CN106643531B - 一种便携式作物株高测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式作物株高测量装置及方法，涉及作物株高测量技术领域，用以解决现有技术中存在测量难度大和测量精度低的问题。该装置包括：第一伸缩支杆底部垂直设置在第一挡板上，第一伸缩支杆顶部与第一电机的固定部分连接，第一电机的转轴与支撑管的底部连接，支撑管的顶部与第二伸缩支杆的底部可拆卸连接，第二伸缩支杆的顶部插设在第二挡板上；第二电机的固定部分设置在支撑管外壁上；激光测量仪设置在第二电机的转轴上；第一伸缩档杆设置在支撑管外壁上；第二伸缩档杆设置在第二伸缩支杆的顶部；处理器，用于根据第一挡板和激光测量仪之间的距离，激光测量仪和第二挡板之间的距离，通过平均值法，确定作物实际株高。
Description
技术领域
本发明涉及作物株高测量技术领域，更具体的涉及一种便携式作物株高测量装置及方法。
背景技术
在研究玉米、棉花和水稻等农作物的生长状况时，对农作物的高度测量是研究农作物生长状况的基本任务，通过测量生长周期内不同阶段的农作物高度，可以有效地分析农作物的生长状况。
目前，对农作物株高的测量，通常是人工在不同生长阶段使用米尺等工具对农作物株高进行测量，由于农作物为不规则形状，其测量难度较大，且测量精度不能保证。
综上所述，现有技术中的农作物株高测量，存在测量难度大和测量精度低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种便携式作物株高测量装置及方法，用以解决现有技术中存在测量难度大和测量精度低的问题。
本发明实施例提供一种便携式作物株高测量装置，包括：第一挡板、第一伸缩支杆、第一电机、支撑管、第二伸缩支杆、第二挡板、第二电机、激光测量仪、第一伸缩档杆、第二伸缩档杆和处理器；
所述第一伸缩支杆底部垂直设置在所述第一挡板上，所述第一伸缩支杆顶部与所述第一电机的固定部分连接，所述第一电机的转轴与所述支撑管的底部连接，所述支撑管的顶部与所述第二伸缩支杆的底部可拆卸连接，所述第二伸缩支杆的顶部插设在所述第二挡板上；
所述第二电机的固定部分设置在所述支撑管外壁上；
所述激光测量仪设置在所述第二电机的转轴上，并且当所述激光测量仪向下探测时所述激光测量仪的探测面与所述第一挡板的顶面平行，以及当所述激光测量仪向上探测时所述激光测量仪的探测面与所述第二挡板的底面平行；
所述第一伸缩档杆设置在所述支撑管外壁上，并且所述第一伸缩档杆的底面与当所述激光测量仪向下探测时所述激光测量仪的探测面位于同一平面；
所述第二伸缩档杆设置在所述第二伸缩支杆的顶部，且所述第二伸缩档杆的底面与所述第二挡板的顶面平行接触；
所述处理器设置在所述支撑管内部，并且所述处理器分别与所述第一电机、所述第二电机和所述激光测量仪电连接；
所述激光测量仪，用于测量所述第一挡板顶面和当所述激光测量仪向下探测时所述激光测量仪的探测面之间的距离，以及用于测量当所述激光测量仪向上探测时所述激光测量仪的探测面和所述第二挡板底面之间的距离；
所述处理器，用于控制所述第二电机转动并带动所述激光测量仪的探测面朝向所述第一挡板或者朝向所述第二挡板；用于控制所述第一电机转动并带动所述激光测量仪在水平面上转动一定角度；以及用于根据所述第一挡板顶面和当所述激光测量仪向下探测时所述激光测量仪的探测面之间的距离，以及当所述激光测量仪向上探测时所述激光测量仪的探测面和所述第二挡板底面之间的距离，通过平均值法，确定作物实际株高。
较佳地，所述第一挡板的底部设置有尖头。
较佳地，所述支撑管外壁上设置有显示屏，所述显示屏与所述处理器电连接。
本发明实施例提供一种便携式作物株高测量方法，包括：
调节第一伸缩支杆的高度，使第一伸缩挡杆的高度等于或小于作物株高；
将激光测量仪的探测面调整向下；
获取作物第一株高值；
将激光测量仪在水平面上转动一定角度；
获取作物第二株高值；
