CN101666741B - 机载式作物氮素信息高密度无损采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机载式作物氮素信息高密度无损采集方法，属于作物生产技术领域。主要包括采用作物氮素信息传感变送器采集作物冠层叶片氮素信息、采用随动自适应平衡调节器自动调整保持传感变送器在适宜采集的姿态、采用可调悬挂支架悬挂并调节传感变送器使之处于适宜采集的位置和方位、采用作物氮素信息无线接收器接收和存储发自传感变送器的氮素信息。机载式作物氮素信息连续采集方法能够实现以机械化的作业方式高密度获取大范围农田的“面”上信息，是目前实际生产中迫切需要的较适用的农业信息装备。

Description

机载式作物氮素信息高密度无损采集方法

一、技术领域

本发明涉及一种机载式作物氮素信息采集方法，属于作物生产技术领域，是基于作物冠层反射光谱的机械化、高密度、无损快捷地获取农田作物生长过程中动态实时氮素信息的技术方法，用于精确农业。

二、背景技术

精确农业在发达国家发展十分迅速，是农业可持续发展的重要途径。精确农业就是依据田间作物的实际生长状况，精细准确地确定并实施生产管理措施，优化资源投入、提高资源利用效率，改善环境，取得良好的经济和环境效益。由此可见，准确全面和高密度地采集田间作物的实时生长信息是精确农业实施的首要条件和决策依据。

田间作物信息的采集与获取方式主要包括：基于便携式仪器的选点手工采集方式、基于机载式的农机作业连续采集方式、基于多平台遥感的采集方式和基于无线传感网络的采集方式。其中，基于便携式仪器的选点手工采集是获取农田信息的最原始方式，该方式不仅需要消耗大量的人力，而且数据信息采集量有限，存在以“点”代“面”的偏差，较难满足当前生产实际需求；基于遥感平台的采集技术可周期性的重访观测，但无法实现过程观测，只能获得瞬时的空间“面”数据信息，且需要农田的环境信息支持才能实现定量化解析；基于无线传感网络的采集方式能够自动获取农田的多“点”信息，但难以获取大范围的“面”上信息。机载式连续采集能够以机械化的作业方式高密度获取大范围农田的“面”上信息，是目前实际生产中迫切需要的较适用的农业信息装备。

氮素营养在作物光合生产能力中起到关键作用，它是氨基酸、蛋白质、核酸等生命物质合成的重要组成部分，在提高作物光合作用能力、增强同化物生产等方面起着重要作用，是影响作物生长发育、经济产量和品质形成的最主要的可调控营养元素。因而氮肥管理成为优质、高效、高产、安全作物生产中最为重要的管理措施之一。近10年来，农业生产的氮肥投入量逐年增加，世界氮肥施用量增加了14.2％。而我国是氮肥消耗量最大的国家，近20多年间化肥用量增加了183.1％。氮肥投入的大量增加，致使氮肥的利用效率降低，由于土壤中的淋洗作用，氮素大部分进入地下水和地表水，造成水体污染，水资源和农田生态环境遭到破坏。作物氮素信息的机械化、高密度无损采集是精确农业的重要技术支撑之一，其目的是为了实时掌握作物氮素营养，及时指导氮肥的定量管理和精确投入。

许多学者曾尝试利用肥料深施技术和化肥精量施播技术来提高氮肥的利用效率，并研制了与拖拉机配套的化肥深施机和精量施肥机等。但由于缺乏田间作物的氮素营养实时准确的信息支撑，上述机械在施肥作业时得不到有效的信息支持和指导，很难达到精准施肥和提高氮素利用率的目的。因此，相关施肥技术和机械也没有得到广泛推广和应用。随着资源与环境问题的不断突显，如何在提高氮肥利用效率和降低生产成本的同时减少对农业生态环境的污染，是目前迫切需要解决的问题。采用机载式作物氮素信息高密度无损采集方法，能够借助拖拉机实现快速、全面、准确的田间作物氮素营养信息采集，为施肥机械实施精确施肥提供实时有效的信息支持。本申请发明——“机载式作物氮素信息高密度无损采集方法”正是在这一技术背景下得到实施的。

