CN108983724A - 一种丘陵山地农机具田间综合系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丘陵山地农机具田间综合系统及其控制方法，该系统包括设置于机架上且位于开沟器正前方的第一深度测量传感装置，设置于机架上且位于镇压轮正后方的第二深度测量传感装置，设置于机架上且位于开沟器正后方的第三深度测量传感装置，设置于机架上且位于施肥器正后方的第四深度测量传感装置，还包括设置在驾驶室内的显示屏，显示屏的显示输入端与控制器的显示输出端相连，在显示屏上显示信息。本发明能够实现对播种深度、播种量、施肥深度、施肥量、作业功耗、作业速度、扭矩、耕作深度等数据的实时检测，且能完成土壤采样、土壤水分和紧实度分析，以及田间环境的测定，保证农作物的生长。

Description

一种丘陵山地农机具田间综合系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种播种机技术领域，特别是涉及一种丘陵山地农机具田间综合系统及其控制方法。

背景技术

国内现有的农具田间测试系统存在需采用多种试验仪器分别对各性能参数进行测试，并且测试项目少、试验平台少、数据采样频率低、同步性差、效率低等问题，如何结合特有的土壤及地形特点，研制一种适用于丘陵山地农机具田间综合系统，解决传统的后悬挂农具田间测试手段落后，数据采样频率低，同步性差，效率低等问题，实现对播种深度、播种量、施肥深度、施肥量、作业功耗、作业速度、扭矩、耕作深度等数据的实时检测，且能完成土壤采样、土壤水分和紧实度分析，以及作物植株及田间环境的测定，是现目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种丘陵山地农机具田间综合系统及其控制方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明公开了一种丘陵山地农机具田间综合系统，包括设置于机架上且位于镇压轮正后方的第二深度测量传感装置，第二深度测量传感装置用于测量覆土镇压后的参考值h₂，第二深度测量传感装置的深度信号输出端与控制器的第二深度信号输入端相连；

设置于机架上且位于开沟器正后方的第三深度测量传感装置，第三深度测量传感装置用于测量播种开沟器深度h₃，第三深度测量传感装置的深度信号输出端与控制器的第三深度信号输入端相连；以及

设置于机架上且位于施肥器正后方的第四深度测量传感装置，第四深度测量传感装置用于测量施肥开沟器深度h₄，第四深度测量传感装置的深度信号输出端与控制器的第四深度信号输入端相连；

还包括设置在驾驶室内的显示屏，显示屏的显示输入端与控制器的显示输出端相连，在显示屏上显示信息。

通过第一～四深度测量传感装置测量的数据，可以计算得到是否漏耕，播种深度和施肥深度是否达标，对耕种深度、播种深度和施肥深度实时检测，确定种子生长环境状态。

在本发明的一种优选实施方式中，第一～四深度测量传感装置之一～四包括位移传感器，位移传感器的固定端固定安装在机架上，位移传感器的测量端固定设置有仿形掌；

仿形掌包括基板，在基板的第一端底部边缘设置有向上翘起的弧状物，弧状物的圆心角为10～75°，半径为2～10cm；基板的第二端与基板的第一端呈对称结构。向上翘起的弧形有利于基板沿行走方向前进，降低阻碍，实时测量耕前深度、覆土镇压后深度、播种时深度以及施肥时深度。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置于施肥管上的多个施肥检测装置，施肥检测装置分别设置在施肥管进口和施肥管出口，施肥检测装置包括设置在施肥管内壁的施肥发光二极管电路，在施肥发光二极管电路内壁的正对面内壁上设置有施肥光敏电阻电路，施肥光敏电阻电路接收施肥发光二极管电路发出的光线，检测施肥管进口和施肥管出口是否有颗粒经过；

若施肥管进口有M₁颗颗粒经过，M₁为正整数，且经过施肥管出口的颗粒为M₂颗，M₂为不大于M₁的正整数，当M₁-M₂大于预设颗粒数量阈值，则施肥管堵塞；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量大于或等于预设重播颗粒数量，则施肥量重播(重播也叫多播)；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量小于或等于预设漏播颗粒数量，则施肥量漏播；

还包括设置于输种管上的多个播种检测装置，播种检测装置分别设置在输种管进口和输种管出口，播种检测装置包括设置在输种管内壁的播种发光二极管电路，在播种发光二极管电路内壁的正对面内壁上设置有播种光敏电阻电路，播种光敏电阻电路接收播种发光二极管电路发出的光线，检测输种管进口和输种管出口是否有种子经过；

若输种管进口有M₁′颗种子经过，M₁′为正整数，且经过输种管出口的种子为M₂′颗，M₂′为不大于M₁′的正整数，当M₁′-M₂′大于预设种子数量阈值，则输种管堵塞；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量大于或等于预设重播种子数量，则播种量重播(重播也叫多播)；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量小于或等于预设漏播种子数量，则播种量漏播。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置于施肥箱底部的第一压力传感器，第一压力传感器用于测量施肥箱内已使用颗粒的重量，已使用颗粒的重量等于初始施肥箱的总重量减去此时施肥箱的总重量，第一压力传感器的压力信号输出端与控制器的第一压力信号输入端相连。通过第一压力传感器测量施肥箱内减轻的重量与施肥检测装置检测的施肥箱内减轻的重量相互对比，降低误差。

