CN109282850A - 一种耕作参数测量装置和方法、农机具作业耕深测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耕作参数测量装置，用于测量拖拉机通过三点悬挂机构连接作业机具的工作参数，包括：(1)测量耕作阻力的二维轴销传感器，(2)测量作业速度、作业耕深和倾角参数的GNSS传感器，(3)采集二维轴销传感器和GNSS传感器数据信息的数据采集器，(4)存储数据的存贮器；二维轴销传感器作为轴销安装在三点悬挂机构和作业机具的连接点上，GNSS传感器安装在作业机具上。还涉及农机具作业耕深测量方法、一种耕作参数测量方法。本发明同时测量和计算得到农机具耕作阻力、作业速度、作业耕深和倾角参数，只需要安装在作业农机具上，不改变、破坏作业农机具的自身结构，可以随时装卸，属于精细农业领域。

Description

一种耕作参数测量装置和方法、农机具作业耕深测量方法

技术领域

本发明涉及精细农业领域，特别涉及一种耕作参数测量装置、采用该装置实现的耕作参数测量方法、采用该装置实现的农机具作业耕深测量方法。

背景技术

随着农业机械化的发展，数据的采集与分析对机械研究和设计越来越多重要，针对农业耕作参数测量方面虽已有相关研究，但大多数是针对农机具而设计的采集方法和装置，如：通过粘贴应变片或者只能在土槽实验室模拟采集农机具的耕作阻力；通过倾角传感器采集实时作业倾角；通过记录路程和时间再计算等方法。但没有系统的进行农机具耕作阻力、倾角、作业速度和作业耕深等参数的同步测量与采集，还可能需要改变农机具的自有结构或是对被测农机具造成破坏，导致操作比较繁琐、数学计算量大、测量效率低下，难以满足简单便捷的测量采集需求。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种耕作参数测量装置和方法、农机具作业耕深测量方法，解决了目前农业耕作参数测量操作繁琐和测量效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耕作参数测量装置，用于测量拖拉机通过三点悬挂机构连接作业机具的工作参数，包括：(1)测量耕作阻力的二维轴销传感器，(2)测量作业速度、作业耕深和倾角参数的GNSS传感器，(3)采集二维轴销传感器和GNSS传感器数据信息的数据采集器，(4)存储数据的存贮器；二维轴销传感器作为轴销安装在三点悬挂机构和作业机具的连接点上，GNSS传感器安装在作业机具上。

作为一种优选，二维轴销传感器的数量为3台，分别作为轴销安装于作业机具和三点悬挂机构连接处的上连接点、左下连接点和右下连接点，用于检测三个连接点的X向阻力和Y向阻力，其中X向指向作业机具的作业前进方向，Y向垂直于X向指向上方。

作为一种优选，GNSS传感器为主从双天线的GNSS定位定向系统，得到主天线的经纬度、海拔高度、速度信息和主天线指向从天线的倾角，主天线在前、从天线在后依次沿作业机具前进方向安装在作业机具上。