在国外，日本研制生产了便携式叶绿素计，用于作物氮素营养的估测和指导施肥，但在生产应用中其读数值(SPAD值)受到作物品种、生育期和生长环境等因素的影响较大，必须建立校正曲线或改进算法以提高其诊断精度，这就需要实验室的测试配合，不适合于机载式实时信息采集的使用；美国俄克拉荷马州立大学(Oklahoma StateUniversity)开展了机载作物冠层光谱信息采集的研究和变量精确施肥试验，但没有涉及到机载式作物氮素信息采集方法。在国内，潘君剑等申请的发明专利“一种智能农机载高光谱采集方法”(CN200410009914.0)，用于获取田间高光谱信息，未涉及作物氮素信息的机械化采集方法；曹卫星等所获得授权的国家发明专利——“便携式多通道作物叶片氮素营养指标无损监测装置”(ZL2007100193409)，未涉及机载式的作物氮素营养信息采集方法。

三、发明方案

技术问题

本发明的目的在于提供一种适用于拖拉机田间连续作业的机载式作物氮素信息高密度无损采集方法，能够实时高密度的采集田间作物的氮素营养信息，为实现精准施肥提供可靠的信息支持和决策依据。

技术方案

机载式作物氮素信息高密度无损采集方法(如图1)，包括采用(作物氮素信息)传感变送器采集作物冠层叶片氮素信息、采用随动自适应平衡调节器自动调整保持传感变送器在适宜采集的姿态、采用可调悬挂支架悬挂并调节传感变送器使之处于适宜采集的位置和方位、采用(作物氮素信息)无线接收器接收和存储发自传感变送器的氮素信息；传感变送器通过螺钉紧固在随动自适应平衡调节器上，随动自适应平衡调节器连接在可调悬挂支架的顶部末端，可调悬挂支架与拖拉机的底盘连接固定，无线接收器安装在拖拉机驾驶室的仪表盘面板上，传感变送器与无线接收器之间通过无线通讯方式实现信息数据的发送、接收和存储，其主要特征在于：

1)采用传感变送器采集作物氮素信息，并以无线信号发送所采集到的氮素信息；传感变送器主要由传感器、变换器和发送器组成(图2)；用传感器采集4个氮素敏感波段的作物冠层叶片反射光谱辐射量及其相应波段的背景光谱辐射量，并将各自的辐射量转化为相应的电信号量参数；用变换器将来自传感器的电信号量参数换算为作物冠层叶片的氮素营养信息，并将其转化为数字信号；用发送器将来自变换器的氮素营养信息的数字信号打包，并按照通讯协议发出无线信号；

传感器采用四特征敏感波段、八通道设计(图2)；每个特征敏感波段包含2个通道，分别采集该特征敏感波段的作物冠层反射光谱辐射量及其相应波段的背景光谱辐射量，并分别转化为相应的电信号参量E_r和E_b；这4个氮素特征敏感波段分别为546nm、660nm、710nm和810nm；

来自传感器的电信号量进入变换器，按照式(1)计算4个波段的反射率R_λ，

$R_{\mathrm{\λ}}=k_1\×k_2\×\frac{E_r}{E_b}---\left(1\right)$

式(1)中，λ代表氮素敏感波段参数，分别为546nm、660nm、710nm和810nm；k₁为积分响应度标定系数，由室内的传感器积分响应度标定系统标定得到；k₂为光学几何修正系数，在农田采集作业前由标准白板标定后得到；

变换器按照式(2)和式(3)的氮素模型计算作物叶片的氮素含量并转化为数字信号；按照式(4)和式(5)的氮素模型计算作物叶片的氮积累量并转化为数字信号；按照式(6)和式(7)的氮素模型计算作物的叶面积指数并转化为数字信号；

${\mathrm{NDVI}}_{\left(\mathrm{810,710}\right)}=\frac{R_{810}-R_{710}}{R_{810}+R_{710}}---\left(2\right)$

氮含量LNC：LNC＝0.1858×e^4.0145×NDVI         (3)

DVI_(810，660)＝R₈₁₀-R₆₆₀                        (4)

氮积累量LNA：LNA＝24.451×e^6.151×DVI           (5)

DVI_(810，546)＝R₈₁₀-R₅₄₆                        (6)

叶面积指数LAI：LAI＝17.688×DVI^1.8581           (7)