调节第二伸缩支杆的高度，使第二伸缩挡杆的高度等于作物株高；
将激光测量仪的探测面调整向上；
获取作物第三株高值；
将激光测量仪在水平面上转动一定角度；
获取作物第四株高值；
根据所述作物第一株高值、所述作物第二株高值、所述作物第三株高值和所述作物第四株高值，通过公式(1)，确定作物实际株高值；
公式(1)如下所示：
其中，h1为作物第一株高值；h2为作物第二株高值；h3为作物第三株高值；h4为作物第四株高值。
较佳地，本发明实施例提供一种便携式作物株高测量方法，包括：
调节第一伸缩支杆的高度，使第一伸缩挡杆与作物顶部接触；
将激光测量仪的探测面调整向下；
获取作物第一株高值；
将激光测量仪在水平面上转动一定角度；
获取作物第二株高值；
获取作物第三株高值；
获取作物第四株高值；
根据所述作物第一株高值、所述作物第二株高值、所述作物第三株高值和所述作物第四株高值，通过公式(1)，确定作物实际株高值；其中，所述作物第三株高值和所述作物第四株高值均为零。
较佳地，本发明实施例提供一种便携式作物株高测量方法，包括：
调节第一伸缩支杆的高度，使第一伸缩支杆的高度为第一伸缩支杆的最大高度值；
获取作物第一株高值；
获取作物第二株高值；
调节第二伸缩支杆的高度，使第二伸缩挡杆与作物顶部接触；
将激光测量仪的探测面调整向上；
获取作物第三株高值；
将激光测量仪在水平面上转动一定角度；
获取作物第四株高值
根据所述作物第一株高值、所述作物第二株高值、所述作物第三株高值和所述作物第四株高值，通过公式(1)，确定作物实际株高值；其中，所述作物第一株高值和所述作物第二株高值均为第一伸缩支杆的最大高度值。
较佳地，所述作物第一株高值和所述作物第二株高值均包括：当激光测量仪向下探测时激光测量仪的探测面和第一挡板顶面之间的距离与第一挡板厚度之和；
所述作物第三株高值和所述作物第四株高值均包括：当激光测量仪向上探测时激光测量仪和第二挡板底面之间的距离与第二挡板厚度之和。
较佳地，所述将激光测量仪在水平面上转动一定角度为将激光测量仪在水平面上转动180°。
本发明实施例中，提供一种便携式作物株高测量装置及方法，该发明通过激光测量仪测量待测农作物的高度；进一步地，通过第二电机实现激光测量仪的上下翻转，即使激光探测仪的探测面朝上或朝下，当待测农作物高度小于激光探测仪与第一挡板之间的最大距离时，激光测量仪向下测量，直接获得待测农作物的高度，为了使待测农作物的高度值准确度高，通过第二电机带动激光探测仪旋转，再次测量农作物的高度值，将两次测量高度值求平均值，即可获得高精度的待测农作物高度值；当待测农作物高度大于激光探测仪与第一挡板之间的最大距离时，激光测量仪向下向上同时测量，并且对向下测量和向上测量均求平均值，向下测量平均值和向上测量平均值之和为高精度的待测农作物高度值；该发明操作方便，并且通过激光测量仪智能化测量，以及求平均值计算，其测量精度高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种便携式作物株高测量装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种便携式作物株高测量方法流程图。
附图标记说明：
1-第一挡板，2-第一伸缩支杆，3-第一电机，4-支撑管，5-第二伸缩支杆，6-第二挡板，7-第二电机，8-激光测量仪，9-第一伸缩档杆，10-第二伸缩档杆，11-尖头，12-显示屏。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种便携式作物株高测量装置结构示意图。如图1所示，该装置包括：第一挡板1、第一伸缩支杆2、第一电机3、支撑管4、第二伸缩支杆5、第二挡板6、第二电机7、激光测量仪8、第一伸缩档杆9、第二伸缩档杆10和处理器。
需要说明的是，本发明的装置可以采用轻质材料制作，减少重量，便于携带。