还包括设置于物料箱底部的第二压力传感器，第二压力传感器用于测量物料箱内已播种种子的重量，已播种种子的重量等于初始物料箱的总重量减去此时物料箱的总重量，第二压力传感器的压力信号输出端与控制器的第一压力信号输入端相连。通过第二压力传感器测量物料箱(物料箱也叫种子箱)内减轻的重量与施肥检测装置检测的物料箱箱内减轻的重量相互对比，降低误差。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括用于检测油箱中油面高度的油箱液位传感器，油箱液位传感器的测量端由油箱顶面延伸至油箱底面且与油箱底面呈90°，油箱液位传感器的液位信号输出端与控制器的液位信号输入端相连。测量单位时间内油箱中的液面下降高度。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括安装于传动线路中的扭矩传感器，在安装扭矩传感器时采用法兰盘柔性连接方式，防止弹性轴受到弯矩作用，降低测量数值误差，在传动线路中还安装有安全离合器，防止转矩过大发生打滑时，保护扭矩传感器不受损害，扭矩传感器的扭矩信号输出端与控制器的扭矩信号输入端相连，扭矩传感器的转速信号输出端与控制器的转速信号输入端相连。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置于机架上且高度可升降的土壤水分温度电导率传感器装置，土壤水分温度电导率传感器装置包括土壤水分温度电导率传感器，土壤水分温度电导率传感器的土壤含水量信息输出端与控制器的土壤含水量信息输入端相连，土壤水分温度电导率传感器的土壤温度信息输出端与控制器的土壤温度信息输入端相连，土壤水分温度电导率传感器的土壤电导率信息输出端与控制器的土壤电导率信息输入端相连；土壤水分温度电导率传感器的固定端固定安装在第一升降杆的第一端上，土壤水分温度电导率传感器的测量端与水平面呈90°，第一升降杆的第二端通过机架上的第一孔后，第一孔的直径大于第一升降杆的直径，在第一升降杆的第二端上设置有与第一螺母相适应的螺纹，第一螺母的外径大于第一孔的直径，在第一升降杆上套设第一复位弹簧，第一弹簧位于第一螺母与机架之间，在第一弹簧与机架接触处设置有第三压力传感器，第三压力传感器的压力信号输出端与控制器的第三压力信号输入端相连；在第一升降杆的第二端上方设置有第一驱动机构，第一驱动机构控制第一升降杆升降。当需要测量土壤水分、温度和盐分时，控制器控制第一驱动机构工作，使第一升降杆带动土壤水分温度电导率传感器下降，土壤水分温度电导率传感器插入/埋入土壤中，控制器接收土壤水分温度电导率传感器输出的数据，在显示屏上实时显示该土壤的含水量、温度和盐分数值，准确掌握该土壤的状况。其中，第三压力传感器测得的压力值为F₃，F₃＝K₁C₁，K₁为弹簧的劲度系数，C₁为第一升降杆下降高度，当第一升降杆下降高度与系统预设第一升降杆下降高度一致时，第一驱动机构停止驱动第一升降杆下降。

还包括设置于机架上且高度可升降的土壤紧实度传感器装置，土壤紧实度传感器装置包括土壤紧实度传感器，土壤紧实度传感器的紧实度信息输出端与控制器的紧实度信息输入端相连，土壤紧实度传感器的GPS位置信息输出端与控制器的GPS位置信息输入端相连；土壤紧实度传感器的固定端固定安装在第二升降杆的第一端上，土壤紧实度传感器的测量端与水平面呈90°，第二升降杆的第二端通过机架上的第二孔后，第二孔的直径大于第二升降杆的直径，在第二升降杆的第二端上设置有与第二螺母相适应的螺纹，第二螺母的外径大于第二孔的直径，在第二升降杆上套设第二复位弹簧，第二弹簧位于第二螺母与机架之间，在第二弹簧与机架接触处设置有第四压力传感器，第四压力传感器的压力信号输出端与控制器的第四压力信号输入端相连；在第二升降杆的第二端上方设置有第二驱动机构，第二驱动机构控制第二升降杆升降。当需要测量土壤紧实度时，控制器控制第二驱动机构工作，使第二升降杆带动土壤紧实度传感器下降，土壤紧实度传感器插入土壤中，控制器接收土壤紧实度传感器输出的数据，在显示屏上实时显示该土壤紧实度值，生成每个测量点的土壤紧实度曲线，准确掌握该土壤的状况，并定位该处的地理位置。其中，第四压力传感器测得的压力值为F₄，F₄＝K₂C₂，K′为弹簧的劲度系数，K₁与K₂相等或不相等，C₂为第二升降杆下降高度，当第二升降杆下降高度与系统预设第二升降杆下降高度一致时，第二驱动机构停止驱动第二升降杆下降。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置在机架上的第五轮仪，在第五轮仪的旋转轮上设置有第一转速传感器，第一转速传感器的转速信息输出端与控制器的第一转速信息输入端相连，在地轮上设置有第二转速传感器，第二转速传感器的转速信息输出端与控制器的第二转速信息输入端相连；

或/和还包括设置在驾驶室外顶部的无线网络天线，控制器通过无线网络天线与远程控制中心相连，以及设在驾驶室外顶部边缘的摄像头，摄像头的图像信息输出端与控制器的图像信息输入端相连，还包括设置在机架上的田间环境测定装置，田间环境测定装置包括辐照度传感器、风速传感器和空气温湿度传感器，辐照度传感器的辐照度信息输出端与控制器的辐照度信息输入端相连，风速传感器的风速信息输出端与控制器的风速信息输入端相连，空气温湿度传感器的温湿度信息输出端与控制器的温湿度信息输入端相连。

本发明还公开了一种丘陵山地农机具田间综合系统的控制方法，包括以下步骤：

S1，计算

Δh₃＝h₃-h₂ (3)

Δh₄＝h₄-h₂ (4)

其中，h₂为第二深度测量传感装置测量的覆土镇压后的参考值，h₃为第三深度测量传感装置测量的播种开沟器的深度，h₄为第四深度测量传感装置测量的施肥开沟器的深度；

若播种深度Δh₃不在预设播种深度阈值范围内，则在显示屏上提示此处播种深度不达标；

若施肥深度Δh₄不在预设施肥深度阈值范围内，则在显示屏上提示此处施肥深度不达标；

S2，若施肥管进口有M₁颗颗粒经过，M₁为正整数，且经过施肥管出口的颗粒为M₂颗，M₂为不大于M₁的正整数，当M₁-M₂大于预设颗粒数量阈值，则施肥管堵塞；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量大于或等于预设重播颗粒数量，则施肥量重播；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量小于或等于预设漏播颗粒数量，则施肥量漏播；

在预设颗粒时间阈值内，若经过施肥管出口的颗粒总重量与已使用颗粒的重量的比值小于预设颗粒第一比值，经过施肥管出口的颗粒总重量等于经过施肥管出口的颗粒数量乘以颗粒重量，则施肥量不均匀；若经过施肥管出口的颗粒总重量与已使用颗粒的重量的比值大于预设颗粒第二比值，预设颗粒第二比值大于预设颗粒第一比值，则施肥量均匀；