2)采用随动自适应平衡调节器(图1)连接传感变送器，拖拉机在田间行驶作业过程中会发生倾斜和颠簸，随动自适应平衡调节器发挥随动调节作用，自动维持传感变送器处于平衡和平行于地面的姿态；随动自适应平衡调节器主要由万向球面调节器、垂杆、垂杆套筒、紧固螺钉、平衡块和平衡块位置调节螺杆组成(图3)；平衡块调节螺杆和传感变送器均通过螺丝固定在垂杆套筒的两个相互平行的相对面上，在静态时，调节平衡块与传感变送器的相对距离，确保作传感变送器处于静态平衡和平行于底面的姿态；还可以依据作业要求和田间实际情况，转动垂杆套筒将传感变送器调节到适宜的方位后，用紧固螺钉定位固定；在田间动态作业时，万向球面调节器随拖拉机起伏而自动调节，确保传感变送器处于动态平衡和平行于地面的姿态；

3)采用可调悬挂支架将拖拉机与装有传感变送器的随动自适应平衡调节器连接成整体；可调悬挂支架由套筒、定位螺杆、竖杆和斜杆组成(图1和图4)；斜杆的长度为4m，能够确保传感变送器与拖拉机保持足够距离，避免拖拉机对信息采集的边际影响；套筒固定在拖拉机基座上，可以实现2个方面的调节，即：①依据作物高度和监测需求，竖杆在套筒内作上下移动，将传感变送器调节到适宜高度后通过定位螺杆紧固，调节高度范围为2～4m；②竖杆可在套筒内作200°转动，可以将可调悬挂支架连同随动自适应平衡调节器与传感变送器在拖拉机左侧-前方-右侧的180°范围内任意调节方位，依据太阳方位和拖拉机的行驶方向将传感变送器调节到合适的方位后通过定位螺杆紧固；

4)采用无线接收器接收并存储来自传感变送器发出的氮素信息无线信号；无线接收器固定在驾驶室仪表盘的面板上(如图1)，以方便用户的操作；无线接收器与传感变送器的距离较远，两者之间采用ZIGBEE无线协议的通讯方式，其通讯格式为：

(a)无线接收器向传感变送器发送测试指令格式：

起始位    命令字节    0xFF     0xFF     0xFF    前五字节异或和校验码

(b)传感变送器正确接收到测试指令的确认格式：

起始位    变送器应答命    0xFF     0xFF     0xFF    前五字节异或和校验码

            令字节

(c)传感变送器向无线接收器发送氮素数据信息格式：

起始位    信息类型字节    氮素数据值    前五字节异或和校验码

(d)无线接收器接收到传感变送器数据信息的确认格式：

起始位    主机应答命令    0xFF    0xFF     0xFF    前五字节异或和校验码

              字节

有益效果

本发明是精确农业信息采集技术集成创新成果。农田信息采集方法和设备是精确农业的基础和支撑。精确作业的农业机械装备只有得到信息采集方法的有力支撑才能得到快速发展。精确农业技术与装备的应用，不仅能够实现农业资源高效利用，提高农业生产综合效益和国际竞争力；而且有利于实现农业机械化和信息化的融合和交叉，以信息技术改造传统农业机械，提升农业机械的技术创新能力和高技术含量，促进我国农业现代化和可持续发展。

1)氮素营养信息的获取是田间作物信息采集的重要内容，采用本发明能够以机械化的作业方式连续、高密度地获取大范围农田作物“面”上的氮素信息，提供作物氮素营养的科学运筹和精确施肥所需的信息和数据支持，不仅有助于确保作物产量和品质目标，而且还能提高氮肥利用效率、降低生产成本、减少农业“面”源污染，促进农业清洁生产，从而产生巨大的社会、经济和生态效益。本发明正是田间作物氮肥精确施用和动态调控所迫切需求的关键方法和技术，也是精确农作和数字农业的重要技术支撑。

2)本发明克服了基于便携式氮素监测仪的采集方法所存在的耗费人力、数据信息采集量有限、以“点”代“面”偏差等不足；并避免了基于遥感平台的采集方法所存在的无法实现过程观测，只能获得瞬时的空间“面”数据信息的缺陷；更解决了基于无线传感网络的采集方法所存在的难以获取大范围的“面”上信息的问题。本发明能够实现过程监测、以机械化的作业方式高密度获取大范围农田作物“面”上的信息，是最适宜于农业实际生产的农业信息装备。

3)本发明将氮素模型融入传感变送器的变换器中，变换器直接将传感器采集到的氮素特征光谱信息数据转化为氮素信息，具有直接实时、快速无损地获取作物生长过程中的氮素信息的优势。

