CN107677230B - 一种用于检测温室棚面开度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种用于检测温室棚面开度的方法，包括：步骤S1、基于温室的基础架构，建立与所述基础架构相匹配的简化几何模型；步骤S2、基于所述简化几何模型和所述温室棚面的开度位置所对应的转角，确定所述开度位置对应的开度弧长，并计算得到所述温室棚面的开度。相比于现有技术中棚面上卷帘/卷膜的实际开度的大小只能通过人工观察，本发明的用于检测温室棚面开度的方法，对于任意弧度的棚面的开度能够实现自动监测，且测算方法简单，无需改变棚面结构。

Description

一种用于检测温室棚面开度的方法

技术领域

本发明涉及种植检测技术，更具体地，涉及一种用于检测温室棚面开度的方法。

背景技术

日光温室由两侧山墙，后墙体、支撑骨架及覆盖材料组成。目前，日光温室的应用非常广泛，其采用人工措施创造适宜作物生长的条件，打破传统季节性限制，为蔬菜的提早、延后或全年无间歇收获提供了可能。并且，通过调整温室内的温度、湿度等条件，能够有效提高蔬菜的产量和质量。

由于规模的扩大，温室架构也相对更复杂。因此，日光温湿度的配套机械的使用必不可少。其中，日光温室卷帘机能够减少日光温室在寒冷夜间的热量散失，将棚室温度维持在作物生长发育所需较为适宜的范围，且可以在白天太阳光照过强时，用以遮阳或是在雨雪天气为作物提供必要的保护。

日光温室卷膜通风系统分上、下通风口，在冬季，通过通风卷膜机，打开上风口进行通风，调节室内外的温差及当前室内温度与所要求温度之差。在春季及秋季室外温度相对较高时，则打开下部放风口，与北墙通风口形成南北对流，可以减少室内的湿度，同时对减少病害也有一定的积极作用。

日光温室卷帘机的种类较多，其中，应用最广泛的有后置固定上拉式卷帘机和棚面自走式卷帘机。后置固定上拉式卷帘机通过主机转动卷杆，卷杆缠绕拉绳，拉绳拉动保温材料，而放落保温材料则利用其自身重量沿棚面坡度滑落而下。棚面自走式卷帘机则通过架设辅助支架，依靠卷帘本身的牵引及其与棚面所存在的摩擦力，动力装置驱动卷轴和动力装置随着保温材料沿着日光温室棚面一起运动，卷帘的卷起和铺放均有动力支持。

由于棚面的形状根据需求而设置，通常没有一定的规格，对卷帘/卷膜的实时位置缺乏监测手段，目前，这两种日光温室配套设施的控制方式主要为人工操作控制和安全限位控制，在卷帘、卷膜过程中，需要对其卷帘、卷膜位置进行全程人工观测，费时费力，自动化程度较低且控制效果不佳。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种用于检测温室棚面开度的方法，以解决卷帘/卷膜的实时位置无法进行自动监测而无法实现自动控制的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种用于检测温室棚面开度的方法，包括：

步骤S1、基于温室的基础架构，建立与所述基础架构相匹配的简化几何模型；

步骤S2、基于所述简化几何模型和所述温室棚面的开度位置所对应的转角，确定所述开度位置对应的开度弧长，并计算得到所述温室棚面的开度。

进一步地，步骤S1中基于温室的基础架构，建立与所述基础架构相匹配的几何模型具体包括：将所述温室棚面简化为一段弧线，所述弧线包括至少一段圆弧线。

进一步地，所述转角的获取方法具体为：所述温室的墙体底部设置有固定底座，所述固定底座上转动连接有对应所述开度位置的升缩杆支架，所述固定底座上还设置有与所述升缩杆支架轴连接的角度传感器，所述角度传感器通过检测所述升缩杆支架转动的角度以获取所述开度位置对应的转角。

进一步地，步骤S2进一步包括：

步骤S21、连接一圆弧线的最高端点和最低端点得到第一连线；

步骤S22、所述第一连线的中垂线与所述圆弧线的交点为弧线交点；

步骤S23、所述中垂线上的一点到所述弧线交点的距离，与该点分别到所述最高端点和最低端点的距离相等，该点为所述圆弧线的虚拟圆心，所述虚拟圆心到所述弧线交点的距离为虚拟半径；

步骤S24、基于所述转角和虚拟半径，确定所述圆弧线的开度弧长，并计算棚面的开度。

进一步地，所述弧线的弧长为各圆弧线的弧长的总和，任一圆弧线的弧长采用如下步骤获取：

所述圆弧线的最高端点和最低端点与所述圆弧线对应的虚拟圆心构成等腰三角形，由所述圆弧线的最高端点和最低端点分别在水平方向的投影距离以及在竖直方向上的投影距离可换算得到所述等腰三角形的底角，基于所述底角计算得到所述等腰三角形的顶角，由所述顶角确定所述圆弧线对应的圆心角，由所述圆心角与虚拟半径即可计算得到所述圆弧线的弧长。

进一步地，所述弧线包括一段圆弧线时，步骤S24进一步包括：

步骤A241、基于第一函数关系确定开度位置与所述圆弧线的最高端点之间的弧线所对应的第一圆心角；所述第一函数关系为基于开度位置、固定底座位置与所述圆弧线的最高端点构成的第一三角形以及开度位置、所述圆弧线的最高端点与所述圆弧线的虚拟圆心构成的第二三角形之间的三角函数关系；