若输种管进口有M₁′颗种子经过，M₁′为正整数，且经过输种管出口的种子为M₂′颗，M₂′为不大于M₁′的正整数，当M₁′-M₂′大于预设种子数量阈值，则输种管堵塞；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量大于或等于预设重播种子数量，则播种量重播；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量小于或等于预设漏播种子数量，则播种量漏播；

在预设播种时间阈值内，若经过输种管出口的种子总重量与已播种种子的重量的比值在预设种子比值范围内，经过输种管出口的种子总重量等于经过输种管出口的种子数量乘以种子重量，则为均匀播种；

S3，计算

式中，θ₁为机组耗油量；G₁为机组纯作业的小时耗油量；W₁为机组纯作业的生产率，

W₁＝0.1BV₁ (6)

式中，B为作业幅宽；V₁为机组的作业速度；

G₁＝S₁H₁

式中，S₁为油箱横截面面积，H₁为单位时间内油箱液面下降的高度；

S4，计算

式中，P为发动机功率，T₁为扭矩传感器测得的扭矩值，n₃为扭矩传感器测得的转速值；

S5，计算

L₁＝n₁πD₁ (8)

式中，L₁为单位时间内地轮的纯转动距离，n₁为地轮转速，D₁为地轮直径；

其中，δ为滑移率，L₂为播种机实际行走距离；

L₂＝n₂πD₂ (10)

式中，n₂为第五轮仪转动速度，D₂为第五轮仪直径；

若L₁≠L₂时，则播种机作业过程地轮存在滑移，且若δ大于或等于预设滑移率阈值，则滑移较大；

S6，计算

S₂＝n₂×π×D₂×B (11)

式中，S₂为作业面积，n₂为第五轮仪转动速度，D₂为第五轮仪直径，B为作业幅宽；

S7，在显示屏上显示步骤S1～S6计算结果信息。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S7之前还包括计算秸秆覆盖面积，秸秆覆盖面积计算方法包括以下步骤：

S71，对获取的秸秆图像进行图像增强，图像增强的计算方法为：

对于数字图像，它们在计算机中通常为一个二维数组q(x,y)，以s表示经过直方图修正后的图像灰度，即0≤r，s≤1，直方图均衡就是通过灰度函数

其中，从r到s的函数关系为s＝T[r]，P_r(ω)表示随机变量r的概率密度；

将原图像直方图P_r(r)改变成均匀分布的直方图P_r(s)；

在数字图像中，灰度值是离散的，用频率来代替概率，离散化的直方图均衡化公式为

式中，k为离散灰度级；s_k的值是与T[r_k]最接近的灰度；

r_k是第k个灰度级，n_l是图像中灰度级为r_k的像素个数，N是图像中像素的总数；

S72，对步骤S71处理后的图像进行图像去噪，图像去噪的计算方法为：

中值滤波是用领域点的中值代替该点的数值，即

k(x,y)＝Median(x₁,x₂,...,x_n) (14)

式中，x₁,x₂,...,x_n为点(x,y)及其邻域的灰度值；Median(x₁,x₂,...,x_n)表示返回给定值的中值；

S73，对步骤S72处理后的图像进行图像边缘锐化，图像边缘锐化的计算方法为：

1个连续函数f(x,y)，其梯度是1个矢量，定义为

其中，分别是连续函数f(x,y)在x、y方向上的偏导数，T表示矩阵的转置；

点(x,y)梯度的幅度即为梯度矢量的模：

对于数字图像f(x,y)，由于数字图像的离散性，采用差分运算来近似替代微分运算，在其像素点(i,j)处，x方向和y方向上的一阶差分定义为

Δ_xf(i,j)＝f(i,j)-f(i+1,j) (17)

Δ_yf(i,j)＝f(i,j)-f(i,j+1) (18)

由梯度的计算可知，在图像中灰度变化较大的边缘区域其梯度值较大，在灰度变化平缓的区域其梯度值较小，而在灰度均匀区域其梯度值为零，所以，图像经过梯度运算后，剩下灰度值急剧变化的边缘处的那些像素点；

S74，对步骤S73中处理后的图像进行图像分割，图像分割的计算方法为：

设输入图像的函数表示为c(m,n)，输出图像的函数表示为d(m,n)，则二者之间存在下列关系：

f_max表示最大类间方差；

其中I₁和I₂为两任意值，且I₁≠I₂，通常取I₁＝0和I₂＝1，而T₂为所取的阈值，通过选取适当的T₂值，则输出图像中I₁正好代表目标，而具有I₂值的像素恰恰代表背景，或者与此相反；

S75，将图像分割为一块一块的小图，将d(m,n)＝I₁的总块数除以分割总块数，得到覆盖面积。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明能够实现对播种深度、播种量、施肥深度、施肥量、作业功耗、作业速度、扭矩、耕作深度等数据的实时检测，且能完成土壤采样、土壤水分和紧实度分析，以及田间环境的测定，保证农作物的生长。

附图说明

图1是本发明丘陵山地农机具田间综合系统示意框图。

图2是本发明丘陵山地农机具田间综合系统安装示意图。

图3是本发明第一～四深度测量传感装置之一结构示意图。

图4是本发明安装在施肥出口处的施肥检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明公开了一种丘陵山地农机具田间综合系统，如图1和2所示，包括设置于机架上且位于开沟器正前方的第一深度测量传感装置6a，第一深度测量传感装置6a用于测量耕前参考值h₁，第一深度测量传感装置6a的深度信号输出端与控制器的第一深度信号输入端相连。

设置于机架上且位于镇压轮正后方的第二深度测量传感装置6b，第二深度测量传感装置6b用于测量覆土镇压后的参考值h₂，第二深度测量传感装置6b的深度信号输出端与控制器的第二深度信号输入端相连。

设置于机架上且位于开沟器正后方的第三深度测量传感装置，第三深度测量传感装置用于测量播种时深度h₃，第三深度测量传感装置的深度信号输出端与控制器的第三深度信号输入端相连。

以及设置于机架上且位于施肥器正后方的第四深度测量传感装置，第四深度测量传感装置用于测量施肥时深度h₄，第四深度测量传感装置的深度信号输出端与控制器的第四深度信号输入端相连。

