CN109328534A - 花式种子带编织机及基于花式种子带的景观植物播种方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种花式种子带编织机及基于花式种子带的景观植物播种方法，本发明的播种方法包括以下步骤：1、确定待种植物种植区图案形状的边界和待种地块区域的边界；并对图案边界进行调整，得到用于播种的区域边界；2、输入种植作物的种植参数及对应区域，通过工艺规划算法，获得驱动花式种子带编织机的指令序列；3、启动花式种子带编织机工作，获得携带规律化排布的多种作物种子和图案信息的种子带；4、按工艺规划方案，将种子带分段埋入待种植地块。本发明用于多种作物混合景观种植，拓宽了传统种子带编织机的应用范围，降低了创意景观农业中田间作物图案施工的难度、工作量和出错率，提高了施工工作效率和质量。

Description

花式种子带编织机及基于花式种子带的景观植物播种方法

技术领域

本发明涉及一种农业机械领域，具体涉及一种花式种子带编织机及基于花式种子带的景观植物播种方法。

背景技术

近年来，我国创意景观农业有了很大的进步。乡村振兴，美丽新农村建设的浪潮滚滚而来。出于旅游景点开发和广告宣传的需求，人们希望农田里的作物不仅能够丰产增收，而且在其生长期能够呈现出某种字画景观造型视觉效果，达到营造环境、广泛宣传的目的。由于图案边界有着严格的精度要求并且伴有不同种类作物混合种植的情形，现有种植机械很难完成任务，人们只能利用纯人工方式进行田间的造型设计和施工。这种方式耗时费力且出错率高，因此有针对性的研究开发相应的机械化景观造型技术具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对大面积景观植物的播种，提供一种实现多种作物混合景观种植的花式种子带编织机及基于花式种子带的景观植物播种方法，本发明适用于希望在田间快速施工而种出某种景观图案的场合。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

基于花式种子带的景观植物播种方法，包括以下步骤：

步骤S1、确定待种植矩形边界地块的长L和宽W，得到矩形边界数据P1；

步骤S2、确定待种植物的期望图案形状坐标信息，得到边界数据P2；

步骤S3、对边界数据P2进行调整得到边界数据P2’，使边界数据P2’与边界数据P1在方位和区域大小上匹配，得到用于播种的区域边界数据P3；

步骤S4、输入种植作物的种植参数及对应区域，通过工艺规划算法，获得工艺规划方案和驱动花式种子带编织机的指令序列；

步骤S5、利用驱动花式种子带编织机的指令序列控制花式种子带编织机工作，获得携带规律化排布的多种作物种子和图案信息的种子带；

步骤S6、按照工艺规划方案，将种子带分段埋入待种植地块。

进一步的，所述步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S4.1、待种植矩形边界地块边界数据P1和待种植物地块边界数据P2’将区域边界数据P3分解成若干个独立的单连通域Ai，所有单连通域的集合为{A1，A2，…Ai}，即P3＝{A1，A2，…Ai}；

步骤S4.2、确定每个单连通域对应的作物品种编号、作物总数量、种植行距和株距，其中，单连通域Ai对应的作物品种编号为mi，作物总数量为Mi，种植行距为wi，株距为hi，若Ai对应的单连通域留白，不种植任何作物，则mi＝0；

步骤S4.3、用一组间距为H且平行于P1某一条边的平行线组覆盖P3，平行线组与区域边界数据P3相交得到多个交点，所有交点的集合为{C1，C2……Cq}；

步骤S4.4、建立原点为最左侧或最上侧第一条平行线下端点，且Y轴与平行线组平行的直角坐标系，设原点为线串起点，按自左至右、自下而上的顺序遍历每个交点，并将交点按遍历顺序连成线串，分别求出每个交点到线串起点的长度，记为线串长度，交点Cq的线串长度记为Sq；

步骤S4.5、自左至右、自下而上遍历所有交点，求取每个交点对应的种子带编织机控制标记位,交点Cq的种子带编织机控制标记位记为Tq；在相邻交点间，按照前一交点控制标记位及对应的株距信息，确定布置对应的作物及坐标点位置，即为种子带工艺规划方案；