步骤A242、基于所述第一圆心角，以及所述圆弧线的最高端点、最低端点和所述虚拟圆心构成的三角形，确定所述开度位置与所述圆弧线的最低端点之间的弧线所对应的第二圆心角；

步骤A243、基于所述第二圆心角和虚拟半径，计算得到所述开度位置与所述圆弧线的最低端点之间的弧线的长度，即计算得到所述开度弧长；

步骤A244、基于所述开度弧长与圆弧线的弧长，计算棚面开度。

进一步地，步骤A244中计算棚面开度的公式具体为：

其中，θ为最高端点和虚拟圆心间的连线与第一连线形成的第一夹角，α为转角，S为第一连线的长度，H为圆弧线的最高端点与最低端点在竖直方向上的投影距离。

进一步地，所述弧线包括第一圆弧线和第二圆弧线，且第一圆弧线的最高端点与所述弧线的最高端点重合、所述第二圆弧线的最低端点与所述弧线的最低端点重合时，步骤S24进一步包括：

步骤B241、基于第二函数关系确定所述第二圆弧线的最低端点与位于所述第二圆弧线上的开度位置之间的弧线所对应的第五圆心角；所述第二函数关系为基于开度位置、固定底座位置与所述第二圆弧线的最低端点构成的第三三角形，以及开度位置、所述第二圆弧线的最低端点与所述第二圆弧线的虚拟圆心构成的第四三角形之间的三角函数关系；

步骤B242、基于所述第五圆心角和虚拟半径，计算得到开度弧长；

步骤B243、基于所述开度弧长、第二圆弧线和第一圆弧线的弧长，计算棚面开度：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，β₁为第一圆弧线对应的圆心角，β₂为第二圆弧线对应的圆心角，α为开度位置对应的转角，L为弧线的最高端点与最低端点在水平方向上的投影距离。

进一步地，所述弧线包括第一圆弧线和第二圆弧线，且第一圆弧线的最高端点与所述弧线的最高端点重合、所述第二圆弧线的最低端点与所述弧线的最低端点重合时，步骤S24进一步包括：

步骤C241、基于第三函数关系确定所述第一圆弧线的最高端点与位于所述第一圆弧线上的开度位置之间的弧线所对应的第六圆心角；所述第三函数关系为基于开度位置、固定底座位置与所述第一圆弧线的最高端点构成的第五三角形，以及开度位置、所述第一圆弧线的最高端点与所述第一圆弧线的虚拟圆心构成的第六三角形之间的三角函数关系；

步骤C242、基于所述第六圆心角，以及所述圆弧线的最高端点、最低端点和所述第一圆弧线的虚拟圆心构成的三角形，确定所述开度位置与所述最低端点之间的弧线段所对应的第七圆心角；

步骤C243、基于所述第七圆心角和所述第一圆弧线的虚拟半径，计算得到开度弧长；

步骤C244、基于所述开度弧长、第一圆弧线和第一圆弧线的弧长，计算棚面开度：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，β₁为第一圆弧线对应的圆心角，β₂为第二圆弧线对应的圆心角，α为开度位置对应的转角，H为弧线的最高端点与最低端点在竖直方向上的投影距离。

本发明的有益效果主要如下：

(1)将温室架构简化为几何模型，能够便于由几何模型构造虚拟空间位置关系，以简化计算，同时使各位置关系更直观；

(2)基于虚拟空间位置关系所建立的各关系函数，即可获取任意弧度的棚面上卷帘/卷膜的开度，不需改变棚面本身的结构，其适用性强，计算过程简单，易于控制；

(3)计算过程所涉及的参数少，且易于实测或通过简单换算即可得到。

附图说明

图1为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的几何模型示意图；

图2为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的驱动装置结构示意图；

图3为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的驱动装置结构示意图；

图4为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的驱动装置结构示意图；

图5为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的棚面简化为一段圆弧线的几何模型示意图；

图6为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的棚面简化为两段圆弧线的几何模型示意图；

图7为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的棚面简化为两段圆弧线的几何模型示意图；

图8为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的棚面简化为两段圆弧线的几何模型示意图；

图9为根据本发明实施例中一种用于检测温室棚面开度的方法的棚面简化为三段圆弧线的几何模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1所示，一种用于检测温室棚面开度的方法，包括：

步骤S1、基于温室的基础架构，建立与所述基础架构相匹配的几简化何模型；

步骤S2、基于所述简化几何模型和所述温室棚面的开度位置所对应的转角，确定所述开度位置对应的开度弧长，并计算得到所述温室棚面的开度。

由于温室的实际架构的尺寸通常比较大，为便于精简其计算过程，根据温室的实际架构，建立与之相适应的简化几何模型。同时，温室的实际架构中，还包含有诸如多种支柱、横梁等支撑结构，这些具体结构的不同不会影响对棚面开度的计算过程。因此，在所建立的简化几何模型中不涉及此类结构参数，能够更进一步简化所得几何模型的结构。

具体地，开度位置为卷帘/卷膜所卷起的位置，即卷帘/卷膜的卷轴所在的位置。开度位置对应的开度弧长即为开度位置与温室棚面的最低点之间的开度弧线所对应的弧长，也就是，温室棚面上未覆盖卷膜/卷帘的部分棚面所对应的截面长度。