还包括设置在驾驶室内的显示屏3，显示屏3的显示输入端与控制器的显示输出端相连，在显示屏3上显示信息。在本实施方式中，优选的，先将各传感器或传感器装置输出的信号与数据采集控制器相连，数据采集控制器再通过RS485与控制器相连，减少各传感器或传感器装置与控制器的连接端口，该控制器为工业一体计算机。

在本发明的一种优选实施方式中，第一～四深度测量传感装置之一～四包括位移传感器22，如图3所示，位移传感器22的固定端21固定安装在机架上，位移传感器22的测量端23固定设置有仿形掌。位移传感器采用W-DC系列的回弹式直流差动变压器式位移传感器。

仿形掌包括基板24，该基板长宽厚分别为5.0～10.0cm、1.0～5.0cm和0.5～1.0cm；在基板24的第一端底部边缘设置有向上翘起的弧状物25，弧状物25的圆心角为10～75°，半径为2～10cm；基板的第二端与基板的第一端呈对称结构。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置于施肥管9a上的多个施肥检测装置5，施肥检测装置5分别设置在施肥管进口和施肥管出口，如图4所示，施肥检测装置5包括设置在施肥管内壁33的施肥发光二极管电路34，在施肥发光二极管电路34内壁的正对面内壁上设置有施肥光敏电阻电路32，施肥光敏电阻电路32接收施肥发光二极管电路34发出的光线，检测施肥管进口和施肥管出口是否有颗粒31经过；二极管的光照射在光敏电阻上，当颗粒通过时，由于颗粒的下落挡住了二极管照射在光敏电阻的一部分光，而使光敏电阻光照强度变小，光敏电阻变大，光敏电阻上的电压增大。通过采集、处理、分析光敏电阻上的电压值的变化来实现颗粒状态的检测。光电传感器是随着光照强度变化而变化的模拟量，灰尘不会完全影响信号的传递，且传感器安装在排种盘内部，受灰尘影响较小。

若施肥管进口有M₁颗颗粒经过，M₁为正整数，且经过施肥管出口的颗粒为M₂颗，M₂为不大于M₁的正整数，当M₁-M₂大于预设颗粒数量阈值，则施肥管堵塞；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量大于或等于预设重播颗粒数量，则施肥量重播；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量小于或等于预设漏播颗粒数量，则施肥量漏播；

还包括设置于输种管9b上的多个播种检测装置7，播种检测装置7分别设置在输种管进口和输种管出口，播种检测装置7包括设置在输种管内壁的播种发光二极管电路，在播种发光二极管电路内壁的正对面内壁上设置有播种光敏电阻电路，播种光敏电阻电路接收播种发光二极管电路发出的光线，检测输种管进口和输种管出口是否有种子经过。在本实施方式中，播种发光二极管电路和施肥发光二极管电路为现有电路，具体的可以是：二极管的正极与第一三极管的发射极相连，第一三极管的集电极与第一限流电阻的第一端相连，第一限流电阻的第二端与+5V电源相连，二极管的负极与电源地相连，第一三极管的基极与控制器的使能端相连；当控制器向三极管的基极输入电平信号，使其三极管处于导通状态，二极管点亮。播种光敏电阻电路和施肥光敏电阻电路也为现有电路，具体的可以为：光敏电阻的第一端分别与第二限流电阻的第一端和控制器的电压输入端相连，第二限流电阻的第二端与+5V电源相连，光敏电阻的第二端与电源地相连。

若输种管进口有M₁′颗种子经过(一般地，种子通过时间为6～8ms，光线被阻挡的总时间除以种子通过时间即为种子经过颗数)，M₁′为正整数，且经过输种管出口的种子为M₂′颗，M₂′为不大于M₁′的正整数，当M₁′-M₂′大于预设种子数量阈值，则输种管堵塞；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量大于或等于预设重播种子数量，则播种量重播；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量小于或等于预设漏播种子数量，则播种量漏播。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置于施肥箱底部的第一压力传感器，第一压力传感器用于测量施肥箱内已使用颗粒的重量，已使用颗粒的重量等于初始施肥箱的总重量减去此时施肥箱的总重量，第一压力传感器的压力信号输出端与控制器的第一压力信号输入端相连；

还包括设置于物料箱底部的第二压力传感器，第二压力传感器用于测量物料箱内已播种种子的重量，已播种种子的重量等于初始物料箱的总重量减去此时物料箱的总重量，第二压力传感器的压力信号输出端与控制器的第一压力信号输入端相连。

对于播种机而言，其上所有的机械动力，信号检测等一切能量都来自于燃油燃烧，一部分能量主要用于提供拖拉机在耕作地上的前进动力，一部分主要用于自动播种机的工作以及监测系统的运行。所以对于监测整个设备的功耗，可以直接通过对拖拉机油箱中油的液面高度变化的监测，即测出油面的变化率，在已知油箱尺寸的前提下，即可得出油耗数据，而油耗恰好反映了整个设备的功耗。于是，只需要测量出油箱中液面的实时变化数据，即可得出油耗。因此，机组耗油量计算公式为：

式中，θ₁为机组耗油量(kg/hm²)；G₁为机组纯作业的小时耗油量(kg/h)；W₁为机组纯作业的生产率，按公式(6)计算，单位为公顷每小时(hm²/h)。

W₁＝0.1BV₁ (6)