具体地，第一伸缩支杆2底部垂直设置在第一挡板1上，第一伸缩支杆2顶部与第一电机3的固定部分连接，第一电机3的转轴与支撑管4的底部连接，支撑管4的顶部与第二伸缩支杆5的底部可拆卸连接，第二伸缩支杆5的顶部插设在第二挡板6上。
需要说明的是，第一伸缩支杆2、第一电机3、支撑管4和第二伸缩支杆5的中心轴重合。其中，支撑管4的顶部与第二伸缩支杆5的底部可拆卸连接，其作用是：当待测作物株高在一定高度，可以将支撑管4的顶部的结构去掉，只通过向下测量获得待测作物的株高，通过这种结构测量待测作物株高最普遍，结构简单，使用方便，节约资源；当待测作物株高较高，超出普遍现象时，将支撑管4的顶部的结构连接上，通过向上向下测量之和确定待测作物的株高，实用性强，满足不同作物的株高测量。
需要说明的是，第一伸缩支杆2底部垂直设置在第一挡板1的中心位置上；第二伸缩支杆5的顶部插设在第二挡板6的中心位置上。这两种设计方式皆为了整体结构的稳定性，以及激光测量仪8旋转处于不同位置时，其上方和下方均有挡板，用于发射激光测量仪8发出的激光，实现通过激光测量仪8测量待测作物株高。
较佳地，第一挡板1的底部设置有尖头11。使用时，便于将本发明的装置插入地下，对本发明的装置起到稳固作用。
具体地，第二电机7的固定部分设置在支撑管4外壁上；激光测量仪8设置在第二电机7的转轴上，并且当激光测量仪8向下探测时激光测量仪8的探测面与第一挡板1的顶面平行，以及当激光测量仪8向上探测时激光测量仪8的探测面与第二挡板6的底面平行。
需要说明的是，第二电机7转动带动激光测量仪8的探测面绕第二电机7的转轴旋转，从而可以精确的实现激光测量仪8的上下翻转向上测量和向下测量功能。
具体地，第一伸缩档杆9设置在支撑管4外壁上，并且第一伸缩档杆9的底面与当激光测量仪8向下探测时激光测量仪8的探测面位于同一平面。
需要说明的是，优选地，本发明中的支撑管4为长方体结构，第一伸缩档杆9所在支撑管4的侧面与第二电机7所在支撑管4的侧面是相对侧面，测量方便。
较佳地，处理器设置在支撑管4内部；支撑管4外壁上设置有显示屏12，显示屏12所在支撑管4的侧面为与第一伸缩档杆9所在支撑管4的侧面和第二电机7所在支撑管4的侧面相邻的侧面。
具体地，第二伸缩档杆10设置在第二伸缩支杆5的顶部，且第二伸缩档杆10的底面与第二挡板6的顶面平行接触。
需要说明的是，本发明优选地，第一挡板1、第二挡板6、第一伸缩支杆2和第二伸缩支杆5均为长方体结构，但是其具体尺寸根据需要而定。
具体地，处理器分别与第一电机3、第二电机7、激光测量仪8和显示屏12电连接。
需要说明的是，处理器采用STM32系列微处理器。处理器控制第一电机3转动实现激光测量仪8的上下翻转。处理器控制第二电机转动实现多个采样点的高度测量，用于求取精确的待测作物高度值。处理器将计算的待测作物高度值通过显示屏显示出来，便于观察。
具体地，激光测量仪8，用于测量第一挡板1顶面和当激光测量仪8向下探测时激光测量仪8的探测面之间的距离，以及用于测量当激光测量仪8向上探测时激光测量仪8的探测面和第二挡板6底面之间的距离；处理器，用于控制第二电机7转动并带动激光测量仪8的探测面朝向第一挡板1或者朝向第二挡板6；用于控制第一电机3转动并带动激光测量仪8在水平面上转动一定角度；以及用于根据第一挡板1顶面和当激光测量仪8向下探测时激光测量仪8的探测面之间的距离，以及当激光测量仪8向上探测时激光测量仪8的探测面和第二挡板6底面之间的距离，通过平均值法，确定作物实际株高。
本发明实施例提供的一种便携式作物株高测量方法，图2为本发明实施例提供的一种便携式作物株高测量方法流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤S201：调节第一伸缩支杆的高度，使第一伸缩挡杆的高度等于或小于作物株高。
步骤S202：将激光测量仪的探测面调整向下。
步骤S203：获取作物第一株高值。
步骤S204：将激光测量仪在水平面上转动一定角度。
