CN101226107A - 一种喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法，包括：雨量称重仪布置步骤，在大型喷灌机作业的农田喷灌区域内均匀布置多个雨量称重仪；喷灌作业喷洒雨量实时采集步骤，所述大型喷灌机在喷灌区域作业时，所述雨量称重仪实时收集喷洒的雨量并获取所述雨量数据；雨量数据处理步骤，与所述雨量称重仪无线通讯连接的测量控制中心获取所述雨量数据信息，并通过计算处理输出所述农田喷灌区域内相应采集点的喷洒雨量数据；生成喷洒雨量分布信息的步骤，根据所述喷洒雨量数据，所述测量控制中心计算出所述农田喷灌区域的喷灌强度及喷洒均匀度，并得出雨量分布信息数据。该发明的应用可以实现动态监测喷灌机的喷洒均匀度和喷灌强度。

Description

一种喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法及系统

技术领域

本发明涉及精准农业机械装备自动化控制技术领域，特别是涉及一种采用计算机测量控制技术以及无线自动遥测和远程数据通讯等技术，对大型喷灌机田间作业的喷洒雨量进行实时监测的喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法及系统。

背景技术

大型移动式喷灌机的喷洒均匀度和喷灌强度通常是在农田喷灌区域布置有若干个雨量筒，喷灌机喷灌作业移出雨量筒布置区以后，由人工一一称量各雨量筒，再按其相应位置分析喷洒的均匀情况和喷灌强度。不仅人员劳动强度大、工作效率低，而且难以避免发生一些人为误差。近年来，随着农业技术的发展与进步，农田喷灌采用了数字化控制技术，喷灌机喷洒雨量分布信息动态监测有待进一步解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法及系统，该发明的应用可以实现动态监测喷灌机的喷洒均匀度和喷灌强度，以便及时调整喷灌机的有关工作参数，指导并提高喷灌机的工作质量；同时还有利于提高喷灌机测试技术的自动化水平、提供工作效率而降低劳动强度。

为达到上述目的，本发明提供的喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法，包括：

雨量称重仪布置步骤，在大型喷灌机作业的农田喷灌区域内均匀布置多个雨量称重仪；

喷灌作业喷洒雨量实时采集步骤，所述大型喷灌机在喷灌区域作业时，所述雨量称重仪实时收集喷洒的雨量并获取所述雨量数据；

雨量数据处理步骤，与所述雨量称重仪无线通讯连接的测量控制中心获取所述雨量数据信息，并通过计算处理输出所述农田喷灌区域内相应采集点的喷洒雨量数据；

生成喷洒雨量分布信息的步骤，根据所述喷洒雨量数据，所述测量控制中心计算出所述农田喷灌区域的喷灌强度及喷洒均匀度，并得出雨量分布信息数据。

上述测试方法，所述生成喷洒雨量分布信息的步骤包括一实时生成雨量分布图的步骤。

上述测试方法，所述雨量数据处理步骤进一步包括：

步骤A，所述测量控制中心以无线通讯方式向所述雨量称重仪发出读取雨量数据信息的采样指令；

步骤B，所述雨量称重仪作出响应以无线通讯方式向所述计算机系统回传雨量数据信息；

步骤C，所述计算机系统接收所述雨量称重仪传输的雨量数据进行数据处理。

上述测试方法，所述步骤C之后还包括一判断是否采集完数据分析设定所需被采用的所有雨量称重仪数据的步骤，当判断采集完成时生成雨量分布数据；当判断为未采集完时，循环执行所述步骤A。

上述测试方法，所述雨量称重仪布置步骤还包括为所述雨量称重仪按其摆放位置设定编号的步骤。

上述测试方法，所述雨量分布信息包括喷洒均匀度和喷灌强度。

上述测试方法，所述喷洒均匀度采用如下公式： $C_{\mathrm{uc}}=100\×(1-\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}|g_i-\stackrel{\‾}{g}|}{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i}),$

其中，C_uc-克里斯琴森均匀度系数；

k-数据分析被采用的雨量称重仪的数量；

g_i-第i个雨量称重仪称量的雨量的重量值；

g-雨量称重仪称量的雨量的重量的平均值。

上述测试方法，所述雨量称重仪称量的雨量重量平均值g采用如下公式计算： $\stackrel{\‾}{g}=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i}{k},$

其中k-数据分析被采用的雨量称重仪的数量；

g_i-第i个雨量称重仪称量的雨量的重量值；

上述测量方法，所述喷灌强度采用如下公式计算： $\stackrel{\‾}{p}=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i}{k},$

其中，p-平均喷灌强度；

k-数据分析被采用的雨量称重仪的数量；

i-数据分析被采用的雨量称重仪的编号；

p_i-第i个雨量称重仪所在点喷灌强度。

为进一步实现上述目的，本发明还提供了一种应用上述喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法的系统，包括：远程测量控制中心及若干布置于田间喷灌区的雨量称重仪，所述远程测量控制中心包括：计算机系统、无线通讯单元及天线；所述计算机系统通过无线通讯单元和天线接收所述雨量称重仪传输的数据并进行数据处理；所述每个雨量称重仪包括：单片机、雨量筒、称重传感器、供电电源、无线通讯单元及天线。所述雨量筒收集雨水，通过称重传感器称重，输出雨量数据信息给所述单片机进行数据处理，处理结果通过所述无线通讯单元和天线传输给所述测量控制中心的计算机系统。

