CN109490412A - 种子漏播的土壤原位检测方法及系统 - Google Patents

种子漏播的土壤原位检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种种子漏播的土壤原位检测方法及系统，该方法包括：控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果；其中，反射界面包括耕作土壤‑种子层界面和/或耕作土壤‑未耕土壤层界面。本发明实施例由于只需控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层前进，因此不会扰动土壤，从而在不扰动土壤的前提下对种子分布进行实时监测，通过数值方法获得检测种子漏播，测试结果更加稳定可靠，保证播种均匀性和一致性，对提高播种质量，促进作物生长具有重要意义。

Description

种子漏播的土壤原位检测方法及系统
技术领域
本发明实施例涉及农业机械领域，更具体地，涉及一种种子漏播的土壤原位检测方法及系统。
背景技术
种子漏播是评价小麦播种机性能的重要指标，因为其会降低作物出苗率，并最终影响产量。目前，现有技术中常用的检测方法主要包括：排种器检测、排种管检测及播后人工检测。其中，排种器检测方法是采用传感器实时检测排种器中的种子流，种子流一致性作为预测是否漏播的标准。但种子流经过排种器后，需经过排种管、开沟器等漫长的过程才能落入种沟中。其中，排种管检测方法是为了增加准确性，一些学者提出检测排种管中的种子流来预测种子是否漏播。但种子在土壤中的轨迹会受到土壤类型、开沟器等触土部件的影响，导致种子最终的位置与预测不同，导致检测不准确。其中，播后人工检测是人工拨开土壤，检查种子是否存在漏播。采用这种检测方式，会破坏覆盖在种子层上的土壤结构，而且检测效率低。出苗后人工检测是播后7-15天作物出苗后，根据出苗情况判断漏播。出苗后人工检测时效性差，补种会导致作物生长不均匀。因此，亟需一种在不破坏土壤的前提下对种子漏播进行检测的方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的种子漏播的土壤原位检测方法及系统。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种种子漏播的土壤原位检测方法，该方法包括：控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果；其中，反射界面包括耕作土壤-种子层界面和/或耕作土壤-未耕土壤层界面。
根据本发明实施例第二方面，提供了一种种子漏播的土壤原位检测系统，该系统包括：控制模块，用于控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；检测模块，用于接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果；其中，反射界面包括耕作土壤-种子层界面和/或耕作土壤-未耕土壤层界面。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的种子漏播的土壤原位检测方法。
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的种子漏播的土壤原位检测方法。
本发明实施例提供的种子漏播的土壤原位检测方法及系统，通过控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果。由于只需控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层前进，因此不会扰动土壤，从而在不扰动土壤的前提下对种子分布进行实时监测，及时发现种子漏播，通过数值方法获得检测种子漏播，采样准确，且频率高，测试结果更加稳定可靠，保证播种均匀性和一致性，对提高播种质量，促进作物生长具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的种子漏播的土壤原位检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的超声波无损漏播检测方法的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的漏播位置检测过程变化的第1幅示意图；
图4为本发明实施例提供的漏播位置检测过程变化的第2幅示意图；
图5为本发明实施例提供的漏播位置检测过程变化的第3幅示意图；
图6为本发明实施例提供的漏播位置检测过程变化的第4幅示意图；
图7为本发明实施例提供的漏播位置检测过程变化的第5幅示意图；
图8为本发明实施例提供的漏播位置检测过程变化的第6幅示意图；
