[發明專利]一種噴桿相對作物冠層高度實時測量系統及方法

有效

• 申請號: 201810463968.6
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108489432B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 李晉陽;徐晶;魏新華;孫宏偉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種噴桿相對作物冠層高度實時測量系統及方法,包括步驟：步驟一：超聲波測距傳感器的標定；步驟二：兩超聲測距傳感器夾角的確定；步驟三：噴桿與作物冠層相對高度的采集；步驟四：高度采集數據的抗干擾處理；步驟五：噴桿與作物冠層相對高度的計算。其特征在于：在噴桿兩末端各安裝兩個呈一定夾角的超聲測距傳感器，在控制單元作用下有效采集作物冠層高度，經過數據抗干擾分析、轉換后獲得噴桿與作物冠層的相對高度，實現了噴桿傾斜時噴桿與作物冠層的相對高度準確監測，突破了噴桿噴霧機田間作業時由于顛簸導致噴桿傾斜時無法準確獲取噴桿與作物冠層相對高度的技術瓶頸，為噴桿平衡和高度的動態調節奠定了技術基礎。

技術領域

本發明一種噴桿相對作物冠層高度實時測量系統及方法，屬于智能化農業裝備領域。

背景技術

我國市面上現有噴桿噴霧機以6-12米為主，有限的噴幅一方面導致噴霧效率低，另一方面噴霧機在一定作業面積作業時，在田間來回行走趟數多，對作物壓損面積大。隨著我國土地快速輪轉和規模化種植的發展需求，目前市面上出現了幅寬為24m以上的噴桿噴霧機。大幅寬噴桿噴霧機帶來的新問題：噴霧機在田間作業時，由于地面起伏不平引起噴桿抖動和傾斜。對于大噴幅的噴霧機，噴桿傾斜一個小的角度很可能導致噴桿末端觸地造成噴桿折斷或彎曲，也會刮傷作物。在實際作業中，為提高霧滴沉積均勻性和防止漂移，噴桿必須與作物冠層保持平行且具有一定高度。因此，為提高噴霧質量和避免噴桿損壞，需要對噴桿與作物的相對高度進行穩定、精確、動態的控制，而對噴桿與作物的相對高度的動態監測是實現其穩定、精確控制的前提和關鍵。

現有技術中，專利1(申請號20150079697.0)公開了一種噴桿平衡和高度自動調節裝置及方法，該裝置中采用超聲波傳感器測距模塊進行了噴桿對地高度的測量，由于地面相對比較平坦，噴桿對地高度易于測量，但由于田間作物長勢不均勻，導致作物冠層起伏不平，測量精度受作物種類、種植密度、風速、行走速度等因素的客觀影響，需要對采集的數據進行恰當的抗干擾處理才可以獲得有效高度數據；另外，由于超聲波傳感器垂直安裝在噴桿橫梁上，噴桿傾斜時傳感器也隨著傾斜，無法獲得噴桿的垂直對地高度。因此，專利1公開的噴桿平衡和高度自動調節裝置及方法無法用于噴桿對作物冠層高度的實時測量。專利2(申請號201010603644.1)公開了一種自平衡噴桿噴霧機，在噴霧作業時，控制器根據傾角傳感器檢測噴桿的水平角度，從而判斷噴桿的平衡情況，無法實現噴桿對作物冠層高度的實時測量。論文《噴桿高度調節系統設計與試驗》(王松林等，農機化研究，2014年第8期，第161-164頁)設計了三段式的告訴自動調節噴桿，采用三個安裝在三段噴桿(左段噴桿、中段噴桿和右段噴桿)上的接觸式傳感器實時監測噴桿與地面的高度，通過控制器控制液壓油缸調節各段噴桿的高度，該系統可以有效調節噴桿的姿態并保持噴桿的高度，但此裝置使用的接觸式傳感器通過與作物接觸進行高度檢測，會對作物造成損傷；另一方面，若傳感器下方正好是地面或者作物株高較小時，會引起誤判，導致系統可靠性降低。論文《Performance evaluation of multiple ground based sensors mounted on acommercial wild blueberry harvester to sense plant height,fruit yield andtopographic features in real-time》(Farooque A A,Chang Y K,Zaman Q U,et al,Computers&Electronics in Agriculture,2013,91:135-144)將一個超聲波傳感器安裝在野生藍莓收獲機上對藍莓株高進行實時檢測，在田間路面平坦時，可以有效的檢測藍莓株高，但地面傾斜一定角度時，獲得的株高數據誤差較大，無法用于株高的有效檢測。論文《噴桿高度在線調控設計與試驗研究》(潘佛雛等，農機化研究,2017年第11期，第107-111頁)應用了超聲波測距傳感器采集作物冠層與噴桿距離，采用加傾角傳感器獲取噴桿傾斜角度，測量結果比單純應用超聲波測量效果好，但無法準確獲取噴桿傾斜時的噴桿對冠層的相對高度，其濾波方法連續測量到5個有效值偶然性較大，不穩定。論文《Direct derivation ofmaize plant and crop height from low-cost time-of-flight camera measurements》(Plant Methods,2016)使用了3D攝像機測量植株高度，但圖像數據處理時間較長，實時性差。論文《A LIDAR-based crop height measurement system for Miscanthusgiganteus》(Computers&Electronics in Agriculture,2012)使用激光雷達測量噴桿相對作物冠層高度，該方法使用的激光雷達價格昂貴，性價比低。