4)本发明采用随动自适应平衡技术，解决了拖拉机田间作业过程常见的倾斜和颠簸破坏传感变送器平衡姿态保持的难题，确保传感变送器在田间作业过程中始终保持平衡和平行于地面的适宜姿态，保证了采集结果的稳定性。采用可调悬挂支架连接拖拉机、随动自适应平衡器和传感变送器，既能够依据作物的高度将传感变送器调节到适宜的采集高度，又能够依据拖拉机行驶方向和太阳方位，转动悬挂支架以调节传感器与拖拉机之间的相对方位，确保传感变送器处于信息采集适宜的方位，保证了采集结果的可靠性。

5)本发明采用信息无线发送和接收技术，解决了有线传输的信号线干扰随动自适应平衡器-传感变送器的自适应平衡的问题。以机械化连续作业方式高密度的采集作物氮素信息，信息大而密集，采用无线传输和接收技术，解决了大信息量的实时传输和存储问题，实现采集、发送、接收和存储一体化。

四、附图说明

图1机载式作物氮素信息高密度无损采集系统示意图

图2传感变送器示意图

图3随动自适应平衡调节器示意图

图4拖拉机处于某一方向的+20°极限倾斜时，万向球面调节器、垂杆的状态以及传感变送器的水平姿态

图5拖拉机处于某一方向的-20°极限倾斜时，万向球面调节器、垂杆的状态以及传感变送器的水平姿态

图6传感变送器工作流程

图7信息传送与接收工作流程

图中：1、无线接收器2、斜杆3、万向球面调节器4、传感变送器5、紧固螺钉草药6、垂杆套筒7、垂杆8、平衡块9、平衡块位置调节螺杆10、竖杆11、定位螺杆12、套筒

五、具体实施方式

1)采用随动自适应平衡调节器连接传感变送器。随动自适应平衡调节器由万向球面调节器3、垂杆7、垂杆套筒6、紧固螺钉5、平衡块8和平衡块位置调节螺杆9组成；平衡块调节螺杆9和传感变送器4均通过螺丝固定在垂杆套筒6的两个相互平行的相对面上，在静态时，调节平衡块8与传感变送器4的相对距离，确保作传感变送器4处于静态平衡和平行于底面的姿态；还可以依据作业要求和田间实际情况，转动垂杆套筒6将传感变送器4调节到适宜的方位后，用紧固螺钉5定位固定；在田间动态作业时，万向球面调节器3随拖拉机起伏而自动调节，确保传感变送器4处于动态平衡和平行于地面的姿态；

2)采用可调悬挂支架将拖拉机与装有传感变送器的随动自适应平衡调节器连接成整体。可调悬挂支架由套筒12、定位螺杆11、竖杆10和斜杆2组成；斜杆2的长度为4m，套筒12固定在拖拉机基座上，可以实现2个方面的调节，即：①依据作物高度和监测需求，竖杆10在套筒12内作上下移动，将传感变送器调节到适宜高度后通过定位螺杆11紧固，调节高度范围为2～4m；②竖杆10可在套筒12内作200°转动，可以将可调悬挂支架连同随动自适应平衡调节器与传感变送器4在拖拉机左侧-前方-右侧的180°范围内任意调节方位，依据太阳方位和拖拉机的行驶方向将传感变送器4调节到合适的方位后通过定位螺杆11紧固。

3)系统硬件组装与调整。首先将可调悬挂支架的竖杆10插入套筒12内，将可调悬挂支架在套筒12下移至最低高度并转动竖杆10调节至最适安装方位后，用定位螺杆11初步固定；其次再将传感变送器安装在随动自适应平衡调节器的垂杆套筒6上，用紧固螺钉5定位固定；然后将装有传感变送器的随动自适应平衡调节器悬挂固定于可调悬挂支架的斜杆2顶部末端。

松开可调悬挂支架竖杆10与套筒12的定位螺杆，依据作物高度和信息采集要求，将竖杆10上升至适宜高度；随后依据太阳实际方位和拖拉机行驶方向，转动竖杆10将传感变送器4调节至适宜方位后，拧紧定位螺杆11以固定竖杆10。通过旋动平衡块8，其能够在平衡块位置调节螺杆9上前进或后退，以改变平衡块8与传感变送器4之间的相对距离，仔细旋调该相对距离，以确保传感变送器4处于静态水平状态。

在做完上述调整后，再仔细观察传感变送器4的方位是否满足信息采集要求，如果方位不合适，则松开随动自适应平衡调节器的垂杆套筒6上的紧固螺钉5，转动垂杆套筒6，调节至适宜方位后，拧紧紧固螺钉5定位固定。