式中，B为作业幅宽，单位为米(m)；V₁为机组的作业速度(km/h)。

本系统采用油箱液位传感器测量油箱中剩余油料的液位，在已知油箱截面积的条件下，可以测得单位时间所消耗的油量。本系统所采用的油箱液位传感器具有很高的分辨率和测量精度，无须人工干预，自动校准，不存在温度漂移，且不受介质的变化影响。同一支油箱液位传感器，不管被测量的介质是水还是柴油或是汽油，不管温度如何变化，它都能精确输出精确的液位高度信号。彻底解决了乙醇汽油、甲醇燃料等介质难测量的问题，也同时解决了不同地区因油的标号不同和温度的差异引起的测量误差问题。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括用于检测油箱中油面高度的油箱液位传感器13，油箱液位传感器13的测量端由油箱顶面延伸至油箱底面且与油箱底面呈90°，油箱液位传感器13的液位信号输出端与控制器的液位信号输入端相连。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括安装于传动线路中的扭矩传感器11，在安装扭矩传感器11时采用法兰盘柔性连接方式，在传动线路中还安装有安全离合器，扭矩传感器11的扭矩信号输出端与控制器的扭矩信号输入端相连，扭矩传感器11的转速信号输出端与控制器的转速信号输入端相连。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置于机架上且高度可升降的土壤水分温度电导率传感器装置10，土壤水分温度电导率传感器装置10包括土壤水分温度电导率传感器，土壤水分温度电导率传感器的土壤含水量信息输出端与控制器的土壤含水量信息输入端相连，土壤水分温度电导率传感器的土壤温度信息输出端与控制器的土壤温度信息输入端相连，土壤水分温度电导率传感器的土壤电导率信息输出端与控制器的土壤电导率信息输入端相连；土壤水分温度电导率传感器的固定端固定安装在第一升降杆的第一端上，土壤水分温度电导率传感器的测量端与水平面呈90°，第一升降杆的第二端通过机架上的第一孔后，第一孔的直径大于第一升降杆的直径，在第一升降杆的第二端上设置有与第一螺母相适应的螺纹，第一螺母的外径大于第一孔的直径，在第一升降杆上套设第一复位弹簧，第一复位弹簧位于第一螺母与机架之间，在第一复位弹簧与机架接触处设置有第三压力传感器，第三压力传感器的压力信号输出端与控制器的第三压力信号输入端相连；在第一升降杆的第二端上方设置有第一驱动机构，第一驱动机构控制第一升降杆升降。

还包括设置于机架上且高度可升降的土壤紧实度传感器装置，土壤紧实度传感器装置包括土壤紧实度传感器，土壤紧实度传感器的紧实度信息输出端与控制器的紧实度信息输入端相连，土壤紧实度传感器的GPS位置信息输出端与控制器的GPS位置信息输入端相连；土壤紧实度传感器的固定端固定安装在第二升降杆的第一端上，土壤紧实度传感器的测量端与水平面呈90°，第二升降杆的第二端通过机架上的第二孔后，第二孔的直径大于第二升降杆的直径，在第二升降杆的第二端上设置有与第二螺母相适应的螺纹，第二螺母的外径大于第二孔的直径，在第二升降杆上套设第二复位弹簧，第二复位弹簧位于第二螺母与机架之间，在第二复位弹簧与机架接触处设置有第四压力传感器，第四压力传感器的压力信号输出端与控制器的第四压力信号输入端相连；在第二升降杆的第二端上方设置有第二驱动机构，第二驱动机构控制第二升降杆升降。在本实施方式中，第一驱动机构和第二驱动机构为液压装置，其液压装置为现有技术中任何一种能够驱动升降杆上下升降的装置，在此不做赘述。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置在机架上的第五轮仪8，该第五轮仪为现有装置，在第五轮仪8的旋转轮上设置有第一转速传感器，第一转速传感器的转速信息输出端与控制器的第一转速信息输入端相连，在地轮12上设置有第二转速传感器，第二转速传感器的转速信息输出端与控制器的第二转速信息输入端相连；

或/和还包括设置在驾驶室外顶部的无线网络天线2，控制器通过无线网络天线2与远程控制中心(远程控制中心也叫测试系统工作站，在测试系统工作站设有打印机，方便打印各种信息)相连，以及设在驾驶室外顶部边缘的1080p高清摄像头4，摄像头4的图像信息输出端与控制器的图像信息输入端相连，还包括设置在机架上的田间环境测定装置，田间环境测定装置包括辐照度传感器、风速传感器和空气温湿度传感器，辐照度传感器的辐照度信息输出端与控制器的辐照度信息输入端相连，风速传感器的风速信息输出端与控制器的风速信息输入端相连，空气温湿度传感器的温湿度信息输出端与控制器的温湿度信息输入端相连。

本发明还公开了一种丘陵山地农机具田间综合系统的控制方法，包括以下步骤：

S1，计算

Δh₁＝h₃-h₁ (2)

Δh₃＝h₃-h₂ (3)

Δh₄＝h₄-h₂ (4)

其中，h₁为第一深度测量传感装置测量的耕前参考值，h₂为第二深度测量传感装置测量的覆土镇压后的参考值，h₃为第三深度测量传感装置测量的播种开沟器的深度，h₄为第四深度测量传感装置测量的施肥开沟器的深度；

若开沟深度Δh₁小于预设耕作深度阈值，则是漏耕，在显示屏上提示此处漏耕；

若播种深度Δh₃不在预设播种深度阈值范围内，则在显示屏上提示此处播种深度不达标；

若施肥深度Δh₄不在预设施肥深度阈值范围内，则在显示屏上提示此处施肥深度不达标；

S2，若施肥管进口有M₁颗颗粒经过，M₁为正整数，且经过施肥管出口的颗粒为M₂颗，M₂为不大于M₁的正整数，当M₁-M₂大于预设颗粒数量阈值，则施肥管堵塞；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量大于或等于预设重播颗粒数量，则施肥量重播；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量小于或等于预设漏播颗粒数量，则施肥量漏播；

在预设颗粒时间阈值内，若经过施肥管出口的颗粒总重量与已使用颗粒的重量的比值小于预设颗粒第一比值，经过施肥管出口的颗粒总重量等于经过施肥管出口的颗粒数量乘以颗粒重量，则施肥量不均匀；若经过施肥管出口的颗粒总重量与已使用颗粒的重量的比值大于预设颗粒第二比值，预设颗粒第二比值大于预设颗粒第一比值，则施肥量均匀；

若输种管进口有M₁′颗种子经过，M₁′为正整数，且经过输种管出口的种子为M₂′颗，M₂′为不大于M₁′的正整数，当M₁′-M₂′大于预设种子数量阈值，则输种管堵塞；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量大于或等于预设重播种子数量，则播种量重播；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量小于或等于预设漏播种子数量，则播种量漏播；

在预设播种时间阈值内，若经过输种管出口的种子总重量与已播种种子的重量的比值在预设种子比值范围内，经过输种管出口的种子总重量等于经过输种管出口的种子数量乘以种子重量，则为均匀播种；

S3，计算

式中，θ₁为机组耗油量；G₁为机组纯作业的小时耗油量；W₁为机组纯作业的生产率，

W₁＝0.1BV₁ (6)

