[發(fā)明專利]柔性植株氣流表征物理參數(shù)提取裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010122953.0
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111307150B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 李繼宇;姚俊光;胡瀟丹
• 申請（專利權）人: 華南農業(yè)大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01M9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

1.一種柔性植株氣流表征物理參數(shù)提取裝置，其特征在于，包括：傳感單元、中轉節(jié)點單元和綜合處理單元，其中，

傳感單元安裝在柔性植株上，包括姿態(tài)角度傳感器和單片機數(shù)據(jù)解算系統(tǒng)，姿態(tài)角度傳感器連接單片機數(shù)據(jù)解算系統(tǒng)，并向其發(fā)送柔性植株的實時姿態(tài)檢測數(shù)據(jù)，單片機數(shù)據(jù)解算系統(tǒng)有線連接中轉節(jié)點單元，并向其發(fā)送解算后的姿態(tài)檢測數(shù)據(jù)；

中轉節(jié)點單元包括主控單片機和第一無線數(shù)據(jù)交換機，第一無線數(shù)據(jù)交換機連接主控單片機，并將多個中轉節(jié)點單元組成通信網絡；

綜合處理單元包括第二無線數(shù)據(jù)交換機、電平轉換器和上位機，第二無線數(shù)據(jù)交換機與第一無線數(shù)據(jù)交換機無線連接，并通過通信網絡獲取到多點數(shù)據(jù)；

上位機通過電平轉換器連接第二無線數(shù)據(jù)交換機，按照實際的測試任務要求布置中轉節(jié)點單元，在待測量的柔性植株上選取多組傳感單元的安裝位置點，并將傳感單元布置于相應的安裝位置點，記錄每兩個傳感單元之間的距離，調試傳感單元是否正常工作，調試后記錄近地端傳感單元位置；調試中轉節(jié)點單元和綜合節(jié)點單元之間的無線通信，確認無線通信正常且丟包率較少；傳感單元采集數(shù)據(jù)，上位機處理數(shù)據(jù)，根據(jù)多點數(shù)據(jù)生成三維圖，并提取出柔性植株的氣流表征物理參數(shù)：

以圓模型計算出傳感單元所在的檢測點坐標；

通過描點法將計算出來的坐標描繪在三維坐標系中，從而生成點云數(shù)據(jù)，根據(jù)生成的三維點云數(shù)據(jù)進行點云三角化處理，得到點云圖；

采用最鄰近插值法給點云圖插值，生成空間曲面；

根據(jù)得到的氣流表征的空間完整曲面求解得到體積、冠層面面積，通過點云圖求解柔性植株氣流表征物理參數(shù)，物理參數(shù)包括振動幅度與振動頻率。

2.根據(jù)權利要求1所述的柔性植株氣流表征物理參數(shù)提取裝置，其特征在于，姿態(tài)角度傳感器包括6軸陀螺儀，型號為MPU6050；單片機數(shù)據(jù)解算系統(tǒng)為STM32F03；主控單片機為STM32F103；第一無線數(shù)據(jù)交換機和第二無線數(shù)據(jù)交換機均為lora擴頻通信模塊；電平轉換器采用CH340電平轉換芯片。

3.根據(jù)權利要求1所述的柔性植株氣流表征物理參數(shù)提取裝置，其特征在于，上位機通過matlab搭建數(shù)據(jù)處理平臺，數(shù)據(jù)處理平臺用于處理多點數(shù)據(jù)，得到三維圖以及柔性植株的氣流表征物理參數(shù)。

4.一種基于權利要求1至權利要求3中任一項所述的柔性植株氣流表征物理參數(shù)提取裝置的柔性植株氣流表征物理參數(shù)提取方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、按照實際的測試任務要求布置中轉節(jié)點單元，在待測量的柔性植株上選取多組傳感單元的安裝位置點，并將傳感單元布置于相應的安裝位置點；

S2、記錄每兩個傳感單元之間的距離；

S3、調試傳感單元是否正常工作，調試后記錄近地端傳感單元位置；

調試中轉節(jié)點單元和綜合節(jié)點單元之間的無線通信，確認無線通信正常且丟包率較少；

S4、傳感單元采集數(shù)據(jù)；

S5、上位機處理數(shù)據(jù)，根據(jù)接收到的多點數(shù)據(jù)生成三維圖，并提取出柔性植株的氣流表征物理參數(shù)：

S51、以圓模型計算出傳感單元所在的檢測點坐標；

S52、通過描點法將計算出來的坐標描繪在三維坐標系中，從而生成點云數(shù)據(jù)，根據(jù)生成的三維點云數(shù)據(jù)進行點云三角化處理，得到點云圖；

S53、采用最鄰近插值法給點云圖插值，生成空間曲面；

根據(jù)得到的氣流表征的空間完整曲面求解得到體積、冠層面面積，通過點云圖求解柔性植株氣流表征物理參數(shù)，物理參數(shù)包括振動幅度與振動頻率。