图9为本发明实施例提供的漏播位置检测过程变化的第7幅示意图；
图10为本发明实施例提供的漏播位置检测过程变化的第8幅示意图；
图11为本发明实施例提供的漏播位置及漏播距离计算原理示意图；
图12为本发明实施例提供的种子漏播的土壤原位检测系统结构示意图；
图13为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
图中，1—耕作土壤，2—近波区，3—超声波平面探头，4—数据分析系统，5—未耕土壤，6—种子-未耕土壤边界，7—种子层，8—远波区。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
小麦播种作业时，土壤在开沟器作用下，被疏松并推向开沟器两侧。种子落入种沟后，由于回土作用，松软的土壤覆盖种子。因此，土壤被种子层分成上下两部分，而且上层土壤比下层未耕土壤疏松。种子漏播是评价小麦播种机性能的重要指标，因为其会降低作物出苗率，并最终影响产量。由于现有技术中难以在不破坏土壤的前提下对种子漏播进行准确检测，因此，本发明实施例提供一种种子漏播的土壤原位检测方法。参见图1，该方法包括：
101、控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号。
其中，本发明实施例对种子的植物类型不作限定，只需种子的播种方式是如下方式：土壤开沟器的作用下，被输送并推向开沟器两侧，种子落入种沟后，由于回土作用，松软的土壤覆盖种子。本发明实施例仅以种子的植物类型为小麦为例进行说明。在步骤101前，可将超声波平面探头3放置于待检测土壤的土壤表层。在步骤101中，参见图2，在控制超声波平面探头3匀速前进的同时，控制超声波平面探头3向待检测土壤的内部发射超声波信号，即向下发射超声波信号。
102、接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果；其中，反射界面包括耕作土壤-种子层界面或耕作土壤-未耕土壤层界面。
具体地，由于步骤101中超声波平面探头3在前进的过程持续发射超声波信号，而超声波信号经过反射界面反射后，可以持续接收到反馈回的回波信号。由于正常播种时，耕作土壤1覆盖在种子层7表面，而当发生种子漏播时，耕作土壤1直接覆盖在未耕土壤5上。因此，待检测土壤内的反射界面包括两种：第一种为耕作土壤-种子层界面，该种情况下耕作土壤1覆盖在种子层7表面，此时为正常播种的情况；第二种为耕作土壤-未耕土壤层界面，该种情况下耕作土壤1直接覆盖在未耕土壤5上，此时为种子漏播的情况。而由于种子和未耕土壤5的超声阻抗不同，因此，超声波信号到达耕作土壤-种子层界面反馈的回波信号与超声波信号到达耕作土壤-未耕土壤层界面反馈的回波信号的强度是不同的。因此，基于回波信号的强度变化情况，可以确定待检测土壤中反射界面的类型，而由于不同的反射界面的类型对应有不同的播种情况，因此可以根据回波信号的强度变化情况来确定待检测土壤的漏播检测结果。上述步骤102可以由数据分析系统4进行处理。
本发明实施例提供的方法，通过控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果。由于只需控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层前进，因此不会扰动土壤，从而在不扰动土壤的前提下对种子分布进行实时监测，及时发现种子漏播，通过数值方法获得检测种子漏播，采样准确，且频率高，测试结果更加稳定可靠，保证播种均匀性和一致性，对提高播种质量，促进作物生长具有重要意义。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，提供一种基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果的方法，包括但不限于：若回波信号的强度发生变化，则确定待检测土壤的漏播检测结果为存在种子漏播区域。
具体地，若回波信号在整个检测过程中的强度均保持不变，则表明待检测土壤内的反射界面的类型一致，例如全为耕作土壤-种子层界面，此时的漏播检测结果为不存在种子漏播区域。若回波信号在整个检测过程中的强度发生了变化，则表明待检测土壤内的反射界面的类型不一致，此时必然存在种子漏播的情况，因此，待检测土壤的漏播检测结果为存在种子漏播区域。