式中，B为作业幅宽；V₁为机组的作业速度；

G₁＝S₁H₁

式中，S₁为油箱横截面面积，H₁为单位时间内油箱液面下降的高度；

S4，计算

式中，P为发动机功率，T₁为扭矩传感器测得的扭矩值，n₃为扭矩传感器测得的转速值；

S5，计算

L₁＝n₁πD₁ (8)

式中，L₁为单位时间内地轮的纯转动距离，n₁为地轮转速，D₁为地轮直径；

其中，δ为滑移率，L₂为播种机实际行走距离；

L₂＝n₂πD₂ (10)

式中，n₂为第五轮仪转动速度，D₂为第五轮仪直径；

若L₁≠L₂时，则播种机作业过程地轮存在滑移，且若δ大于或等于预设滑移率阈值，则滑移较大；

S6，计算

S₂＝n₂×π×D₂×B (11)

式中，S₂为作业面积，n₂为第五轮仪转动速度，D₂为第五轮仪直径，B为作业幅宽；

S7，在显示屏上显示步骤S1～S6计算结果信息。

在本实施方式中，还包括

当第一升降杆下降高度C₁与系统预设第一升降杆下降高度一致时，第一驱动机构停止驱动第一升降杆下降，计算公式为C₁＝F₃/K₁，F₃为第三压力传感器测得的压力值，K₁为第一复位弹簧的劲度系数，C₁为第一升降杆下降高度；

当第二升降杆下降高度C₂与系统预设第二升降杆下降高度一致时，第二驱动机构停止驱动第二升降杆下降，计算公式为C₂＝F₄/K₂，F₄为第四压力传感器测得的压力值，K₂为第二复位弹簧的劲度系数，K₂与K₁相等或不相等，C₂为第二升降杆下降高度。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S7之前还包括计算秸秆覆盖面积，秸秆覆盖面积计算方法包括以下步骤：

S71，对获取的秸秆图像进行图像增强，图像增强的计算方法为：

对于数字图像，它们在计算机中通常为一个二维数组q(x,y)，以s表示经过直方图修正后的图像灰度，即0≤r，s≤1，直方图均衡就是通过灰度函数

其中，从r到s的函数关系为s＝T[r]，P_r(ω)表示随机变量r的概率密度；

将原图像直方图P_r(r)改变成均匀分布的直方图P_r(s)；

在数字图像中，灰度值是离散的，用频率来代替概率，离散化的直方图均衡化公式为

式中，k为离散灰度级；s_k的值是与T[r_k]最接近的灰度；

r_k是第k个灰度级，n_l是图像中灰度级为r_k的像素个数，N是图像中像素的总数；

S72，对步骤S71处理后的图像进行图像去噪，图像去噪的计算方法为：

中值滤波是用领域点的中值代替该点的数值，即

k(x,y)＝Median(x₁,x₂,...,x_n) (14)

式中，x₁,x₂,...,x_n为点(x,y)及其邻域的灰度值；Median(x₁,x₂,...,x_n)表示返回给定值的中值；

S73，对步骤S72处理后的图像进行图像边缘锐化，图像边缘锐化的计算方法为：

1个连续函数f(x,y)，其梯度是1个矢量，定义为

其中，分别是连续函数f(x,y)在x、y方向上的偏导数，T表示矩阵的转置；

点(x,y)梯度的幅度即为梯度矢量的模：

对于数字图像f(x,y)，由于数字图像的离散性，采用差分运算来近似替代微分运算，在其像素点(i,j)处，x方向和y方向上的一阶差分定义为

Δ_xf(i,j)＝f(i,j)-f(i+1,j) (17)

Δ_yf(i,j)＝f(i,j)-f(i,j+1) (18)

由梯度的计算可知，在图像中灰度变化较大的边缘区域其梯度值较大，在灰度变化平缓的区域其梯度值较小，而在灰度均匀区域其梯度值为零，所以，图像经过梯度运算后，剩下灰度值急剧变化的边缘处的那些像素点；

S74，对步骤S73中处理后的图像进行图像分割，图像分割的计算方法为：

设输入图像的函数表示为c(m,n)，输出图像的函数表示为d(m,n)，则二者之间存在下列关系：

f_max表示最大类间方差；

其中I₁和I₂为两任意值，且I₁≠I₂，通常取I₁＝0和I₂＝1，而T₂为所取的阈值，通过选取适当的T₂值，则输出图像中I₁正好代表目标，而具有I₂值的像素恰恰代表背景，或者与此相反；

S75，将图像分割为一块一块的小图，将d(m,n)＝I₁的总块数除以分割总块数，得到覆盖面积。

颜色特征是秸秆的一个显著特征，可用于对秸秆的识别。另外颜色特征具有一定的稳定性，对大小、方向都不敏感，表现出相当强的鲁棒性。所以，在很多情况下，颜色是描述一幅图像最简便而有效的特征。本方法中根据秸秆与背景颜色的差别利用计算机视觉智能识别技术实现秸秆与周围环境的区分。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种丘陵山地农机具田间综合系统，其特征在于，包括设置于机架上且位于镇压轮正后方的第二深度测量传感装置，第二深度测量传感装置用于测量覆土镇压后的参考值h₂，第二深度测量传感装置的深度信号输出端与控制器的第二深度信号输入端相连；

设置于机架上且位于开沟器正后方的第三深度测量传感装置，第三深度测量传感装置用于测量播种开沟器深度h₃，第三深度测量传感装置的深度信号输出端与控制器的第三深度信号输入端相连；以及

设置于机架上且位于施肥器正后方的第四深度测量传感装置，第四深度测量传感装置用于测量施肥开沟器深度h₄，第四深度测量传感装置的深度信号输出端与控制器的第四深度信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的丘陵山地农机具田间综合系统，其特征在于，第一～四深度测量传感装置之一～四包括位移传感器，位移传感器的固定端固定安装在机架上，位移传感器的测量端固定设置有仿形掌；

仿形掌包括基板，在基板的第一端底部边缘设置有向上翘起的弧状物，弧状物的圆心角为10～75°，半径为2～10cm；基板的第二端与基板的第一端呈对称结构。

3.根据权利要求1所述的丘陵山地农机具田间综合系统，其特征在于，还包括设置于施肥管上的多个施肥检测装置，施肥检测装置分别设置在施肥管进口和施肥管出口，施肥检测装置包括设置在施肥管内壁的施肥发光二极管电路，在施肥发光二极管电路内壁的正对面内壁上设置有施肥光敏电阻电路，施肥光敏电阻电路接收施肥发光二极管电路发出的光线，检测施肥管进口和施肥管出口是否有颗粒经过；