在所建立的简化几何模型中，由温室棚面的开度位置所对应的转角，构建各种虚拟位置关系，进一步完善几何模型对棚面的模拟结构。同时，也能够使所涉及的各位置关系或计算关系更直观、简明，以计算棚面的开度。

具体地，棚面的开度由棚面上未覆盖卷帘/卷膜的部分的弧长与棚面总的弧长的比值确定。

在另一个具体的实施例中，步骤S1中基于温室的基础架构，建立与所述基础架构相匹配的几何模型具体包括：将温室的棚面简化为一段弧线，该弧线包含至少一段圆弧线。具体地，根据棚面的实际结构，可以将棚面简化为多段圆弧线，各段圆弧线的弧长的算法相同。

具体地，以弧线包含一段圆弧线，即棚面简化所得的弧线为圆弧线为例，参见图1所示。将棚面简化而得的弧线ae为圆弧线ae，点a为圆弧线的最高端点，点e为圆弧线的最低端点。ce段水平直线为温室地面简化后在几何模型中的标识，温室墙体简化为bc段线段，且直线bc垂直于直线ce。

在另一个具体的实施例中，所述转角的获取方法具体为：所述温室的墙体底部设置有固定底座，所述固定底座上转动连接有对应所述开度位置的升缩杆支架，所述固定底座上还设置有与所述升缩杆支架轴连接的角度传感器，所述角度传感器通过检测所述升缩杆支架转动的角度以获取所述开度位置对应的转角。

具体地，转角α为伸缩杆支架以固定底座为转点而相对于竖直方向的角度。当开度位置不同时，伸缩杆支架对应的转角大小不一样，即开度位置对应的转角大小不一样。因此，通过对转角的监测，可以实时的计算得到开度的大小。并且，对转角大小的监测方式简单、易于实现。

具体地，转角α由在卷膜/卷帘的驱动装置上加装的角度传感器获取。参见图2所示，温室墙体1、上通风卷膜/卷帘2、伸缩杆支架3、棚室骨架4、下通风卷膜/卷帘5、下通风卷膜/卷帘轴6。

下通风卷膜/卷帘6依次通过卷轴轴承8和联轴器9与直流电机10相连。直流电机10驱动下通风卷膜/卷帘6转动，以带动下通风卷膜/卷帘5铺设或收起。同时，参见图3所示，下通风卷膜/卷帘6套设有下轴承支座7，下轴承支座7通过下伸缩杆支架3与固定于温室墙体1下侧的固定底座11上。参见图4所示，该固定底座11上安装有角度传感器12。角度传感器12用于感知下伸缩杆支架3转动的角度。通过角度传感器12对下伸缩杆支架3转动角度的感知，即能够实时获取转角α。

对应地，上通风卷膜/卷帘轴上套设有上轴承支座，上轴承支座通过上伸缩杆支架连接至固定底座11。上伸缩杆支架与下伸缩杆支架3均铰接于固定底座11上，安装于固定底座11上的角度传感器12能够感知上伸缩杆支架和/或下伸缩杆支架3转动的角度，以用于对棚面上开度的确定。

在另一个具体的实施例中步骤S2中基于所述几何模型和所述温室棚面的开度位置所对应的转角，确定所述开度位置对应的开度弧长具体包括：

步骤S21、连接任一圆弧线的最高端点和最低端点得到第一连线；

步骤S22、所述第一连线的中垂线与所述圆弧线的交点为弧线交点；

步骤S23、所述中垂线上的一点到所述弧线交点的距离，与该点分别到所述最高端点和最低端点的距离相等，该点为所述圆弧线的虚拟圆心，所述虚拟圆心到所述弧线交点的距离为虚拟半径；

步骤S24、基于所述转角和虚拟半径，确定所述圆弧线的开度弧长，并计算棚面的开度。

具体地，由圆弧线的最高端点和最低端点，基于圆心与半径之间的关系，能够确定圆弧线的虚拟圆心和虚拟半径。在此基础上，通过建立转角与开度弧线所对应的圆心角之间的关系，用于计算得到开度弧长。

具体地，参见图1所示，将圆弧线的最高端点a与最低端点e相连，形成第一连线ae。作第一连线ae的中垂线，该中垂线的与圆弧线ae相交于一点，定义该交点为弧线交点f。在中垂线上取一点O，使点O到圆弧线ae的最高端点a、圆弧线ae的最低端点e和弧线交点f的距离均相等，则点O即为对应圆弧线ae的虚拟圆心，点O距离最高端点/最低端点/弧线交点的距离即为虚拟半径R。

具体地，此时得到的虚拟半径R的具体数据仍是未知的，根据圆弧线ae的弧度的不同，所得到的虚拟圆心O在对应到实际的温室架构中的位置也不相同。

具体地，△Oae中，第二连线Oa与第一连线ae形成的夹角称为第一夹角θ。根据该第一夹角θ的余弦函数的不同表示方式，可以计算得到基于圆弧线ae的最高端点a和圆弧线ae的最低端点e在竖直方向上的投影距离H与第一连线ae的长度S的函数关系。

具体地，第一夹角θ的余弦函数计算如下：

式中，S为第一连线ae的长度，H为圆弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上的投影距离，R为圆弧线ae对应的虚拟半径，θ为第一夹角。

具体地，第一连线ae的长度S可以实测得到，也可以采用如下公式计算得到：

式中，H为圆弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上的投影距离，L为圆弧线ae的最高端点a与最低端点e在水平方向上的投影距离。

