CN109006749A - 一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统及其标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统及其标定方法，属于田间信息检测装置领域，包括行驶底盘、喷杆、分行器、数据采集模块、田间稠密度检测控制器和显示屏；其中喷雾机喷杆上设置有多个分行器，各分行器上安装有多维力传感器检测其随机分行阻力，行驶底盘上安装有定位系统，用于对行驶底盘进行实时定位。主要为了解决作物生长中后期田间冠层稠密度分布检测困难问题。基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统的标定主要包括田间随机分行阻力信息的传感器检测获取、田间冠层稠密度信息的人工测定及两者的对比建模。本发明可应用于喷雾机田间信息检测上。

Description

一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统及其标定方法
技术领域
本发明涉及田间信息检测领域,尤其涉及到一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统及其标定方法。
背景技术
高效精确地检测田间作物信息是实现农业机械高效化、智能化和精准化的先决条件。冠层稠密度不仅直接反映植物的生长状况，而且影响着植物的许多生物、物理过程，精确可靠地对其进行检测可有效指导实际田间作业过程。
专利201510908172.3公开了一种基于视频检测的叶面积指数的检测方法，通过对目标图像进行二值化处理，对绿色点和偏绿色点进行突出显示，计算绿色覆盖面进而计算其叶面积指数；专利201410746072.0公开了一种基于激光雷达点云技术的植物叶面积指数测定方法，利用地面激光雷达测量系统生成的三维点云数据，结合计算机图形学技术，从点云图像中获取叶面积指数计算所需的相关参数并进行多元线性回归处理，从而计算叶面积指数。但此类方法均数据处理复杂。
为了有效、快速地对作物生长中后期的田间冠层稠密度进行检测，本发明提供了一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统及其标定方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统及其标定方法，以实现在喷雾机田间作业阶段，对田间冠层稠密度信息进行检测。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统，包括行驶底盘、喷杆、分行器、数据采集模块、田间稠密度检测控制器和显示屏；其特征在于，所述喷杆上设置有多个分行器，所述分行器上安装有多维力传感器，用于检测分行器的随机分行阻力；所述行驶底盘上安装有定位系统，用于对行驶底盘进行实时定位；所述多维力传感器与定位系统均连接至数据采集模块；所述数据采集模块将采集到的信息传输到田间稠密度检测控制器；所述田间稠密度检测控制器用于剔除因枝叶交叉等因素造成的随机分行阻力异常值，并结合各多维力传感器在喷杆上的安装位置及喷杆式喷雾机的实际田间行走轨迹，建立田间分行阻力信息图。
进一步的，所述多维力传感器为六维力矩传感器。
进一步的，所述分行器个数为11。
进一步的，所述多维力传感器个数为11。
一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统的标定方法，包括以下步骤：
步骤一：依据作物生长周期，选取冠层稠密度具有明显差别的不同时期进行实际田间标定实验，并在每次实际田间标定实验前进行实验路径规划；
步骤二：在喷杆式喷雾机实际田间标定实验过程中，通过数据采集模块将各分行器安装的多维力传感器实时检测获得的各分行器随机分行阻力和定位系统对喷杆式喷雾机田间实际位置进行精准定位获得的实际田间行走轨迹上传至田间冠层稠密度检测控制器；
步骤三：田间冠层稠密度检测控制器剔除因枝叶交叉等因素造成的随机分行阻力异常值，并结合各多维力传感器在喷杆上的安装位置及喷杆式喷雾机的实际田间行走轨迹，建立田间分行阻力信息图；
步骤四：对喷杆式喷雾机行走轨迹上冠层稠密度信息进行人工测定，建立田间冠层稠密度信息图，并与步骤三获得的田间分行阻力信息图进行对比建模，采用多元线性回归法建立基于分行阻力的田间冠层稠密度检测模型；
步骤五：对作物不同生长周期获得的不同冠层稠密度条件下的基于分行阻力的田间冠层稠密度检测模型进行冠层稠密度检测区段融合，实现基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统的标定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过对分行器安装多维力传感器，从而能在喷杆式喷雾机实际田间运作过程中检测随机分行阻力。通过将随机分行阻力与田间冠层稠密度信息进行对比建模，建立了基于分行阻力的田间冠层稠密度检测模型，从而能在喷杆式喷雾机实际田间运作过程中实现田间冠层稠密度的精准测量。
附图说明
图1为喷杆式喷雾机轴测图。
图2为田间冠层稠密度检测结构示意图。
