度的数据。在另一种还要关心边界深度的情 况中，只要记录实际确定的层边界深度的位置和每层中单点或者平均性质的 数据，来做分析。这些有限的数据对于假定层性质均匀的模型方法来说足够 了。
有了上述的方法，可以开发出SMU数据的数字库，并且当能从公认的服 务提供者那里获得附加信息时，不断用这些附加信息更新该库。初始数据库 可包括每个USDA-NRCS土系的典型数字剖面，包括唯一的关联的数字传感 (sensory)签名。签名数据库剖面最好用同一类型探测器在不同条件下(例如不 同湿度和温度)至少收集两次，使得能够创建校正曲线且不同操作人员用不同 工具收集的结果具有可转换性。当场地边界后来确定时，为该绘图过程下载 一列由与该场地关联的USDA-NRCS土壤勘测的地区中的SMU指示所确定 的可能的签名。
每次由探测车辆执行探测时，记录地表位置。探测结束时，用坐标来确 定数据是在哪个SMU收集的。把探测位置的签名同数字SMU库进行比较。 在大多数情况下，新获取的签名不会库中的签名精确地匹配。因此，可以用 模糊逻辑方法来确定哪个SMU签名最像新获取的签名。这种分类有时称为 “模糊”地图，通常能很好地表示出自然地貌，能有助于更好地定义土壤类 型之间的边界。
已描述了本发明的多个实施例。然而应该明白，在不脱离本发明的精神 和范围的情况下，可以对其作各种修改。因此，其它实施例也在所附权利要 求的范围之内。