具体地，第一夹角θ可以实测得到，也可以根据如下公式计算得到：

式中，H为圆弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上的投影距离，L为圆弧线ae的最高端点a与最低端点e在水平方向上的投影距离。

由公式(1)即可推导得到虚拟半径R的关系函数：

在另一个具体的实施例中，所述弧线的弧长为各圆弧线的弧长的总和，任一圆弧线的弧长采用如下步骤获取：

所述圆弧线的最高端点和最低端点与所述圆弧线对应的虚拟圆心构成等腰三角形，由所述圆弧线的最高端点和最低端点分别在水平方向的投影距离以及在竖直方向上的投影距离可换算得到所述等腰三角形的底角，基于所述底角计算得到所述等腰三角形的顶角，确定所述圆弧线的圆心角，由所述圆心角与虚拟半径即可计算得到圆弧线的弧长。

具体地，由第一夹角θ，也即等腰三角形△Oae的底角，可以计算得到圆弧线ae对应的圆心角β'＝π-2θ。由该圆心角β'以及虚拟半径R，可计算得到整体棚面所对应的整段弧线ae的总的弧长，即弧线ae的弧长l，其可表示如下公式：

式中，θ为第二连线Oa与第一连线ae形成的夹角称为第一夹角，R为虚拟半径。

在另一个具体的实施例中，所述弧线仅包括一段圆弧线时，步骤S24进一步包括：

步骤A241、基于第一函数关系确定开度位置与所述圆弧线的最高端点之间的弧线所对应的第一圆心角；所述第一函数关系为基于开度位置、固定底座位置与所述圆弧线的最高端点构成的第一三角形以及开度位置、所述圆弧线的最高端点与所述圆弧线的虚拟圆心构成的第二三角形之间的三角函数关系；

步骤A242、基于所述第一圆心角，以及所述圆弧线的最高端点、最低端点和所述虚拟圆心构成的三角形，确定所述开度位置与所述圆弧线的最低端点之间的弧线所对应的第二圆心角；

步骤A243、基于所述第二圆心角和虚拟半径，计算得到所述开度位置与所述圆弧线的最低端点之间的弧线的长度，即计算得到所述开度弧长；

步骤A244、基于所述开度弧长与圆弧线的弧长，计算棚面开度。

参见图5所示，由开度位置g、固定底座所在位置d和圆弧线ae的最高端点a所形成的△dag，以及开度位置g、圆弧线ae对应的虚拟圆心O与圆弧线ae的最高端点a所形成的△Oag。由△dag和△Oag之间的三角函数关系，能够建立关于转角α与第一圆心角β之间的第一函数关系。其中，第一圆心角β为开度位置g与圆弧线ae的最高端点a之间的弧线对应的圆心角。

具体地，由△dag和△Oag之间的三角函数关系得到第一函数关系：

式中，α为转角，β为第一圆心角，R为圆弧线ae对应的虚拟半径，H为圆弧线ae的最高端点与圆弧线ae的最低端点e在竖直方向上的投影距离。

由公式(6)可推导得到第一圆心角β：

式中，α为转角，β为第一圆心角，R为圆弧线ae对应的虚拟半径，H为圆弧线ae的最高端点与圆弧线ae的最低端点e在竖直方向上的投影距离。

具体地，参见图1所示，由△Oae可知，圆弧线ae对应的圆心角β'，以及第一圆心角β，可计算得到对应棚面上卷膜/卷帘掀开的部分、开度位置g与圆弧线ae的最低端点e之间的圆弧线eg的第二圆心角β”＝β'-β＝π-2θ-β。由该第二圆心角和虚拟半径，即可计算得到开度弧长l'，即棚面上卷膜/卷帘掀开的部分对应的圆弧线eg的弧长可采用如下公式计算：

l'＝(π-2θ-β)×R (8)

式中，θ为第二连线Oa与第一连线ae形成的夹角称为第一夹角，R为虚拟半径，β为第三连线Og与第二连线Oa形成的第一圆心角。

具体地，由开度弧长l'和圆弧线ae的弧长l，即可计算得到对应棚面的开度K。具体计算的函数关系如下：

其中，θ为第二连线Oa与第一连线ae形成的夹角称为第一夹角，R为虚拟半径，β为第一圆心角。

具体地，将第一圆心角β代入公式(9)，即可得到对应温室棚面开度K的关系函数：

其中，θ为第二连线Oa与第一连线ae形成的夹角称为第一夹角，α为转角，S为第一连线ae的长度，H为圆弧线ae的最高端点a与最低端点e之间的高度差，l'为圆弧线eg的弧长，l为圆弧线ae的弧长。

其中，圆弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上的投影距离为已知值H；通过测量即可得到。第一连线ae的长度S可以通过实测得到，也可以通过计算换算得到；第二连线Oa与第一连线ae形成的夹角称为第一夹角θ通过圆弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上的投影距离H和为圆弧线ae的最高端点a与最低端点e在水平方向上的投影距离L即可换算得到。

在另一个具体的实施例中，由于田地或温室架构的需求，棚面的弧度会有不同的要求。因此，棚面有可能会由多个不同弧度的弧面构成。按照棚面的实际结构，将棚面简化为包含有两段具有不同弧度的圆弧线，两段圆弧线依次相连成为一段弧线，该弧线对应棚面的弧度变化。