将无线接收器1安装于拖拉机仪表盘的面板上，检查传感变送器4与无线接收器1之间的无线通讯是否正常。

拖拉机在田间过程中会产生倾斜和颠簸，随动自适应平衡调节器发挥调节自动功能，自动保持传感变送器4处于平衡和平行于地面的适宜姿态。拖拉机的在平面内任意方向的倾斜角度范围为±20°内，随动自适应平衡调节器能够在这一角度范围内自动调整，维持传感变送器4处于动态平衡和平行于地面的姿态。图4所示为拖拉机处于某一方向的+20°极限倾斜时，万向球面调节器3、垂杆7的状态以及传感变送器4的水平姿态；图5所示为拖拉机处于某一方向的-20°极限倾斜时，万向球面调节器3、垂杆7的状态以及传感变送器4的水平姿态。

4)采用传感变送器4采集作物氮素信息，并以无线信号发送所采集到的氮素信息。传感变送器4主要由传感器、变换器和发送器组成；用光学传感器采集4个氮素敏感波段的作物冠层叶片反射光谱辐射量及其相应波段的背景光谱辐射量，并将各自的辐射量转化通过光电探测器件转换为为相应的电信号量参数；

传感器采用四特征敏感波段、八通道设计；每个特征敏感波段包含2个通道，分别采集该特征敏感波段的作物冠层反射光谱辐射量及其相应波段的背景光谱辐射量，并分别转化为相应的电信号参量E_r和E_b；这4个特征敏感波段分别为546nm、660nm、710nm和810nm；

来自传感器的电信号量进入变换器，按照式(1)计算4个波段的反射率R_λ，

$R_{\mathrm{\λ}}=k_1\×k_2\×\frac{E_r}{E_b}---\left(1\right)$

式(1)中，λ代表氮素敏感波段参数，分别为546nm、660nm、710nm和810nm；k₁为积分响应度标定系数，由室内的传感器积分响应度标定系统(DR600，北京卓立汉光仪器有限公司)标定得到；k₂为光学几何修正系数，在农田采集作业前由标准白板(MFB99-35-08，中科院安徽光学精密机械研究所)标定后得到；

用变换器将来自传感器的电信号量参数换算为作物冠层叶片的氮素营养信息，并将其转化为数字信号；

变换器按照式(2)和式(3)的氮素模型计算作物叶片的氮素含量并转化为数字信号；按照式(4)和式(5)的氮素模型计算作物叶片的氮积累量并转化为数字信号；按照式(6)和式(7)的氮素模型计算作物的叶面积指数并转化为数字信号；

${\mathrm{NDVI}}_{\left(\mathrm{810,710}\right)}=\frac{R_{810}-R_{710}}{R_{810}+R_{710}}---\left(2\right)$

氮含量LNC：LNC＝0.1858×e^4.0145×NDVI                (3)

DVI_(810，660)＝R₈₁₀-R₆₆₀                             (4)

氮积累量LNA：LNA＝24.451×e^6.151×DVI            (5)

DVI_(810，546)＝R₈₁₀-R₅₄₆                         (6)

叶面积指数LAI：LAI＝17.688×DVI^1.8581            (7)

用发送器将来自变换器的氮素营养信息的数字信号通过C语言程序打包处理，并按照通讯协议发出无线信号；

5)采用无线接收器1接收并存储来自传感变送器发出的氮素信息无线信号。无线接收器固定在驾驶室仪表盘的面板上，以方便用户的操作；无线接收器与传感变送器的距离较远，两者之间采用ZIGBEE无线协议的通讯方式，其通讯格式为：

(a)无线接收器向传感变送器发送测试指令格式：

起始位    命令字节    0xFF     0xFF    0xFF    前五字节异或和校验码

(b)传感变送器正确接收到测试指令的确认格式：

起始位    变送器应答命    0xFF     0xFF     0xFF    前五字节异或和校验码

             令字节

(c)传感变送器向无线接收器发送氮素数据信息格式：

起始位    信息类型字节    氮素数据值    前五字节异或和校验码

(d)无线接收器接收到传感变送器数据信息的确认格式：

起始位    主机应答命令    0xFF    0xFF    0xFF    前五字节异或和校验码。

              字节

Claims (3)

1.一种机载式作物氮素信息高密度无损采集方法，其特征在于，

1)采用传感变送器采集作物氮素信息，并以无线信号发送所采集到的氮素信息；传感变送器主要由传感器、变换器和发送器组成；用传感器采集多个氮素敏感波段的作物冠层叶片反射光谱辐射量及其相应波段的背景光谱辐射量，并将各自的辐射量转化为相应的电信号量参数；