与现有技术相比，本发明应用于变量控制喷灌机的喷灌作业时，通过动态监测喷洒雨量的分布信息，实时反馈喷灌情况，有效地指导变量控制喷灌机实施精准喷灌，实现数字化作业的精准要求。其不仅能快速地获取喷洒雨量的分布信息，实时形成一个农田喷灌区域喷洒雨量分布图，动态监测喷灌机的喷洒均匀度和喷灌强度，以便及时调整喷灌机的有关工作参数，指导并提高喷灌机的工作质量，还能提高喷灌机测试技术的自动化水平和工作效率、大大地降低了劳动强度。

附图说明

图1为本发明测量系统构成框图；

图2为本发明测量系统构成及功能框图；

图3为本发明中雨量称重仪组成框图；

图4为本发明测量方法流程图；

图5为本发明测量系统控制程序流程图；

图6为喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试田间布局示意图；

图7无线数传雨量称重仪外形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的描述以更详细了解本发明的具体实施方式，但并不作为对本发明权利要求的限制。

参考图1及图2，示出了本发明测量系统的构成及其功能，本发明的喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试系统包括远程测量控制中心10及若干布置于田间喷灌区的基于无线数传的雨量称重仪11(如图6和图7所示)，所述远程测量控制中心10进一步包括：计算机系统101、无线通讯单元102及天线103；所述计算机系统通过无线通讯单元102和天线103接收所述雨量称重仪传输的雨量数据并进行数据处理。参考图3，所述每个雨量称重仪11进一步包括：单片机110、雨量筒111、称重传感器112、供电电源113、无线通讯单元114及天线115。所述雨量筒111收集雨水通过称重传感器112称重输出雨量数据信息给单片机110进行数据处理，处理结果通过无线通讯单元114和天线115传输给所述测量控制中心的计算机系统101。所述远程测量控制中心10用于对整个测量过程的监视和控制，其通过依次巡检并采集田间雨量称重仪的雨量重量值而计算出喷灌区域相关测点的喷灌强度和喷洒均匀度，还能同时绘制出田间雨量分布图，并进行数据存储和打印，实时显示测量结果和田间雨量分布情况，实现辅助变量喷灌机进行数字化作业。所述若干布置于田间喷灌区的基于无线数传的雨量称重仪11用于实时收集盛放雨水和动态称量雨水的重量，并响应所述测量控制中心10的采样指令通过无线传输方式输出称重数据。

参考图4，示出了本发明测量系统的测量控制程序流程，本发明的喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法包括：

步骤S21，在大型喷灌机13作业的农田喷灌区域均匀布置多个雨量称重仪11；

步骤S22，所述大型喷灌机13在喷灌区域作业时，所述雨量称重仪11实时收集喷洒的雨量并获取所述雨量数据；

步骤S23，与所述雨量称重仪11无线通讯连接的测量控制中心10获取所述雨量数据信息，并通过计算处理输出所述农田喷灌区域内相应采集点的喷洒雨量数据；

步骤S24，根据所述喷洒雨量数据，所述测量控制中心10计算出所述农田喷灌区域的喷灌强度及喷洒均匀度并得出雨量分布信息数据。

所述步骤S21还包括步骤S210：为所述雨量称重仪按其摆放位置设定编号X_i的步骤。其中i＝1，2，3......k，可赋初始值i＝1。

所述步骤S23进一步包括：

步骤S231，所述测量控制中心以无线通讯方式向所述雨量称重仪X_i发出采样指令读取雨量称重仪X_i的雨量数据信息；

步骤S232，所述雨量称重仪X_i作出响应并以无线通讯方式向所述计算机系统回传数据；

步骤S233，判断是否采集完所有数据分析设定所需的雨量称重仪数据。当判断i等于k时，输出测量结果并赋初始值i＝1；当判断i小于k时，i＝i+1，循环执行步骤S231继续进行数据采集。

下面以平移喷灌机为例参考电动大型喷灌机试验方法的机械行业标准JB/T 6280.2-1992，以雨量称重仪称量的雨水质量代替标准公式中雨量筒的喷灌水深，进一步说明喷洒均匀度和喷灌强度的具体计算方法。

(1)喷洒均匀度的计算：

首先，说明雨量称重仪的布置。雨量称重仪与喷灌机水管路平行的直线布置，每排雨量称重仪的布置应超过喷灌机的有效长度，雨量称重仪的排距应不大于50m，喷灌机供水渠、主驱动台车等运行路面不能种植作物的地域不放置雨量称重仪。

其次，喷洒均匀度系数用克里斯琴森(J.E.Christiansen)均匀度系数表示，按以下公式计算：

$C_{\mathrm{uc}}=100\×(1-\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}|g_i-\stackrel{\‾}{g}|}{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i})$