具体地，参见图6所示，棚面简化为第一圆弧线am和第二圆弧线em两段圆弧线，第一圆弧线am和第二圆弧线em具有不同的虚拟圆心和虚拟半径。第一圆弧线am的虚拟圆心O₁，其虚拟半径R₁；第二圆弧线em的虚拟圆心O₂，其虚拟半径为R₂。

分别确定第一圆弧线am和第二圆弧线em的虚拟圆心和虚拟半径的方法，与将棚面简化为一段圆弧线ae时，确定圆弧线ae的虚拟圆心和虚拟半径的方法相同。第一圆弧线am和第二圆弧线em之间的节点m即根据棚面的结构具体选择。

具体地，参见图6所示，第二圆弧线em的最低端点e与最高端点m之间的线段em，与第二圆弧线em的最低端点e与虚拟圆心O₂之间的线段O₂e，线段em与线段O₂e之间的夹角为第二夹角θ₂。

由第二夹角θ₂即可得到第二圆弧线em所对应的第三圆心角β₂＝-π-2θ₂。由该第三圆心角β₂，即可计算得到第二圆弧线em的弧长l₂＝β₂×R₂。

第一圆弧线am的最高端点a与最低端点m之间的线段am，与第一圆弧线am的最高端点a与虚拟圆心O₁之间的线段O₁a，线段am与线段O₁a之间的夹角为第三夹角θ₁。

由第三夹角θ₁可得到第一圆弧线am所对应的第四圆心角β₁＝π-2θ₁。由该第四圆心角β₁，即可计算得到第一圆弧线am的弧长l₁＝β₁×R₁。

由第一圆弧线am的弧长l₁和第二圆弧线em的弧长l₂，即可计算得到弧线ae的弧长l₀＝l₁+l₂＝β₁×R₁+β₂×R₂。

可以理解的是，当棚面简化为两段圆弧线时，两段圆弧线的交点确定后，如图6中的m点确定后，第二夹角θ₂、第三夹角θ₁即可测量或通过换算得到。

在另一个具体的实施例中，当弧线ae包括两段圆弧线时，即弧线包括第一圆弧线和第二圆弧线，且第一圆弧线的最高端点与所述弧线的最高端点重合、所述第二圆弧线的最低端点与所述弧线的最低端点重合时，步骤S24进一步包括：

步骤B241、基于第二函数关系确定所述第二圆弧线的最低端点与位于所述第二圆弧线上的开度位置之间的弧线所对应的第五圆心角；所述第二函数关系为基于开度位置、固定底座位置与所述第二圆弧线的最低端点构成的第三三角形，以及开度位置、所述第二圆弧线的最低端点与所述第二圆弧线的虚拟圆心构成的第四三角形之间的三角函数关系；

步骤B242、基于所述第五圆心角和虚拟半径，计算得到开度弧长；

步骤B243、基于所述开度弧长、第二圆弧线和第一圆弧线的弧长，计算棚面开度K：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，β₁为第一圆弧线对应的圆心角，β₂为第二圆弧线对应的圆心角，α为开度位置对应的转角，L为弧线ae的最高端点a与最低端点e在水平方向上的投影距离。

具体地，参见图7所示，当开度位置位于第二圆弧线em上时，由线段em与线段de之间的夹角θ₂的余弦函数可得：

其中，R₂为第二圆弧线的虚拟半径、S₂为第二圆弧线的最高端点m与最低端点e之间的距离、L₂为第二圆弧线的最高端点m与最低端点e在水平方向的投影距离。

由上式即可得到第二圆弧线em对应的虚拟半径R₂：

其中，S₂为第二圆弧线的最高端点m与最低端点e之间的距离、L₂为第二圆弧线的最高端点m与最低端点e在水平方向的投影距离。

确定第二圆弧线em的虚拟半径R₂后，由开度位置p、固定底座位置d、与第二圆弧线的最低端点e构成的第三三角形△dep，以及开度位置p、第二圆弧线的虚拟圆心O₂与第二圆弧线的最低端点e构成的第四三角形△O₂ep，由第三三角形△dep和第四三角形△O₂ep之间的三角函数关系，得到第二函数关系：

其中，R₂为第二圆弧线的虚拟半径、S₂为第二圆弧线的最高端点m与最低端点e之间的距离、L为弧线ae的最高端点a与最低端点e在水平方向的投影距离，β'₂为开度位置p与第二圆弧线的最低端点e之间的圆弧线ep所对应的第五圆心角，α为开度位置p所对应的转角。

由第二关系函数可以得到开度位置p与第二圆弧线的最低端点e之间的圆弧线ep所对应的第五圆心角β'₂：

其中，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，L为弧线ae的最高端点与最低端点在水平方向上投影的距离，α为开度位置p所对应的转角。

由第五圆心角β'₂即可计算得到开度位置p与第二圆弧线的最低端点e之间对应的圆弧线ep的弧长l'₂：

其中，β'₂为开度位置p与第二圆弧线的最低端点e之间的圆弧线ep所对应的第五圆心角，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，L为弧线ae的最高端点与最低端点在水平方向上的投影距离，α为开度位置p所对应的转角。

则由弧线ae的弧长l₀和圆弧线ep的弧长l'₂，可计算得到棚面开度K为：

其中，β₂为第二圆弧线的最高端点m与最低端点e之间的弧线所对应的圆心角，β₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m之间的弧线所对应的圆心角，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，L为弧线ae的最高端点a与最低端点e在水平方向上投影的距离，α为开度位置p所对应的转角。