图中：1、多维力传感器；2、分行器；3、喷杆；4、定位系统；5、数据采集模块；6、田间冠层稠密度检测控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
结合附图1和2，本发明一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统，由行驶底盘、喷杆3、分行器2、数据采集模块5、田间稠密度检测控制器6和显示屏组成。如图1所示，喷杆上设置有多个分行器2，所述各分行器2安装有多维力传感器1，多维力传感器1为六维力或者力矩传感器，用于检测分行器2的随机分行阻力；行驶底盘上安装有定位系统4，用于对行驶底盘进行实时定位，如图2所示，各多维力传感器1及定位系统4通过数据采集模块5将其采集到的信息上传至田间冠层稠密度检测控制器6；田间稠密度检测控制器6剔除因枝叶交叉等因素造成的随机分行阻力异常值，并结合各多维力传感器1在喷杆3上的安装位置及喷杆式喷雾机的实际田间行走轨迹，建立田间分行阻力信息图。
本发明的工作过程如下：
喷雾机实际田间作业阶段，多维力传感器1实时检测各分行器2随机分行阻力，并通过数据采集模块5上传至田间冠层稠密度检测控制器6，田间冠层稠密度检测控制器6依据基于分行阻力的田间冠层稠密度检测模型计算各分行器2随机分行阻力对应的冠层稠密度，并通过显示屏对各分行器2处田间冠层稠密度信息进行显示。
一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统的标定方法，包括以下步骤：
步骤一，依据作物生长周期，选取冠层稠密度具有明显差别的不同时期进行实际田间标定实验，并在每次实际田间标定实验前进行实验路径规划；
步骤二，在喷杆式喷雾机实际田间标定实验过程中，通过数据采集模块5将各分行器2安装的多维力传感器1实时检测获得的各分行器2随机分行阻力和定位系统4对喷杆式喷雾机田间实际位置进行精准定位获得的实际田间行走轨迹上传至田间冠层稠密度检测控制器6；
步骤三，田间冠层稠密度检测控制器6剔除因枝叶交叉等因素造成的随机分行阻力异常值，并结合各多维力传感器1在喷杆上的安装位置及喷杆式喷雾机的实际田间行走轨迹，建立田间分行阻力信息图；
步骤四，对喷杆式喷雾机行走轨迹上冠层稠密度信息进行人工测定，建立田间冠层稠密度信息图，并与步骤三获得的田间分行阻力信息图进行对比建模，采用多元线性回归法建立基于分行阻力的田间冠层稠密度检测模型；
步骤五，对作物不同生长周期获得的不同冠层稠密度条件下的基于分行阻力的田间冠层稠密度检测模型进行冠层稠密度检测区段融合，实现基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统的标定。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统，包括行驶底盘、喷杆(3)、分行器(2)、数据采集模块(5)、田间稠密度检测控制器(6)和显示屏；其特征在于，所述喷杆(3)上设置有多个分行器(2)，所述分行器(2)上安装有多维力传感器(1)，用于检测分行器(2)的随机分行阻力；所述行驶底盘上安装有定位系统(4)，用于对行驶底盘进行实时定位；所述多维力传感器(1)与定位系统(4)均连接至数据采集模块(5)；所述数据采集模块(5)将采集到的信息传输到田间稠密度检测控制器(6)；所述田间稠密度检测控制器(6)用于剔除因枝叶交叉等因素造成的随机分行阻力异常值，并结合各多维力传感器(1)在喷杆(3)上的安装位置及喷杆式喷雾机的实际田间行走轨迹，建立田间分行阻力信息图。
2.根据权利要求1所述的一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统，其特征在于，所述多维力传感器(1)为六维力矩传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统，其特征在于，所述分行器(2)个数为11。
4.根据权利要求4所述的一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统，其特征在于，所述多维力传感器(1)个数为11。
5.一种基于分行阻力的田间冠层稠密度检测系统的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一:依据作物生长周期，选取冠层稠密度具有明显差别的不同时期进行实际田间标定实验，并在每次实际田间标定实验前进行实验路径规划；
步骤二:在喷杆式喷雾机实际田间标定实验过程中，通过数据采集模块(5)将各分行器(2)安装的多维力传感器(1)实时检测获得的各分行器(2)随机分行阻力和定位系统(4)对喷杆式喷雾机田间实际位置进行精准定位获得的实际田间行走轨迹上传至田间冠层稠密度检测控制器(6)；
步骤三:田间冠层稠密度检测控制器(6)剔除因枝叶交叉等因素造成的随机分行阻力异常值，并结合各多维力传感器(1)在喷杆(3)上的安装位置及喷杆式喷雾机的实际田间行走轨迹，建立田间分行阻力信息图；
步骤四:对喷杆式喷雾机行走轨迹上冠层稠密度信息进行人工测定，建立田间冠层稠密度信息图，并与步骤三获得的田间分行阻力信息图进行对比建模，采用多元线性回归法建立基于分行阻力的田间冠层稠密度检测模型；
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