若施肥管进口有M₁颗颗粒经过，M₁为正整数，且经过施肥管出口的颗粒为M₂颗，M₂为不大于M₁的正整数，当M₁-M₂大于预设颗粒数量阈值，则施肥管堵塞；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量大于或等于预设重播颗粒数量，则施肥量重播；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量小于或等于预设漏播颗粒数量，则施肥量漏播；

还包括设置于输种管上的多个播种检测装置，播种检测装置分别设置在输种管进口和输种管出口，播种检测装置包括设置在输种管内壁的播种发光二极管电路，在播种发光二极管电路内壁的正对面内壁上设置有播种光敏电阻电路，播种光敏电阻电路接收播种发光二极管电路发出的光线，检测输种管进口和输种管出口是否有种子经过；

若输种管进口有M₁′颗种子经过，M₁′为正整数，且经过输种管出口的种子为M₂′颗，M₂′为不大于M₁′的正整数，当M₁′-M₂′大于预设种子数量阈值，则输种管堵塞；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量大于或等于预设重播种子数量，则播种量重播；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量小于或等于预设漏播种子数量，则播种量漏播。

4.根据权利要求3所述的丘陵山地农机具田间综合系统，其特征在于，还包括设置于施肥箱底部的第一压力传感器，第一压力传感器用于测量施肥箱内已使用颗粒的重量，已使用颗粒的重量等于初始施肥箱的总重量减去此时施肥箱的总重量，第一压力传感器的压力信号输出端与控制器的第一压力信号输入端相连；

还包括设置于物料箱底部的第二压力传感器，第二压力传感器用于测量物料箱内已播种种子的重量，已播种种子的重量等于初始物料箱的总重量减去此时物料箱的总重量，第二压力传感器的压力信号输出端与控制器的第一压力信号输入端相连。

5.根据权利要求1所述的丘陵山地农机具田间综合系统，其特征在于，还包括用于检测油箱油面高度的油箱液位传感器，油箱液位传感器的测量端由油箱顶面延伸至油箱底面且与油箱底面呈90°，油箱液位传感器的液位信号输出端与控制器的液位信号输入端相连。

6.根据权利要求1所述的丘陵山地农机具田间综合系统，其特征在于，还包括安装于传动线路中的扭矩传感器，在安装扭矩传感器时采用法兰盘柔性连接方式，在传动线路中还安装有安全离合器，扭矩传感器的扭矩信号输出端与控制器的扭矩信号输入端相连，扭矩传感器的转速信号输出端与控制器的转速信号输入端相连。

7.根据权利要求1所述的丘陵山地农机具田间综合系统，其特征在于，还包括设置于机架上且高度可升降的土壤水分温度电导率传感器装置，土壤水分温度电导率传感器装置包括土壤水分温度电导率传感器，土壤水分温度电导率传感器的土壤含水量信息输出端与控制器的土壤含水量信息输入端相连，土壤水分温度电导率传感器的土壤温度信息输出端与控制器的土壤温度信息输入端相连，土壤水分温度电导率传感器的土壤电导率信息输出端与控制器的土壤电导率信息输入端相连；土壤水分温度电导率传感器的固定端固定安装在第一升降杆的第一端上，土壤水分温度电导率传感器的测量端与水平面呈90°，第一升降杆的第二端通过机架上的第一孔后，第一孔的直径大于第一升降杆的直径，在第一升降杆的第二端上设置有与第一螺母相适应的螺纹，第一螺母的外径大于第一孔的直径，在第一升降杆上套设第一复位弹簧，第一弹簧位于第一螺母与机架之间，在第一弹簧与机架接触处设置有第三压力传感器，第三压力传感器的压力信号输出端与控制器的第三压力信号输入端相连；在第一升降杆的第二端上方设置有第一驱动机构，第一驱动机构控制第一升降杆升降；

或/和还包括设置于机架上且高度可升降的土壤紧实度传感器装置，土壤紧实度传感器装置包括土壤紧实度传感器，土壤紧实度传感器的紧实度信息输出端与控制器的紧实度信息输入端相连，土壤紧实度传感器的GPS位置信息输出端与控制器的GPS位置信息输入端相连；土壤紧实度传感器的固定端固定安装在第二升降杆的第一端上，土壤紧实度传感器的测量端与水平面呈90°，第二升降杆的第二端通过机架上的第二孔后，第二孔的直径大于第二升降杆的直径，在第二升降杆的第二端上设置有与第二螺母相适应的螺纹，第二螺母的外径大于第二孔的直径，在第二升降杆上套设第二复位弹簧，第二弹簧位于第二螺母与机架之间，在第二弹簧与机架接触处设置有第四压力传感器，第四压力传感器的压力信号输出端与控制器的第四压力信号输入端相连；在第二升降杆的第二端上方设置有第二驱动机构，第二驱动机构控制第二升降杆升降。

8.根据权利要求1所述的丘陵山地农机具田间综合系统，其特征在于，还包括设置在机架上的第五轮仪，在第五轮仪的旋转轮上设置有第一转速传感器，第一转速传感器的转速信息输出端与控制器的第一转速信息输入端相连，在地轮上设置有第二转速传感器，第二转速传感器的转速信息输出端与控制器的第二转速信息输入端相连；

或/和还包括设置在驾驶室外顶部的无线网络天线，控制器通过无线网络天线与远程控制中心相连，以及设在驾驶室外顶部边缘的摄像头，摄像头的图像信息输出端与控制器的图像信息输入端相连，还包括设置在机架上的田间环境测定装置，田间环境测定装置包括辐照度传感器、风速传感器和空气温湿度传感器之一或任意组合，辐照度传感器的辐照度信息输出端与控制器的辐照度信息输入端相连，风速传感器的风速信息输出端与控制器的风速信息输入端相连，空气温湿度传感器的温湿度信息输出端与控制器的温湿度信息输入端相连。

9.一种丘陵山地农机具田间综合系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，计算

Δh₃＝h₃-h₂ (3)