其中，C_uc-克里斯琴森均匀度系数，单位：％；

k-数据分析被采用的雨量称重仪的数量；

g_i-第i个雨量称重仪称量的雨量的重量值，单位：g；

g-雨量称重仪称量的雨量的重量的平均值 $\stackrel{\‾}{g}=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i}{k},$ 单位：g。

(2)根据下面公式进行喷灌强度的计算： $\stackrel{\‾}{p}=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i}{k},$

其中，p-平均喷灌强度，单位：g/h；

k-数据分析被采用的雨量称重仪的数量；

i-数据分析被采用的雨量称重仪的编号，i＝1，2，3……k；

p_i-第i个雨量称重仪的点喷灌强度，单位：g/h。

(3)雨量分布图的绘制

根据雨量称重仪实时回传到测量控制中心的重量数据g₁、g₂、g₃......g_k，计算机系统执行雨量分布图的绘制程序，快速产生并显示对应时段的雨量分布平面图。

为了使离散点的数据形成较为平滑的曲线，绘图时采用了反距离加权平方法进行了插值处理。

所述的反距离加权平方法(Inverse distance squared)：是把估算点与实测点间的距离作为权重因子，估算点与实测点间的距离越近，其权重越大，反之越小；权重值由距离平方的反比给出。表达式为：

$G=\left[\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{g_i}{d_i^2}\right]/\left[\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{d_i^2}\right]$

式中，G为估算点的雨量重量值，g_i是第i个雨量称重仪称量的雨量重量值，d_i是估算点到第i个雨量称重仪布置点的距离。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

雨量称重仪布置步骤，在大型喷灌机作业的农田喷灌区域内均匀布置多个雨量称重仪；

喷灌作业喷洒雨量实时采集步骤，所述大型喷灌机在喷灌区域作业时，所述雨量称重仪实时收集喷洒的雨量并获取所述雨量数据；

雨量数据处理步骤，与所述雨量称重仪无线通讯连接的测量控制中心获取所述雨量数据信息，并通过计算处理输出所述农田喷灌区域内相应采集点的喷洒雨量数据；

生成喷洒雨量分布信息的步骤，根据所述喷洒雨量数据，所述测量控制中心计算出所述农田喷灌区域的喷灌强度及喷洒均匀度，并得出雨量分布信息数据。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述生成喷洒雨量分布信息的步骤包括一实时生成雨量分布图的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，所述雨量数据处理步骤进一步包括：

步骤A，所述测量控制中心以无线通讯方式向所述雨量称重仪发出读取雨量数据信息的采样指令；

步骤B，所述雨量称重仪作出响应以无线通讯方式向所述计算机系统回传雨量数据信息；

步骤C，所述计算机系统接收所述雨量称重仪传输的雨量数据进行数据处理。

4.根据权利要求3所述测试方法，其特征在于，所述步骤C之后还包括一判断是否采集完数据分析设定所需被采用的所有雨量称重仪数据的步骤，当判断采集完成时生成雨量分布数据；当判断为未采集完时，循环执行所述步骤A。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述雨量称重仪布置步骤还包括为所述雨量称重仪按其摆放位置设定编号的步骤。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述雨量分布信息包括喷洒均匀度和喷灌强度。

7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述喷洒均匀度采用如下公式： $C_{\mathrm{uc}}=100\×(1-\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}|g_i-\stackrel{\‾}{g}|}{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i}),$

其中，C_uc-克里斯琴森均匀度系数；

k-数据分析被采用的雨量称重仪的数量；

g_i-第i个雨量称重仪称量的雨量的重量值；

g-雨量称重仪称量的雨量的重量的平均值。

8.根据权利要求6所述测试方法，其特征在于，所述雨量称重仪称量的雨量重量平均值g采用如下公式计算： $\stackrel{\‾}{g}=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i}{k},$

其中  k-数据分析被采用的雨量称重仪的数量；

g_i-第i个雨量称重仪称量的雨量的重量值；

9.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述喷灌强度采用如下公式计算： $\stackrel{\‾}{p}=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i}{k},$

其中，p-平均喷灌强度；

k-数据分析被采用的雨量称重仪的数量；

i-数据分析被采用的雨量称重仪的编号；

p_i-第i个雨量称重仪所在点喷灌强度。

10.一种应用上述喷灌机喷洒雨量分布信息动态测试方法的系统，其特征在于，包括：远程测量控制中心及若干布置于田间喷灌区的雨量称重仪，所述远程测量控制中心包括：计算机系统、无线通讯单元及天线；所述计算机系统通过无线通讯单元和天线接收所述雨量称重仪传输的数据并进行数据处理；所述每个雨量称重仪包括：单片机、雨量筒、称重传感器、供电电源、无线通讯单元及天线。所述雨量筒收集雨水通过称重传感器称重输出雨量数据信息给所述单片机进行数据处理，处理结果通过所述无线通讯单元和天线传输给所述测量控制中心的计算机系统。

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