CN106247970A

CN106247970A - 基于激光脉冲测距的农机作业深度自动测量装置及测量方法

Info

Publication number: CN106247970A
Application number: CN201610551042.3A
Authority: CN
Inventors: 尹振东; 刘庆之; 吴芝路; 庄树峰; 杨柱天
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2016-12-21

Abstract

基于激光脉冲测距的农机作业深度自动测量装置及测量方法，涉及农机作业深度自动测量技术。本发明是为了解决农机机具作业深度测量方法采用的测量设备结构复杂、数据实时性差，以及测量误差大的问题。本发明根据距离测量装置和反射板间的距离差，得到作业深度值。并且提供了计算平均深度以及测算作业是否有效的方法。可应用于深松、深翻、旋耕等作业。

Description

基于激光脉冲测距的农机作业深度自动测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及农机作业深度自动测量技术。

背景技术

我国是农业大国，而非农业强国。近30年来果园高产量主要依靠农药化肥的大量投入，大部分化肥和水资源没有被有效利用而随地弃置，导致大量养分损失并造成环境污染。我国农业生产仍然以传统生产模式为主，传统耕种只能凭经验判断农机作业深度，对作业状况无法做到实时跟踪，实时观测。在不合格的作业深度下进行农机作业，不仅浪费大量的人力物力，也对环境保护与水土保持构成严重威胁，对农业可持续性发展带来严峻挑战。

21世纪的农业发展将告别传统的粗犷式发展，迎来精准农业时代。因此，实现精准农业下的农机作业深度探测方法，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明是为了解决农机机具作业深度测量方法采用的测量设备结构复杂、数据实时性差，以及测量误差大的问题，从而提供一种基于激光脉冲测距的农机作业深度自动测量装置及测量方法。

基于激光脉冲测距的农机作业深度自动测量装置，它包括激光脉冲测距传感器1、激光反射板2、机具识别传感器3和处理器4；

所述激光脉冲测距传感器1通过支架安装在农机后部，用于实时读取与反射板间的距离；

激光反射板2水平设置在农机的深松铲5上，且位于激光脉冲测距传感器1的下方；

机具识别传感器3用于器存储农机机具的配置信息；

所述机具识别传感器3的机具识别信号输出端与处理器4的机具识别信号输入端连接；

激光脉冲测距传感器1的测距信号输出端与处理器4的测距信号输入端连接。

基于上述装置的农机作业深度自动测量方法，它包括以下步骤：

步骤一、在不进行作业时，通过激光脉冲测距传感器获得其到激光反射板的初始距离L；

步骤二、作业开始后，激光脉冲测距传感器实时获得其到激光反射板的工作状态距离L_i，i的初始值为1；

步骤三、根据步骤一获得的初始距离L和步骤二获得的工作状态距离L_i，计算出当前农机作业深度d_i＝L_i-L；

步骤四、记录当前农机作业深度d_i，并将i的值加1，重复步骤二至四，将整个地块作业完毕后，一共获得n个采样点，n为正整数，执行步骤五；

步骤五、将n个农机作业深度根据公式：

D = \frac{Σ_{i = 1}^{n} d_{i}}{n}

获得该时段的平均作业深度。

在步骤三中，对每次农机作业深度d_i进行有效深度判断，具体为：

当农机作业深度d_i大于阈值h时，则认为是一次有效的深度测量，其中阈值h通过农机机具体配置参数确定。

记录该时段的所有有效深度次数K，并通过公式：

ρ = \frac{K}{n}

获得作业深度有效率ρ。

若ρ>80％，则认为该时段内农机作业有效。

本发明的农机作业深度测量方法应用激光脉冲测距传感器，采用激光脉冲测距传感器实时测量深度信息，用机具识别传感器实现机具自动匹配设置，测量设备结构简单，测量实时性高，测量误差小。

附图说明

图1是本发明中采用激光传感器进行深度测量的原理示意图；

图2是激光脉冲测距传感器的目标距离计算原理示意图；

图3是本发明的基于激光脉冲测距的农机作业深度自动测量装置的结构示意图；

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至3说明本具体实施方式，基于激光脉冲测距的农机作业深度自动测量装置，它包括激光脉冲测距传感器1、激光反射板2、机具识别传感器3和处理器4；