Δh₄＝h₄-h₂ (4)

其中，h₂为第二深度测量传感装置测量的覆土镇压后的参考值，h₃为第三深度测量传感装置测量的播种开沟器的深度，h₄为第四深度测量传感装置测量的施肥开沟器的深度；

若播种深度Δh₃不在预设播种深度阈值范围内，则在显示屏上提示此处播种深度不达标；

若施肥深度Δh₄不在预设施肥深度阈值范围内，则在显示屏上提示此处施肥深度不达标；

S2，若施肥管进口有M₁颗颗粒经过，M₁为正整数，且经过施肥管出口的颗粒为M₂颗，M₂为不大于M₁的正整数，当M₁-M₂大于预设颗粒数量阈值，则施肥管堵塞；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量大于或等于预设重播颗粒数量，则施肥量重播；若预设颗粒时间阈值内，经过施肥管出口的颗粒数量小于或等于预设漏播颗粒数量，则施肥量漏播；

在预设颗粒时间阈值内，若经过施肥管出口的颗粒总重量与已使用颗粒的重量的比值小于预设颗粒第一比值，经过施肥管出口的颗粒总重量等于经过施肥管出口的颗粒数量乘以颗粒重量，则施肥量不均匀；若经过施肥管出口的颗粒总重量与已使用颗粒的重量的比值大于预设颗粒第二比值，预设颗粒第二比值大于预设颗粒第一比值，则施肥量均匀；

若输种管进口有M₁′颗种子经过，M₁′为正整数，且经过输种管出口的种子为M₂′颗，M₂′为不大于M₁′的正整数，当M₁′-M₂′大于预设种子数量阈值，则输种管堵塞；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量大于或等于预设重播种子数量，则播种量重播；若预设播种时间阈值内，经过输种管出口的种子数量小于或等于预设漏播种子数量，则播种量漏播；

在预设播种时间阈值内，若经过输种管出口的种子总重量与已播种种子的重量的比值在预设种子比值范围内，经过输种管出口的种子总重量等于经过输种管出口的种子数量乘以种子重量，则为均匀播种；

S3，计算

式中，θ₁为机组耗油量；G₁为机组纯作业的小时耗油量；W₁为机组纯作业的生产率，

W₁＝0.1BV₁ (6)

式中，B为作业幅宽；V₁为机组的作业速度；

G₁＝S₁H₁

式中，S₁为油箱横截面面积，H₁为单位时间内油箱液面下降的高度；

S4，计算

式中，P为发动机功率，T₁为扭矩传感器测得的扭矩值，n₃为扭矩传感器测得的转速值；

S5，计算

L₁＝n₁πD₁ (8)

式中，L₁为单位时间内地轮的纯转动距离，n₁为地轮转速，D₁为地轮直径；

其中，δ为滑移率，L₂为播种机实际行走距离；

L₂＝n₂πD₂ (10)

式中，n₂为第五轮仪转动速度，D₂为第五轮仪直径；

若L₁≠L₂时，则播种机作业过程地轮存在滑移，且若δ大于或等于预设滑移率阈值，则滑移较大；

S6，计算

S₂＝n₂×π×D₂×B (11)

式中，S₂为作业面积，n₂为第五轮仪转动速度，D₂为第五轮仪直径，B为作业幅宽；

S7，在显示屏上显示步骤S1～S6计算结果信息。

10.根据权利要求9所述的丘陵山地农机具田间综合系统的控制方法，其特征在于，在步骤S7之前还包括计算秸秆覆盖面积，秸秆覆盖面积计算方法包括以下步骤：

S71，对获取的秸秆图像进行图像增强，图像增强的计算方法为：

对于数字图像，它们在计算机中通常为一个二维数组q(x,y)，以s表示经过直方图修正后的图像灰度，即0≤r，s≤1，直方图均衡就是通过灰度函数

其中，从r到s的函数关系为s＝T[r]，P_r(ω)表示随机变量r的概率密度；

将原图像直方图P_r(r)改变成均匀分布的直方图P_r(s)；

在数字图像中，灰度值是离散的，用频率来代替概率，离散化的直方图均衡化公式为

式中，k为离散灰度级；s_k的值是与T[r_k]最接近的灰度；

r_k是第k个灰度级，n_l是图像中灰度级为r_k的像素个数，N是图像中像素的总数；

S72，对步骤S71处理后的图像进行图像去噪，图像去噪的计算方法为：

中值滤波是用领域点的中值代替该点的数值，即

k(x,y)＝Median(x₁,x₂,...,x_n) (14)

式中，x₁,x₂,...,x_n为点(x,y)及其邻域的灰度值；Median(x₁,x₂,...,x_n)表示返回给定值的中值；

S73，对步骤S72处理后的图像进行图像边缘锐化，图像边缘锐化的计算方法为：

1个连续函数f(x,y)，其梯度是1个矢量，定义为

其中，分别是连续函数f(x,y)在x、y方向上的偏导数，T表示矩阵的转置；

点(x,y)梯度的幅度即为梯度矢量的模：

对于数字图像f(x,y)，由于数字图像的离散性，采用差分运算来近似替代微分运算，在其像素点(i,j)处，x方向和y方向上的一阶差分定义为

Δ_xf(i,j)＝f(i,j)-f(i+1,j) (17)

Δ_yf(i,j)＝f(i,j)-f(i,j+1) (18)

由梯度的计算可知，在图像中灰度变化较大的边缘区域其梯度值较大，在灰度变化平缓的区域其梯度值较小，而在灰度均匀区域其梯度值为零，所以，图像经过梯度运算后，剩下灰度值急剧变化的边缘处的那些像素点；

S74，对步骤S73中处理后的图像进行图像分割，图像分割的计算方法为：

设输入图像的函数表示为c(m,n)，输出图像的函数表示为d(m,n)，则二者之间存在下列关系：

f_max表示最大类间方差；

其中I₁和I₂为两任意值，且I₁≠I₂，通常取I₁＝0和I₂＝1，而T₂为所取的阈值，通过选取适当的T₂值，则输出图像中I₁正好代表目标，而具有I₂值的像素恰恰代表背景，或者与此相反；

S75，将图像分割为一块一块的小图，将d(m,n)＝I₁的总块数除以分割总块数，得到覆盖面积。