步骤S205：获取作物第二株高值。
步骤S206：调节第二伸缩支杆的高度，使第二伸缩挡杆的高度等于作物株高。
步骤S207：将激光测量仪的探测面调整向上。
步骤S208：获取作物第三株高值。
步骤S209：将激光测量仪在水平面上转动一定角度。
步骤S210：获取作物第四株高值。
步骤S211：根据作物第一株高值、作物第二株高值、所述第三株高值和作物第四株高值，通过公式(1)，确定作物实际株高值。
公式(1)如下所示：
其中，h1为作物第一株高值；h2为作物第二株高值；h3为作物第三株高值；h4为作物第四株高值。
较佳地，作物第一株高值和作物第二株高值均包括：当激光测量仪向下探测时激光测量仪的探测面和第一挡板顶面之间的距离与第一挡板厚度之和；作物第三株高值和作物第四株高值均包括：当激光测量仪向上探测时激光测量仪和第二挡板底面之间的距离与第二挡板厚度之和。将第一挡板厚度和第二挡板厚度加入作物实际株高值的计算，进一步保证了测量精度。
较佳地，将激光测量仪在水平面上转动一定角度为将激光测量仪在水平面上转动180°。取两个相对位置参与平均值计算，采样合理，计算准确度高。
需要说明的是，上述方法的执行步骤仅是一种优选实施例，可以改变执行顺序，能够实现本发明的测量目的即可。
基于本发明实施例提供的一种便携式作物株高测量装置和方法，本发明提供了两种测量实例，其具体步骤如下所示：
(1)第一种方法为当待测农作物高度小于激光探测仪与第一挡板之间的最大距离时的作物株高测量方法。该方法包括：
调节第一伸缩支杆的高度，使第一伸缩挡杆底部与作物顶部接触。
调整激光测量仪的探测面向下。
获取作物第一株高值。
将激光测量仪在水平面上转动一定角度。
获取作物第二株高值。
根据作物第一株高值和作物第二株高值，通过公式(2)，确定作物实际株高值。
公式(2)如下所示：
其中，h为作物实际株高值；h11为作物第一株高值；h12为作物第二株高值。
需要说明的是，激光测量仪不需要向上测量，向上测量量为0。
(2)第二种方法为当待测农作物高度大于激光探测仪与第一挡板之间的最大距离时的作物株高测量方法。该方法包括：
调节第一伸缩支杆的高度，使第一伸缩挡杆的高度最大。
获取作物下部第一株高值。
获取作物下部第二株高值。
调整激光测量仪的探测面向上。
获取作物上部第一株高值。
将激光测量仪在水平面上转动一定角度。
获取作物上部第二株高值。
根据作物下部第一株高值、作物下部第二株高值、作物上部第一株高值和作物上部第二株高值，通过公式(3)，确定作物实际株高值。
公式(3)如下所示：
其中，h下1为作物下部第一株高值；h下2为作物下部第二株高值；h上1为作物上部第一株高值；h上2为作物上部第二株高值。
需要说明的是，作物下部第一株高值h下1和作物下部第二株高值h下2相等且为第一伸缩支杆的最大值，即不需要通过激光测量仪测量测量。
综上所述，本发明实施例提供的一种便携式作物株高测量装置及方法，通过激光测量仪测量待测农作物的高度；进一步地，通过第二电机实现激光测量仪的上下翻转，即使激光探测仪的探测面朝上或朝下，当待测农作物高度小于激光探测仪与第一挡板之间的最大距离时，激光测量仪向下测量，直接获得待测农作物的高度，为了使待测农作物的高度值准确度高，通过第二电机带动激光探测仪旋转，再次测量农作物的高度值，将两次测量高度值求平均值，即可获得高精度的待测农作物高度值；当待测农作物高度大于激光探测仪与第一挡板之间的最大距离时，激光测量仪向下向上同时测量，并且对向下测量和向上测量均求平均值，向下测量平均值和向上测量平均值之和为高精度的待测农作物高度值；该发明操作方便，并且通过激光测量仪智能化测量，以及求平均值计算，其测量精度高。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种便携式作物株高测量装置，其特征在于，包括：第一挡板(1)、第一伸缩支杆(2)、第一电机(3)、支撑管(4)、第二伸缩支杆(5)、第二挡板(6)、第二电机(7)、激光测量仪(8)、第一伸缩档杆(9)、第二伸缩档杆(10)和处理器；