在另一个具体的实施例中，当弧线ae包括两段圆弧线时，即所述弧线包括第一圆弧线和第二圆弧线，且第一圆弧线的最高端点与所述弧线的最高端点重合、所述第二圆弧线的最低端点与所述弧线的最低端点重合时，步骤S24进一步包括：

步骤C241、基于第三函数关系确定所述第一圆弧线的最高端点与位于所述第一圆弧线上的开度位置之间的弧线所对应的第六圆心角；所述第三函数关系为基于开度位置、固定底座位置于所述第一圆弧线的最高端点构成的第五三角形，以及开度位置、所述第一圆弧线的最高端点与所述第一圆弧线的虚拟圆心构成的第六三角形之间的三角函数关系；

步骤C242、基于所述第六圆心角，以及所述圆弧线的最高端点、最低端点和所述第一圆弧线的虚拟圆心构成的三角形，确定所述开度位置与所述最低端点之间的弧线段所对应的第七圆心角；

步骤C243、基于所述第七圆心角和所述第一圆弧线的虚拟半径，计算得到开度弧长；

步骤C244、基于所述开度弧长、第一圆弧线和第一圆弧线的弧长，计算棚面开度K：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，β₁为第一圆弧线对应的圆心角，β₂为第二圆弧线对应的圆心角，α为开度位置对应的转角，H为弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上投影的距离。

具体地，参见图8所示，当开度位置位于第一圆弧线am上时，由线段am与线段da之间的夹角θ₁的余弦函数可得：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径、S₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m之间的距离、H₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m在竖直方向的投影距离。

由上式即可得到第一圆弧线am对应的虚拟半径R₁：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径、S₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m之间的距离、H₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m在竖直方向上的投影距离。

确定第一圆弧线am的虚拟半径R₁后，由开度位置n、固定底座位置d与第一圆弧线的最高端点a构成的第五三角形△dan，以及开度位置n、第一圆弧线的虚拟圆心O₁与第一圆弧线的最高端点a构成的第六三角形△O₁an，由第五三角形△dan和第六三角形△O₁an之间的三角函数关系，得到第三函数关系：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径、S₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m之间的距离、H₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m在竖直方向上的投影距离，β₁'为开度位置n与第一圆弧线的最高端点a之间的圆弧线an所对应的第六圆心角。

由第三关系函数可以得到开度位置n与第一圆弧线的最高端点a之间的圆弧线an所对应的第六圆心角β'₁：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，H为弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上的投影距离，α为开度位置n所对应的转角。

由第六圆心角β'₁与第一圆弧线am所对应的第四圆形圆心角β₁，可计算得到开度位置n与第一圆弧线em的最低端点e之间的弧线所对应的第七圆心角β”₁＝β₁-β'₁。由该第七圆心角β”₁即可计算得到开度位置n与第一圆弧线am的最低端点m之间对应的圆弧线nm的弧长l'_nm：

其中，β₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m之间的弧线所对应的第四圆心角，β'₁为开度位置n与第一圆弧线的最高端点a之间的圆弧线an所对应的第六圆心角，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，H为弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上的投影距离，α为开度位置n所对应的转角。

由此可以计算得到开度位置n与弧线ae的最低端点e之间的弧线ne的弧长为l'₁：

其中，β₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m之间的弧线所对应的第四圆心角，β₂为第二圆弧线的最高端点m与最低端点e之间的弧线所对应的第三圆心角，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，H为弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上的投影距离，α为开度位置n所对应的转角。

则由弧线ae的弧长l₀和弧线ne的弧长l'₁，可计算得到棚面的开度为K：

其中，β₁为第一圆弧线的最高端点a与最低端点m之间的弧线所对应的第四圆心角，β₂为第二圆弧线的最高端点m与最低端点e之间的弧线所对应的第三圆心角，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，H为弧线ae的最高端点a与最低端点e在竖直方向上投影的距离，α为开度位置n所对应的转角。

弧线的最高端点a和最低端点e之间在竖直方向的投影高度H通过实测得到；弧线的最高端点a和最低端点e之间在水平方向的投影距离L通过实测得到；第一圆弧线am对应的直线am的长度S₁可以实测或通过三角函数关系计算得到；当棚面开度在第一圆弧线am或第二圆弧线em时其对应的圆心角或卷帘/卷膜的卷轴位置对应的偏转角，由角度传感器12直接获取。

基于第二圆弧线em的虚拟圆心O₂、虚拟半径R₂，以及圆弧线em对应的圆心角β₂，即可计算得到第二圆弧线em的弧长β₂×R₂；基于第一圆弧线am的虚拟圆心O₁、虚拟半径R₁，以及第一圆弧线am对应的圆心角β₁，即可计算得到第一圆弧线am的弧长β₁×R₁。由第二圆弧线em的弧长和第一圆弧线am的弧长，可得到对应棚面的整段弧线ae的总体长度β₁×R₁+β₂×R₂。

当棚面的开度位置处于第二圆弧线em段时，分别确定第二圆弧线em的虚拟圆心O₂、虚拟半径R₂；第一圆弧线am的虚拟圆心O₁、虚拟半径R₁。

由处于第二圆弧线em段的开度位置p与最低端点e之间的圆弧线ep对应的圆心角β'₂以及其所对应的转角α，可计算得到圆弧线ep的弧长。由圆弧线ep的弧长以及弧线ae的总体长度，即可计算得到棚面的开度。