步骤S4.6、将每一个交点的线串长度值和交点对应的控制标记位进行匹配得到每一个交点对应的控制指令，交点Cq的控制指令记为lq-Tq；控制指令lq-Tq的含义为：花式种子带编织机工作时编织好的花式种子带的总长度l达到了l＝Sq的状态时，花式种子带编织机对应的排种器控制指令为Tq；求得所有交点对应的控制指令后，按照线串长度的数值由小到大的顺序，将每个交点的控制指令进行排序和存储，获得驱动花式种子带编织机各排种器分时工作的指令序列；利用所述花式种子带编织机各排种器分时工作的指令序列可以对花式种子带编织机进行工作时各时刻的各排种器进行动作控制。

进一步的，所述步骤S4.5中的求取每个交点对应的种子带编织机控制标记位的方法具体为：对于交点Ci而言，若同时满足条件1和条件2，则交点Ci对应的控制标记位Ti＝mk，其中mk为单连通域Ak对应作物品种，若条件1和条件2中任意一个不满足，则Ti＝0；若Ti＝mk≠0,则表示启动mk对应的排种器，若Ti＝0，则表示不启动任何排种器，对应区域留白；上述条件1为：设Cp为线串上Ci之后的下一个交点，则线段CiCp位于某一单连通域Ak内部，上述条件2为：条件1成立，且Ci与原点的横向间距为单连通域Ak对应作物种植行距wk的整数倍，即|XCi-Xo|/wk为整数。

进一步的，所述步骤S4.3中，平行线组平行于P1的长边或短边，若平行线组平行于P1的长边，则每条平行线均大于L，若平行线组平行于P1的短边，则每条平行线均大于W。

进一步的，不同作物品种的种植行距值可以不同也可以相同，若不同作物品种的种植行距值不完全相同，则平行线组间距H为所有作物品种的种植行距值的公约数，即所有作物品种的种植行距值均为H的整数倍。

一种花式种子带编织机，包括多个排种器、纸带盘、缠绕装置、棉线、计米器、种子带盘和控制器，所述多个排种器可独立启停且均由控制器控制，所述纸带盘用于提供原料种子带，所述排种器用于存储和排放种子，所述缠绕装置用于将原料种子带包裹在排种器排放的种子外面，并混编条棉线后形成种子带，所述棉线用于将条棉线从相反的方向混编于种子带中以形成缠绕编织效果，所述计米器用于测量已编织好的种子带的长度，所述种子带盘用于收集已编织好的种子带；所述控制器用于根据计米器的测量结果、预设指令序列和作物株距信息对多个排种器进行独立启停及转速控制。

本发明的有益效果为：本作品以传统种绳直播技术为基础，利用现代计算机信息处理技术，将期望呈现的景观图案信息和待作业田块边界信息进行融合和工艺规划处理，进而数字化驱动一种花式种子带编织机有序工作，最终获得携带规律化排布的多种作物种子和图案信息的种绳/种子带，以用于田间高效率的景观种植。本发明还开发了一种新型混编种子带编织机，并行布置多个独立电驱的精密排种器，排种器的数量可根据景观图案需要的植物种类数量确定，由工艺规划指令驱动两个排种器分时工作，分别将种箱中的油菜和小麦种子定量运移并定时定点排布到种子带上相应位置上，再由编织机构编织固定种子，最后由绕绳机构绕制出成盘的种子带，留作田间种植。

附图说明

图1为本发明的总体流程示意图；

图2为边界P1和边界P2示意图；

图3为边界P3示意图；

图4为工艺规划算法流程示意图；

图5为区域边界数据P3被平行线组覆盖后的示意图；

图6为平行线组与多边形边界求交之后的示意图；

图7为计算Si和判断Ti的示意图；

图8为计算得到的种子带编织带种子排布示意图；

图9为花式种子带编织机结构示意图。

附图中，各标号代表的部件列表如下：

1、排种器；2、纸带盘；3、缠绕装置；4、棉线；5、计米器；6、种子带盘；空心圆圈：交点；细虚线：平行线组；2倍粗虚线：排布植株2的种子；4倍粗虚线：排布植株1的种子；粗实线：无种子