作为一种优选，GNSS传感器获得的海拔高度信息用于测量作业耕深。

作为一种优选，GNSS传感器获得的主天线指向从天线的倾角用于测量作业机具的作业由于田块不平引起的作业机具与运动前进方向的实时俯仰倾角θ。

作为一种优选，GNSS传感器获得的速度信息用于测量作业速度。

作为一种优选，耕作阻力的大小满足：

F＝Fx×cosθ+Fy×sinθ

其中，F为工作阻力，Fx为二维轴销传感器X方向阻力，Fy为二维轴销传感器Y方向阻力，θ为实时俯仰倾角，X向指向作业机具的作业前进方向，Y向垂直于X向指向上方。

农机具作业耕深测量方法，采用一种耕作参数测量装置，包括如下步骤：

a)GNSS传感器主从天线安装于作业机具上，并用直尺测量主天线至作业机具底端的距离H_A；

b)通过采用安装了GNSS传感器主从天线的作业机具在田间选择多点对田面进行测量，测量时作业机具的底端正好接触田面土壤，记录下经纬度和海拔高度信息；

c)通过记录的多点田面信息数据去除主天线至作业机具底端的距离H_A后拟合为田面近似平面；

d)进行田间作业操作，并通过GNSS传感器采集主天线的经纬度和海拔高度信息，与步骤c)的田面近似平面进行计算即可获得作业机具的实时作业耕深。

一种耕作参数测量方法，采用一种耕作参数测量装置，包括如下步骤：

a)将作业机具与拖拉机采用3台二维轴销传感器通过三点悬挂机构挂接，二维轴销传感器的X方向与作业前进方向一致；

b)将GNSS传感器的主天线在前、从天线在后依次沿作业机具前进方向安装在作业机具上；

c)将二维轴销传感器和GNSS传感器分别连接至数据采集器、存储器和计算机；

d)用直尺测量主天线至作业机具底端的距离H_A，在田间选择多点对田面进行测量，测量时将作业机具的底端正好接触田面土壤，记录下经纬度和海拔高度信息；

e)耕整作业时通过GNSS传感器采集到主天线的经纬度、海拔高度、速度信息和主天线指向从天线的倾角；

f)通过采集到的3台二维轴销传感器数据计算耕作阻力，满足F＝Fx×cosθ+Fy×sinθ获得耕作阻力参数；

g)通过GNSS传感器采集到主天线的经纬度和海拔高度信息，田面近似平面进行计算获得作业机具的实时作业耕深；

h)所有采集和计算的数据存储在存贮器中。

作为一种优选，通过二维轴销传感器和GNSS传感器同时测量和计算得到作业机具耕作阻力、作业速度、作业耕深和倾角参数，实时在显示器上显示，并同步保存成文档，文档用于实时查看和后期分析。

总的说来，本发明具有如下优点：

(1)本发明通过二维轴销传感器、GNSS传感器、数据采集器和存贮器测量农机具耕作阻力、作业速度、作业耕深和倾角参数，实时在显示器上显示，并且同步保存成文档，方便实时和日后查看参数。

(2)本发明的二维轴销传感器和GNSS传感器只需要安装在农业作业机具上，不需要改变、破坏农业作业机具的自身结构，可以随时装卸，具有便捷高效的特点。

(3)可应用于所有由拖拉机通过三点悬挂机构牵拉的农业机具，应用范围广，适用于田间土壤耕作参数测量与采集，以及变量作业的分析应用。

附图说明

图1是本发明的安装示意图。

图2是作业机具的耕作阻力计算原理图。

其中，1为二维轴销传感器，2为GNSS传感器，3为拖拉机，4为作业机具。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

一种耕作参数测量装置，包括：二维轴销传感器、GNSS传感器、数据采集器、存贮器、计算机、显示器。加装在作业机具上，其中拖拉机通过三点悬挂机构连接作业机具。本实施例的作业机具为犁。

二维轴销传感器的数量为三台，分别作为轴销安装于作业机具与三点悬挂机构连接处的上连接点和左下连接点以及右下连接点，用于检测三个连接点的X向阻力和Y向阻力，其中X方向指向农机具作业前进方向，Y向垂直于X向指向上方，见图1。

GNSS传感器为主从双天线的GNSS定位定向系统，系统可得到主天线的经纬度、海拔高度、速度等信息和主天线指向从天线的倾角，主天线在前、从天线在后依次沿作业机具前进方向安装在作业机具上。

数据采集器指带有电池可离线操作的数据采集终端设备。

存贮器指用于保存采集数据的设备。

计算机用于处理数据，并将数据实时在显示器显示出来。

各参数的测量方法如下：

一、作业耕深

GNSS传感器采集的海拔高度信息用于测量作业机具的作业耕深，方法和步骤如下：

a)GNSS传感器主从天线安装于作业机具上，并用直尺测量主天线至作业机具底端的距离H_A，底端指的是机具最低位置；

b)通过采用安装了GNSS传感器主从天线的作业机具在田间选择多点对田面进行测量，测量时作业机具的底端正好接触田面土壤，记录下经纬度和海拔高度信息；

c)通过记录的多点田面信息数据减去主天线至作业机具底端的距离H_A后拟合为田面近似平面；

d)进行田间作业操作，并通过GNSS传感器采集主天线的经纬度和海拔高度信息，与步骤c)的田面近似平面进行计算即可获得农机具的实时作业耕深。

二、作业速度

GNSS传感器采集到的速度信息用于测量作业机具的作业速度。

三、倾角参数

GNSS传感器采集到的主天线指向从天线的倾角主要用于测量作业机具的作业由于田块不平引起的作业机具与运动前进方向的实时俯仰倾角θ。

四、耕作阻力

耕作阻力由二维轴销传感器采集到的三个连接点的X向阻力和Y向阻力和作业机具与运动前进方向的实时俯仰倾角θ进行计算得出，如图2所示，计算如下：

F＝Fx×cosθ+Fy×sinθ

其中F为工作阻力，Fx为轴销传感器X方向阻力，Fy为轴销传感器Y方向阻力，θ为实时俯仰倾角。

一种耕作参数测量方法，采用一种耕作参数测量装置，包括如下步骤：

a)将作业机具与拖拉机采用3台二维轴销传感器通过三点悬挂机构挂接，二维轴销传感器的X方向与作业前进方向一致；

b)将GNSS传感器的主天线在前、从天线在后依次沿作业机具前进方向安装在作业机具上；

c)将二维轴销传感器和GNSS传感器分别连接至数据采集器、存储器和计算机；

d)用直尺测量主天线至作业机具底端的距离H_A，在田间选择多点对田面进行测量，测量时将作业机具的底端正好接触田面土壤，记录下经纬度和海拔高度信息；

e)耕整作业时通过GNSS传感器采集到主天线的经纬度、海拔高度、速度信息和主天线指向从天线的倾角；

f)通过采集到的3台二维轴销传感器数据计算耕作阻力，满足F＝Fx×cosθ+Fy×sinθ获得耕作阻力参数；

g)通过GNSS传感器采集到主天线的经纬度和海拔高度信息，田面近似平面进行计算获得作业机具的实时作业耕深；

h)所有采集和计算的数据存储在存贮器中。

通过二维轴销传感器和GNSS传感器同时测量和计算得到作业机具耕作阻力、作业速度、作业耕深和倾角参数，实时在显示器上显示，并同步保存成文档，文档用于实时查看和所期分析。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耕作参数测量装置，用于测量拖拉机通过三点悬挂机构连接作业机具的工作参数，其特征在于：包括