传感器采用四特征敏感波段、八通道设计；每个特征敏感波段包含2个通道，分别采集该特征敏感波段的作物冠层反射光谱辐射量及其相应波段的背景光谱辐射量，并分别转化为相应的电信号参量E_r和E_b；这4个特征敏感波段分别为546nm、660nm、710nm和810nm；

来自传感器的电信号量进入变换器，按照式(1)计算4个波段的反射率R_λ，

式(1)中，λ代表氮素敏感波段参数，分别为546nm、660nm、710nm和810nm；k₁为积分响应度标定系数，由室内的传感器积分响应度标定系统标定得到；k₂为光学几何修正系数，在农田采集作业前由标准白板标定后得到；

用变换器将来自传感器的电信号量参数换算为作物冠层叶片的氮素营养信息，并将其转化为数字信号；

变换器按照式(2)和式(3)的氮素模型计算作物叶片的氮素含量并转化为数字信号；按照式(4)和式(5)的氮素模型计算作物叶片的氮积累量并转化为数字信号；按照式(6)和式(7)的氮素模型计算作物的叶面积指数并转化为数字信号；

氮含量LNC：LNC＝0.1858×e^4.0145×NDVI          (3)

DVI_(810，660)＝R₈₁₀-R₆₆₀                  (4)

氮积累量LNA：LNA＝24.451×e^6.151×DVI     (5) 

DVI_(810，546)＝R₈₁₀-R₅₄₆                     (6)

叶面积指数LAI：LAI＝17.688×DVI^1.8581       (7)

用发送器将来自变换器的氮素营养信息的数字信号打包，并按照通讯协议发出无线信号；

2)采用无线接收器接收并存储来自传感变送器发出的氮素信息无线信号；无线接收器固定在驾驶室仪表盘的面板上，以方便用户的操作；无线接收器与传感变送器的距离较远，两者之间采用ZIGBEE无线协议的通讯方式，其通讯格式为：

(a)无线接收器向传感变送器发送测试指令格式：

起始位　命令字节　0xFF 　0xFF 　0xFF　 前五字节异或和校验码

(b)传感变送器正确接收到测试指令的确认格式：

起始位　变送器应答命令字节　0xFF　 0xFF　 0xFF　前五字节异或和校验码

(c)传感变送器向无线接收器发送氮素数据信息格式：

起始位　信息类型字节　氮素数据值　前五字节异或和校验码

(d)无线接收器接收到传感变送器数据信息的确认格式：

起始位　主机应答命令字节　0xFF　 0xFF　 0xFF　 前五字节异或和校验码。

2.根据权利要求1所述的一种机载式作物氮素信息高密度无损采集方法，其特征在于，采用随动自适应平衡调节器连接传感变送器，随动自适应平衡调节器由万向球面调节器、垂杆、垂杆套筒、紧固螺钉、平衡块和平衡块位置调节螺杆组成；平衡块调节螺杆和传感变送器均通过螺丝固定在垂杆套筒的两个相互平行的相对面上，在静态时，调节平衡块与传感变送器的相对距离，确保作传感变送器处于静态平衡和平行于底面的姿态；还可以依据作业要求和田间实际情况，转动垂杆套筒将传感变送器调节到适宜的方位后，用紧固螺钉定位固定；在田间动态作业时，万向球面调节器随拖拉机起伏而自动调节，确保传感变送器处于动态平衡和平行于地面的姿态。

3.根据权利要求1或2所述的一种机载式作物氮素信息高密度无损采集方法，其特征在于，采用可调悬挂支架将拖拉机与装有传感变送器的随动自适应平衡调节器连接成整体；可调悬挂支架由套筒、定位螺杆、竖杆和斜杆组成；斜杆的长度为4m， 套筒固定在拖拉机基座上，可以实现2个方面的调节，即：①依据作物高度和监测需求，竖杆在套筒内作上下移动，将传感变送器调节到适宜高度后通过定位螺杆紧固，调节高度范围为2～4m；②竖杆可在套筒内作200°转动，可以将可调悬挂支架连同随动自适应平衡调节器与传感变送器在拖拉机左侧-前方-右侧的180°范围内任意调节方位，依据太阳方位和拖拉机的行驶方向将传感变送器调节到合适的方位后通过定位螺杆紧固。 

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