具体实施方式

以油菜(行距20cm,株距5cm)和小麦(行距10cm,株距3cm)两种作物的图案种植为例，以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，基于花式种子带的景观植物播种方法，包括以下步骤：

步骤S1、确定待种植矩形边界地块的长L和宽W，得到矩形边界数据P1；

如图2所示，步骤S2、确定待种植物的期望图案形状坐标信息，得到边界数据P2；

步骤S3、对边界数据P2进行调整得到边界数据P2’，使边界数据P2’与边界数据P1在方位和区域大小上匹配，得到用于播种的区域边界数据P3；

如图4所示，步骤S4、输入种植作物的种植参数及对应区域，通过工艺规划算法，获得工艺规划方案和驱动花式种子带编织机的指令序列；

步骤S5、利用驱动花式种子带编织机的指令序列控制花式种子带编织机工作，获得携带规律化排布的多种作物种子和图案信息的种子带；

步骤S6、按照工艺规划方案，将种子带分段埋入待种植地块。

所述步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S4.1、待种植矩形边界地块边界数据P1和待种植物地块边界数据P2’将区域边界数据P3分解成若干个独立的单连通域Ai，所有单连通域的集合为{A1，A2，…Ai}，即P3＝{A1，A2，…Ai}；如图3所示，本实施例中，P3＝{A1，A2……A6}；

步骤S4.2、确定每个单连通域对应的作物品种编号、作物总数量以及种植行距和株距，其中，单连通域Ai对应的作物品种编号为mi，作物总数量为Mi，种植行距为wi，株距为hi，若Ai对应的单连通域留白，不种植任何作物，则mi＝0；本实施例中，单连通域A1对应的作物品种为编号m1，编号m1对应油菜，单连通域A2～A6对应的作物品种分别为编号m2～m6，编号m2～m6均对应小麦，

如图5和图6所示，步骤S4.3、用一组间距为H且平行于P1某一条边的平行线组覆盖P3，平行线组与区域边界数据P3相交得到多个交点，所有交点的集合为{C1，C2……Cq}；本实施例中，所有交点的集合为{C1，C2……C91}。

如图7所示，步骤S4.4、建立原点为最左侧或最上侧第一条平行线下端点，且Y轴与平行线组平行的直角坐标系，设原点为线串起点，按自左至右、自下而上的顺序遍历每个交点，并将交点按遍历顺序连成线串，分别求出每个交点到线串起点的长度，记为线串长度，交点Cq的线串长度记为Sq；

步骤S4.5、自左至右、自下而上遍历所有交点，求取每个交点对应的种子带编织机控制标记位,交点Cq的种子带编织机控制标记位记为Tq；在相邻交点间，按照前一交点控制标记位及对应的株距信息，确定布置对应的作物及坐标点位置，即为种子带工艺规划方案；

所述步骤S4.5中的求取每个交点对应的种子带编织机控制标记位的方法具体为：对于交点Ci而言，若同时满足条件1和条件2，则交点Ci对应的控制标记位Ti＝mk，其中mk为单连通域Ak对应作物品种，若条件1和条件2中任意一个不满足，则Ti＝0；若Ti＝mk≠0,则表示启动mk对应的排种器，若Ti＝0，则表示不启动任何排种器，对应区域留白；上述条件1为：设Cp为线串上Ci之后的下一个交点，则线段CiCp位于某一单连通域Ak内部，上述条件2为：条件1成立，且Ci与原点的横向间距为单连通域Ak对应作物种植行距wk的整数倍，即|XCi-Xo|/wk为整数。如图6和图7所示，对交点Ci进行判断时，线段CiCp位于单连通域A1内部，条件1满足，但|Xci-Xo|/w1＝3/2,不为整数，条件2不满足，因此Ti＝0；