机具识别传感器3用于器存储农机机具的配置信息；

图1为采用激光脉冲测距传感器进行深度测量的原理示意图，以农机深松作业为例。

激光脉冲传感器包含激光器，光电转换器，延时电路等。

激光脉冲测距技术利用激光对目标的距离进行准确测定。激光脉冲测距传感器在工作时由激光器向目标射出一束很细的激光，由光电转换元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。

图2是激光脉冲测距传感器的目标距离计算原理示意图，激光测距系统通过测量激光器发出激光与激光返回到光接收机的时间间隔来计算目标距离，测距公式为:S＝C×t/2。其中：S为目标距离，C为光速，t为激光器发出激光与激光返回到光接收机的时间。测量误差为△S＝C×Δt/2，由此可知，△S的大小取决于测量误差时间△t。而测量误差时间则由时钟精度决定。传感器的精度主要由时钟的精度决定。采用皮秒级时钟可以满足测量精度要求。

在图3中，在深松拖拉机机箱后固定高度用一支架支起激光脉冲测距传感器，并在深松机具横梁处放置激光反射板，使得激光脉冲测距传感器发射出的激光能够经过反射板并回传至光电接收模块。

假设当拖拉机处于未深松状态时，激光脉冲测距传感器获取的距离信息为L，而当拖拉机进行深松状态时，深松铲下落到地面，此时，激光传感器获取的距离信息为L₁。每隔一段时间(由使用者根据要求精度自行决定测算间隔)，进行一次测距，分别记为L₂，L₃...L_i

分别把距离信息L和L_i传至处理器，处理器对L和L_i进行减法运算，得到的数值d_i＝L_i-L即为农机深松的作业深度。

经过一段时间(要求测距次数大于预设值M)的测算后，利用收集到的作业深度测量数据进行如下测算：

\begin{matrix} D = \frac{Σ_{i = 1}^{n} d_{i}}{n} & n > M \end{matrix}

获得该时段的平均作业深度。与此同时，该方法对每一次获得的作业深度d_i进行有效深度判断。当d_i>h时认为是一次有效的深度测量(h的大小与机具配置有关，通过机具识别传感器获得)，当作业结束后可以得到总共的有效深度数据K，可以获得作业深度有效率为假设ρ>80％则可认为该次作业有效。

本发明可应用于深松、深翻、旋耕等作业。根据距离测量装置和反射板间的距离差，得到作业深度值。并且提供了计算平均深度以及测算作业是否有效的方法。实现农机机具作业深度自动精准测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于激光脉冲测距的农机作业深度自动测量装置，其特征是：它包括激光脉冲测距传感器(1)、激光反射板(2)、机具识别传感器(3)和处理器(4)；

所述激光脉冲测距传感器(1)通过支架安装在农机后部，用于实时读取与反射板间的距离；

激光反射板(2)水平设置在农机的深松铲(5)上，且位于激光脉冲测距传感器(1)的下方；

机具识别传感器(3)用于器存储农机机具的配置信息；

所述机具识别传感器(3)的机具识别信号输出端与处理器(4)的机具识别信号输入端连接；

激光脉冲测距传感器(1)的测距信号输出端与处理器(4)的测距信号输入端连接。

2.基于权利要求1的农机作业深度自动测量方法，其特征是：它包括以下步骤：

步骤四、记录当前农机作业深度d_i，并将i的值加1；重复步骤二至四，将整个地块作业完毕后，一共获得n个采样点，n为正整数，执行步骤五；

步骤五、将n个采样点农机作业深度根据公式：

D = \frac{Σ_{i = 1}^{n} d_{i}}{n}

获得该时段的平均作业深度。

3.根据权利要求2所述的农机作业深度自动测量方法，其特征在于在步骤三中，对每次农机作业深度d_i进行有效深度判断，具体为：

4.根据权利要求3所述的农机作业深度自动测量方法，其特征在于记录该时段的所有有效深度次数K，并通过公式：

ρ = \frac{K}{n}

获得作业深度有效率ρ。

5.根据权利要求4所述的农机作业深度自动测量方法，其特征在于，若ρ>80％，则认为该时段内农机作业有效。