-测量耕作阻力的二维轴销传感器，

-测量作业速度、作业耕深和倾角参数的GNSS传感器，

-采集二维轴销传感器和GNSS传感器数据信息的数据采集器，

-存储数据的存贮器；

二维轴销传感器作为轴销安装在三点悬挂机构和作业机具的连接点上，GNSS传感器安装在作业机具上。

2.按照权利要求1所述的一种耕作参数测量装置，其特征在于：二维轴销传感器的数量为3台，分别作为轴销安装于作业机具和三点悬挂机构连接处的上连接点、左下连接点和右下连接点，用于检测三个连接点的X向阻力和Y向阻力，其中X向指向作业机具的作业前进方向，Y向垂直于X向指向上方。

3.按照权利要求1所述的一种耕作参数测量装置，其特征在于：GNSS传感器为主从双天线的GNSS定位定向系统，得到主天线的经纬度、海拔高度、速度信息和主天线指向从天线的倾角，主天线在前、从天线在后依次沿作业机具前进方向安装在作业机具上。

4.按照权利要求3所述的一种耕作参数测量装置，其特征在于：GNSS传感器获得的海拔高度信息用于测量作业耕深。

5.按照权利要求3所述的一种耕作参数测量装置，其特征在于：GNSS传感器获得的主天线指向从天线的倾角用于测量作业机具的作业由于田块不平引起的作业机具与运动前进方向的实时俯仰倾角θ。

6.按照权利要求3所述的一种耕作参数测量装置，其特征在于：GNSS传感器获得的速度信息用于测量作业速度。

7.按照权利要求5所述的一种耕作参数测量装置，其特征在于：耕作阻力的大小满足：

F＝Fx×cosθ+Fy×sinθ

其中，F为耕作阻力，Fx为二维轴销传感器X方向阻力，Fy为二维轴销传感器Y方向阻力，θ为实时俯仰倾角，X向指向作业机具的作业前进方向，Y向垂直于X向指向上方。

8.农机具作业耕深测量方法，采用权利要求1至7中任一项所述的一种耕作参数测量装置，其特征在于：包括如下步骤：

a)GNSS传感器主从天线安装于作业机具上，并用直尺测量主天线至作业机具底端的距离H_A；

b)通过采用安装了GNSS传感器主从天线的作业机具在田间选择多点对田面进行测量，测量时作业机具的底端正好接触田面土壤，记录下经纬度和海拔高度信息；

c)通过记录的多点田面信息数据去除主天线至作业机具底端的距离H_A后拟合为田面近似平面；

d)进行田间作业操作，并通过GNSS传感器采集主天线的经纬度和海拔高度信息，与步骤c)的田面近似平面进行计算即可获得作业机具的实时作业耕深。

9.一种耕作参数测量方法，采用权利要求1至7中任一项所述的一种耕作参数测量装置，其特征在于：包括如下步骤：

a)将作业机具与拖拉机采用3台二维轴销传感器通过三点悬挂机构挂接，二维轴销传感器的X方向与作业前进方向一致；

b)将GNSS传感器的主天线在前、从天线在后依次沿作业机具前进方向安装在作业机具上；

c)将二维轴销传感器和GNSS传感器分别连接至数据采集器、存储器和计算机；

d)用直尺测量主天线至作业机具底端的距离H_A，在田间选择多点对田面进行测量，测量时将作业机具的底端正好接触田面土壤，记录下经纬度和海拔高度信息；

e)耕整作业时通过GNSS传感器采集到主天线的经纬度、海拔高度、速度信息和主天线指向从天线的倾角；

f)通过采集到的3台二维轴销传感器数据计算耕作阻力，满足F＝Fx×cosθ+Fy×sinθ获得耕作阻力参数；

g)通过GNSS传感器采集到主天线的经纬度和海拔高度信息，田面近似平面进行计算获得作业机具的实时作业耕深；

h)所有采集和计算的数据存储在存贮器中。

10.按照权利要求9所述的一种耕作参数测量方法，其特征在于：通过二维轴销传感器和GNSS传感器同时测量和计算得到作业机具耕作阻力、作业速度、作业耕深和倾角参数，实时在显示器上显示，并同步保存成文档，文档用于实时查看和后期分析。