如图8所示，步骤S4.6、将每一个交点的线串长度值和交点对应的控制标记位进行匹配得到每一个交点对应的控制指令，交点Cq的控制指令记为lq-Tq；控制指令lq-Tq的含义为：花式种子带编织机工作时编织好的花式种子带的总长度l达到了l＝Sq的状态时，花式种子带编织机对应的排种器控制指令为Tq；求得所有交点对应的控制指令后，按照线串长度的数值由小到大的顺序，将每个交点的控制指令进行排序和存储，获得驱动花式种子带编织机各排种器分时工作的指令序列；利用所述花式种子带编织机各排种器分时工作的指令序列可以对花式种子带编织机进行工作时各时刻的各排种器进行动作控制。例如，假设交点Ci的Si值为5米，Ci对应的Ti＝m1，则花式种子带编织机工作时编织好的花式种子带的总长度l达到5米时，启动作物品种m1对应的排种器，即油菜种子排种器，小麦种子排种器停止；假设交点Cp的Sp值为10米，Cp对应的Tp＝0，则花式种子带编织机工作时编织好的花式种子带的总长度l达到10米时，不启动任何排种器，此时段制作的种子带仅有外层袋，内无种子。

所述步骤S4.3中，平行线组平行于P1的长边或短边，若平行线组平行于P1的长边，则每条平行线均大于L，若平行线组平行于P1的短边，则每条平行线均大于W。

不同作物品种的种植行距值可以不同也可以相同，若不同作物品种的种植行距值不完全相同，则平行线组间距H为所有作物品种的种植行距值的公约数，即所有作物品种的种植行距值均为H的整数倍。本实施例中，w1＝20cm,w2＝10cm,H＝10cm。

如图9所示，一种花式种子带编织机，包括多个排种器1、纸带盘2、缠绕装置3、棉线4、计米器5、种子带盘6和控制器，所述多个排种器1可独立启停且均由控制器控制，所述纸带盘2用于提供原料种子带，所述排种器1用于存储和排放种子，所述缠绕装置3用于将原料种子带包裹在排种器排放的种子外面，并混编2条棉线后形成种子带，所述棉线4用于将2条棉线从相反的方向混编于种子带中以形成缠绕编织效果，所述计米器5用于测量已编织好的种子带的长度，所述种子带盘6用于收集已编织好的种子带；所述控制器用于根据计米器5的测量结果、预设指令序列和作物株距信息对多个排种器1进行独立启停及转速控制。本实施例中，包括两个排种器，内装油菜种子，对应编号m1,内装小麦种子，对应编号m2～m6。即排种器控制指令为m1时，油菜种子排种器工作，排种器控制指令为m2～m6时，小麦种子排种器工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (6)

1.基于花式种子带的景观植物播种方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、确定待种植矩形边界地块的长L和宽W，得到矩形边界数据P1；

步骤S2、确定待种植物的期望图案形状坐标信息，得到边界数据P2；

步骤S3、对边界数据P2进行调整得到边界数据P2’，使边界数据P2’与边界数据P1在方位和区域大小上匹配，得到用于播种的区域边界数据P3；

步骤S4、输入种植作物的种植参数及对应区域，通过工艺规划算法，获得工艺规划方案和驱动花式种子带编织机的指令序列；

步骤S5、利用驱动花式种子带编织机的指令序列控制花式种子带编织机工作，获得携带规律化排布的多种作物种子和图案信息的种子带；

步骤S6、按照工艺规划方案，将种子带分段埋入待种植地块。

2.根据权利要求1所述的基于花式种子带的景观植物播种方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S4.1、待种植矩形边界地块边界数据P1和待种植物地块边界数据P2’将区域边界数据P3分解成若干个独立的单连通域Ai，所有单连通域的集合为{A1，A2，…Ai}，即P3＝{A1，A2，…Ai}；