所述第一伸缩支杆(2)底部垂直设置在所述第一挡板(1)上，所述第一伸缩支杆(2)顶部与所述第一电机(3)的固定部分连接，所述第一电机(3)的转轴与所述支撑管(4)的底部连接，所述支撑管(4)的顶部与所述第二伸缩支杆(5)的底部可拆卸连接，所述第二伸缩支杆(5)的顶部插设在所述第二挡板(6)上；
所述第二电机(7)的固定部分设置在所述支撑管(4)外壁上；
所述激光测量仪(8)设置在所述第二电机(7)的转轴上，并且当所述激光测量仪(8)向下探测时所述激光测量仪(8)的探测面与所述第一挡板(1)的顶面平行，以及当所述激光测量仪(8)向上探测时所述激光测量仪(8)的探测面与所述第二挡板(6)的底面平行；
所述第一伸缩档杆(9)设置在所述支撑管(4)外壁上，并且所述第一伸缩档杆(9)的底面与当所述激光测量仪(8)向下探测时所述激光测量仪(8)的探测面位于同一平面；
所述第二伸缩档杆(10)设置在所述第二伸缩支杆(5)的顶部，且所述第二伸缩档杆(10)的底面与所述第二挡板(6)的顶面平行接触；
所述处理器设置在所述支撑管(4)内部，并且所述处理器分别与所述第一电机(3)、所述第二电机(7)和所述激光测量仪(8)电连接；
所述激光测量仪(8)，用于测量所述第一挡板(1)顶面和当所述激光测量仪(8)向下探测时所述激光测量仪(8)的探测面之间的距离，以及用于测量当所述激光测量仪(8)向上探测时所述激光测量仪(8)的探测面和所述第二挡板(6)底面之间的距离；
所述处理器，用于控制所述第二电机(7)转动并带动所述激光测量仪(8)的探测面朝向所述第一挡板(1)或者朝向所述第二挡板(6)；用于控制所述第一电机(3)转动并带动所述激光测量仪(8)在水平面上转动一定角度；以及用于根据所述第一挡板(1)顶面和当所述激光测量仪(8)向下探测时所述激光测量仪(8)的探测面之间的距离，以及当所述激光测量仪(8)向上探测时所述激光测量仪(8)的探测面和所述第二挡板(6)底面之间的距离，通过平均值法，确定作物实际株高。
2.如权利要求1所述的便携式作物株高测量装置，其特征在于，所述第一挡板(1)的底部设置有尖头(11)。
3.如权利要求1所述的便携式作物株高测量装置，其特征在于，所述支撑管(4)外壁上设置有显示屏(12)，所述显示屏(12)与所述处理器电连接。
4.一种基于权利要求1所述的便携式作物株高测量装置的便携式作物株高测量方法，其特征在于，包括：
调节第一伸缩支杆的高度，使第一伸缩挡杆的高度等于或小于作物株高；
将激光测量仪的探测面调整向下；
获取作物第一株高值；
将激光测量仪在水平面上转动一定角度；
获取作物第二株高值；
调节第二伸缩支杆的高度，使第二伸缩挡杆的高度等于作物株高；
将激光测量仪的探测面调整向上；
获取作物第三株高值；
将激光测量仪在水平面上转动一定角度；
获取作物第四株高值；
根据所述作物第一株高值、所述作物第二株高值、所述作物第三株高值和所述作物第四株高值，通过公式(1)，确定作物实际株高值；
公式(1)如下所示：
其中，h1为作物第一株高值；h2为作物第二株高值；h3为作物第三株高值；h4为作物第四株高值。
5.如权利要求4所述的便携式作物株高测量方法，其特征在于，所述作物第一株高值和所述作物第二株高值均包括：当激光测量仪向下探测时激光测量仪的探测面和第一挡板顶面之间的距离与第一挡板厚度之和；
所述作物第三株高值和所述作物第四株高值均包括：当激光测量仪向上探测时激光测量仪和第二挡板底面之间的距离与第二挡板厚度之和。
6.如权利要求4所述的便携式作物株高测量方法，其特征在于，所述将激光测量仪在水平面上转动一定角度为将激光测量仪在水平面上转动180°。
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