当棚面的开度位置处于第一圆弧线am段时，分别确定圆弧线em的虚拟圆心O₂、虚拟半径R₂；圆弧线am的虚拟圆心O₁、虚拟半径R₁。

再由圆弧线am的虚拟圆心O₁、虚拟半径R₁，以及第一圆弧线am上开度位置n与节点m之间形成的圆弧线mn对应的圆心角以及其所对应的转角α，即可计算得到圆弧线mn的弧长。

由圆弧线em的弧长和圆弧线mn的弧长，可得到弧线en的长度。由弧线en的弧长和弧线ae的弧长，即可计算得到棚面的开度。

在另一个具体的实施例中，将棚面简化为一段弧线，该弧线包含三段或三段以上的圆弧线。各圆弧线具有不同的虚拟圆心和虚拟半径。具体地，当弧线ae包含三段圆弧线时，参见图9所示，弧线ae包含有Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三段圆弧线，且Ⅰ区圆弧线的最低端点与弧线ae的最低端点e重合，Ⅲ区圆弧线的最高端点与弧线ae的最高端点a重合，位于中间的圆弧线的各端点依次重合。由Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三段圆弧线各自对应的虚拟半径，可计算得到各圆弧线的弧长，进而计算得到弧线的总体弧长。

具体地，在分别确定各段圆弧线的虚拟圆心时，各虚拟圆心需满足一定的要求，例如，以划分为三段圆弧线为例，在分别确定Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区圆弧线的虚拟圆心O'₁、O'₂、O'₃时，虚拟圆心O'₁、O'₂、O'₃需满足一定的要求。

例如确定虚拟圆心O'₂的位置时，连接Ⅱ区圆弧线和Ⅰ区圆弧线相重合的端点t与虚拟圆心O'₁，得到直线tO'₁，虚拟圆心O'₂即位于直线tO'₁的延长线上。

具体地，在弧线ae被划分为三段或三段以上的圆弧线时，第1段圆弧线的最低端点与弧线ae的最低端点重合，第n+1段圆弧线的最高端点与弧线ae的最高端点重合，且各相邻圆弧线依次相连。

在弧线ae被划分为三段或三段以上的圆弧线时，除最高端点与弧线ae的最高端点重合的那一段圆弧线之外，其他各段圆弧线的虚拟圆心均满足如下条件：虚拟圆心O_n(n为大于1的整数)位于第n-1段圆弧线和第n段圆弧线相重合的端点与虚拟圆心O_n-1的连线延长线上。其中，O_n对应于第n段圆弧线的虚拟圆心，O_n-1对应于第n-1段圆弧线的虚拟圆心。

再根据棚面的开度位置处于Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ区圆弧线，计算棚面上卷帘/卷膜未被覆盖的区域涉及的弧线的长度，即可得到棚面开度。

具体地，当棚面开度位置位于Ⅰ区圆弧线，只需计算得到开度点到最低端点e之间的弧长，即可得到开度；当棚面开度位置位于Ⅱ区圆弧线，计算开度点到Ⅰ区圆弧线与Ⅱ区圆弧线的节点之间的弧长，由该弧长与Ⅰ区圆弧线的弧长，即可得到开度；当棚面的开度位置位于Ⅲ区圆弧线，计算开度点到Ⅲ区圆弧线与Ⅱ区圆弧线的节点之间的弧长，由该弧长与Ⅰ区圆弧线和Ⅱ区圆弧线的弧长，即可得到开度。

具体地，以上述方式类推，即可得到多弧度棚面的开度。对于具体的棚面架构，根据该棚面架构，计算其开度的关系函数的模式即可确定。棚面简化后的弧线上，随着所包含的圆弧线的段数的增加，所增加新的参数，均能够基于已知参数获取。

具体地，已知参数为：弧线的最高端点a和最低端点e在竖直方向上的投影距离H、弧线的最高端点a和最低端点e之间在水平方向的投影距离L；各圆弧线端点间对应的直线的长度；当棚面开度在圆弧线am或圆弧线em时其对应的卷帘/卷膜的卷轴位置对应的偏转角。

本发明提供的一种用于检测温室棚面开度的方法，将棚面架构简化为几何模型，架构各种相关的虚拟空间位置关系；基于该几何模型，以及对应开度位置的转角大小的检测，由各虚拟空间位置关系，能够建立相关的关系函数，以实时监测棚面的开度。该方法能够适用于任意弧度的棚面，且无需改变棚面的原有架构，易于实现。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于检测温室棚面开度的方法，其特征在于，包括：

步骤S1、基于温室的基础架构，建立与所述基础架构相匹配的简化几何模型；其中，将所述温室棚面简化为一段弧线，所述弧线包括至少一段圆弧线；

步骤S2、基于所述简化几何模型和所述温室棚面的开度位置所对应的转角，确定所述开度位置对应的开度弧长，并计算得到所述温室棚面的开度；

其中，步骤S2具体包括：步骤S21、连接一圆弧线的最高端点和最低端点得到第一连线；

步骤S22、所述第一连线的中垂线与所述圆弧线的交点为弧线交点；

步骤S23、所述中垂线上的一点到所述弧线交点的距离，与该点分别到所述最高端点和最低端点的距离相等，该点为所述圆弧线的虚拟圆心，所述虚拟圆心到所述弧线交点的距离为虚拟半径；