步骤S4.2、确定每个单连通域对应的作物品种编号、作物总数量以及种植行距和株距，其中，单连通域Ai对应的作物品种编号为mi，作物总数量为Mi，种植行距为wi，株距为hi，若Ai对应的单连通域留白，不种植任何作物，则mi＝0；

步骤S4.3、用一组间距为H且平行于P1某一条边的平行线组覆盖P3，平行线组与区域边界数据P3相交得到多个交点，所有交点的集合为{C1，C2……Cq}；

步骤S4.4、建立原点为最左侧或最上侧第一条平行线下端点，且Y轴与平行线组平行的直角坐标系，设原点为线串起点，按自左至右、自下而上的顺序遍历每个交点，并将交点按遍历顺序连成线串，分别求出每个交点到线串起点的长度，记为线串长度，交点Cq的线串长度记为Sq；

步骤S4.5、自左至右、自下而上遍历所有交点，求取每个交点对应的种子带编织机控制标记位,交点Cq的种子带编织机控制标记位记为Tq；在相邻交点间，按照前一交点控制标记位及对应的株距信息，确定布置对应的作物及坐标点位置，即为种子带工艺规划方案；

步骤S4.6、将每一个交点的线串长度值和交点对应的控制标记位进行匹配得到每一个交点对应的控制指令，交点Cq的控制指令记为lq-Tq；控制指令lq-Tq的含义为：花式种子带编织机工作时编织好的花式种子带的总长度l达到了l＝Sq的状态时，花式种子带编织机对应的排种器控制指令为Tq；求得所有交点对应的控制指令后，按照线串长度的数值由小到大的顺序，将每个交点的控制指令进行排序和存储，获得驱动花式种子带编织机各排种器分时工作的指令序列；利用所述花式种子带编织机各排种器分时工作的指令序列可以对花式种子带编织机进行工作时各时刻的各排种器进行动作控制。

3.根据权利要求2所述的基于花式种子带的景观植物播种方法，其特征在于，所述步骤S4.5中的求取每个交点对应的种子带编织机控制标记位的方法具体为：对于交点Ci而言，若同时满足条件1和条件2，则交点Ci对应的控制标记位Ti＝mk，其中mk为单连通域Ak对应作物品种，若条件1和条件2中任意一个不满足，则Ti＝0；若Ti＝mk≠0,则表示启动mk对应的排种器，若Ti＝0，则表示不启动任何排种器，对应区域留白；上述条件1为：设Cp为线串上Ci之后的下一个交点，则线段CiCp位于某一单连通域Ak内部，上述条件2为：条件1成立，且Ci与原点的横向间距为单连通域Ak对应作物种植行距wk的整数倍，即|XCi-Xo|/wk为整数。

4.根据权利要求2所述的基于花式种子带的景观植物播种方法，其特征在于，所述步骤S4.3中，平行线组平行于P1的长边或短边，若平行线组平行于P1的长边，则每条平行线均大于L，若平行线组平行于P1的短边，则每条平行线均大于W。

5.根据权利要求1所述的基于花式种子带的景观植物播种方法，其特征在于，不同作物品种的种植行距值可以不同也可以相同，若不同作物品种的种植行距值不完全相同，则平行线组间距H为所有作物品种的种植行距值的公约数，即所有作物品种的种植行距值均为H的整数倍。

6.一种花式种子带编织机，其特征在于，包括多个排种器(1)、纸带盘(2)、缠绕装置(3)、棉线(4)、计米器(5)、种子带盘(6)和控制器，所述多个排种器(1)可独立启停且均由控制器控制，所述纸带盘(2)用于提供原料种子带，所述排种器(1)用于存储和排放种子，所述缠绕装置(3)用于将原料种子带包裹在排种器排放的种子外面，并混编2条棉线后形成种子带，所述棉线(4)用于将2条棉线从相反的方向混编于种子带中以形成缠绕编织效果，所述种子带盘(6)用于收集已编织好的种子带；所述计米器(5)用于测量已编织好的种子带的长度，所述控制器用于根据计米器(5)的测量结果、预设指令序列和作物株距信息对多个排种器(1)进行独立启停及转速控制。