步骤S24、基于所述转角和虚拟半径，确定所述圆弧线的开度弧长，并计算棚面的开度。

2.如权利要求1所述的一种用于检测温室棚面开度的方法，其特征在于，所述转角的获取方法具体为：所述温室的墙体底部设置有固定底座，所述固定底座上转动连接有对应所述开度位置的升缩杆支架，所述固定底座上还设置有与所述升缩杆支架轴连接的角度传感器，所述角度传感器通过检测所述升缩杆支架转动的角度以获取所述开度位置对应的转角。

3.如权利要求1所述的一种用于检测温室棚面开度的方法，其特征在于，所述弧线的弧长为各圆弧线的弧长的总和，任一圆弧线的弧长采用如下步骤获取：

所述圆弧线的最高端点和最低端点与所述圆弧线对应的虚拟圆心构成等腰三角形，由所述圆弧线的最高端点和最低端点分别在水平方向的投影距离以及在竖直方向上的投影距离可换算得到所述等腰三角形的底角，基于所述底角计算得到所述等腰三角形的顶角，由所述顶角确定所述圆弧线对应的圆心角，由所述圆心角与虚拟半径即可计算得到所述圆弧线的弧长。

4.如权利要求3所述的一种用于检测温室棚面开度的方法，其特征在于，所述弧线包括一段圆弧线时，步骤S24进一步包括：

步骤A241、基于第一函数关系确定开度位置与所述圆弧线的最高端点之间的弧线所对应的第一圆心角；所述第一函数关系为基于开度位置、固定底座位置与所述圆弧线的最高端点构成的第一三角形以及开度位置、所述圆弧线的最高端点与所述圆弧线的虚拟圆心构成的第二三角形之间的三角函数关系；

步骤A242、基于所述第一圆心角，以及所述圆弧线的最高端点、最低端点和所述虚拟圆心构成的三角形，确定所述开度位置与所述圆弧线的最低端点之间的弧线所对应的第二圆心角；

步骤A243、基于所述第二圆心角和虚拟半径，计算得到所述开度位置与所述圆弧线的最低端点之间的弧线的长度，即计算得到所述开度弧长；

步骤A244、基于所述开度弧长与圆弧线的弧长，计算棚面开度。

5.如权利要求4所述的一种用于检测温室棚面开度的方法，其特征在于，步骤A244中计算棚面开度的公式具体为：

其中，θ为圆弧线最高端点和虚拟圆心间的连线与第一连线形成的第一夹角，α为转角，S为第一连线的长度，H为圆弧线的最高端点与最低端点在竖直方向上的投影距离。

6.如权利要求3所述的一种用于检测温室棚面开度的方法，其特征在于，所述弧线包括第一圆弧线和第二圆弧线，且第一圆弧线的最高端点与所述弧线的最高端点重合、所述第二圆弧线的最低端点与所述弧线的最低端点重合时，步骤S24进一步包括：

步骤B241、基于第二函数关系确定所述第二圆弧线的最低端点与位于所述第二圆弧线上的开度位置之间的弧线所对应的第五圆心角；所述第二函数关系为基于开度位置、固定底座位置与所述第二圆弧线的最低端点构成的第三三角形，以及开度位置、所述第二圆弧线的最低端点与所述第二圆弧线的虚拟圆心构成的第四三角形之间的三角函数关系；

步骤B242、基于所述第五圆心角和虚拟半径，计算得到开度弧长；

步骤B243、基于所述开度弧长、第二圆弧线和第一圆弧线的弧长，计算棚面开度：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，β₁为第一圆弧线对应的圆心角，β₂为第二圆弧线对应的圆心角，α为开度位置对应的转角，L为弧线的最高端点与最低端点在水平方向上的投影距离。

7.如权利要求3所述的一种用于检测温室棚面开度的方法，其特征在于，所述弧线包括第一圆弧线和第二圆弧线，且第一圆弧线的最高端点与所述弧线的最高端点重合、所述第二圆弧线的最低端点与所述弧线的最低端点重合时，步骤S24进一步包括：

步骤C241、基于第三函数关系确定所述第一圆弧线的最高端点与位于所述第一圆弧线上的开度位置之间的弧线所对应的第六圆心角；所述第三函数关系为基于开度位置、固定底座位置与所述第一圆弧线的最高端点构成的第五三角形，以及开度位置、所述第一圆弧线的最高端点与所述第一圆弧线的虚拟圆心构成的第六三角形之间的三角函数关系；

步骤C242、基于所述第六圆心角，以及所述圆弧线的最高端点、最低端点和所述第一圆弧线的虚拟圆心构成的三角形，确定所述开度位置与所述最低端点之间的弧线段所对应的第七圆心角；

步骤C243、基于所述第七圆心角和所述第一圆弧线的虚拟半径，计算得到开度弧长；

步骤C244、基于所述开度弧长、第一圆弧线和第一圆弧线的弧长，计算棚面开度：

其中，R₁为第一圆弧线的虚拟半径，R₂为第二圆弧线的虚拟半径，β₁为第一圆弧线对应的圆心角，β₂为第二圆弧线对应的圆心角，α为开度位置对应的转角，H为弧线的最高端点与最低端点在竖直方向上的投影距离。