基于上述实施例的内容，确定土壤的漏播检测结果为存在种子漏播情况之后，作为一种可选实施例，还提供一种确定种子漏播区域的位置信息的方法，包括但不限于：根据临界点的位置信息确定种子漏播区域的位置信息，其中，临界点为超声波平面探头前进路径中的回波信号的强度发生变化的位置点。具体地，由于耕作土壤-种子层界面与耕作土壤-未耕土壤层界面反馈的回波信号的强度是不一样的，因此，可以基于临界点的位置信息确定种子漏播区域的位置信息。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，临界点包括：第一临界点、第二临界点、第三临界点和第四临界点中的至少一个；其中，当超声波平面探头前进至第一临界点时，超声波信号在反射界面的信号直径范围的正前方边缘，位于种子层与未耕土壤层的临界面；当超声波平面探头前进至第二临界点时，超声波信号在反射界面的信号直径范围的正后方边缘，位于种子层与未耕土壤层的临界面；当超声波平面探头前进至第三临界点时，超声波信号在反射界面的信号直径范围的正前方边缘，位于未耕土壤层与种子层的临界面；当超声波平面探头前进至第四临界点时，超声波信号在反射界面的信号直径范围的正后方边缘，位于未耕土壤层与种子层的临界面。
其中，待检测土壤中含有的不同的播种状态是对应有不同的临界点的。例如，若在整个检测过程中，若待检测土壤依次包含正常播种-漏播种-正常播种这三个状态时，则临界点包括第一临界点、第二临界点、第三临界点和第四临界点。而若在整个检测过程中，待检测土壤依次仅包含正常播种-漏播种这两个状态时，则临界点仅包含第一临界点和第二临界点。以下以待检测土壤依次包含正常播种-漏播种-正常播种这三个状态时为例对各临界点进行说明：
首先，超声波到达反射界面(耕作土壤-种子层界面和耕作土壤-未耕土壤层界面)的信号直径为d＝2[r+(L-N)tanβ]。小麦播种深度为3-5cm，超声波到达反射界面距离在近波区2，即L＝N，超声波信号直径d＝2r＝10mm。漏播检测的距离范围L2≥d＝10mm。另外，图2中还包括远波区8和种子-未耕土壤边界6。
依次参见图3至图10，在整个检测过程可包括以下步骤：
步骤1、参见图3，超声波平面探头在正常播种区域匀速向前移动，超声波在反射界面的信号直径范围d内充满小麦种子，接收的超声波回波信号标记为Pt，由于在特定的测试区，土壤、种子的性质一定，Pt的值一定。
步骤2、参见图4，当超声波平面探头运动至图4时，此时信号直径范围d的正前方边缘位于小麦种子层与未耕土壤层临界面，下一刻信号直径范围d内将同时包含种子和未耕土壤，因此超声波回波信号会发生变化。将此临界点作为第一临界点，位置记为A1。
步骤3、参见图5，当超声波平面探头在此区域运动时，由于信号直径范围d内，同时包含小麦种子和未耕土壤，而且小麦种子所占的面积不断变小，未耕土壤所占的面积不断增大，因此Pt的值不断变化。
步骤4、参见图6，直至到达图6的位置。将小麦种子与信号直径边缘的接触点记为B1，该点为第二临界点。
步骤5、参见图7，超声波平面探头继续移动，由于信号直径范围内只有未耕土壤，Pt的值一定。
步骤6、参见图8，是信号直径与小麦种子接触的第三临界点，记为A2。
步骤7、参见图9，超声波平面探头继续向前移动，由于信号直径范围内的未耕土壤面积和小麦种子面积不断变化，Pt的值不断变化。
步骤8、参见图10，到达信号直径与小麦种子接触的第四临界点，记为B2。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，参见图11，种子漏播区域的位置信息包括：种子漏播区域的第一边缘点与参考点之间的距离L2左，以及第二边缘点与参考点之间的距离L2右，超声波平面探头沿前进方向依次经过第一边缘点和第二边缘点；临界点的位置信息包括：第一临界点与参考点之间的距离L种1、第二临界点与参考点之间的距离L土1、第三临界点与参考点之间的距离L种2以及第四临界点与参考点之间的距离L土2；相应地，根据临界点的位置信息确定种子漏播区域的位置信息，包括：
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，种子漏播区域的位置信息还包括：种子漏播区域的漏播距离L2，漏播距离为种子漏播区域的沿超声波平面探头前进方向的长度，
基于上述实施例的内容，本发明实施例提供了一种种子漏播的土壤原位检测系统，该种子漏播的土壤原位检测系统用于执行上述方法实施例中的种子漏播的土壤原位检测方法。参见图12，该系统包括：控制模块201和检测模块202；其中，控制模块201，用于控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；检测模块202，用于接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果；其中，反射界面包括耕作土壤-种子层界面和/或耕作土壤-未耕土壤层界面。
其中，本发明实施例对种子的植物类型不作限定。控制模块201可将超声波平面探头放置于待检测土壤的土壤表层。在控制超声波平面探头匀速前进的同时，控制超声波平面探头向待检测土壤的内部发射超声波信号，即向下发射超声波信号。由于控制模块201中超声波平面探头在前进的过程持续发射超声波信号，而超声波信号经过反射界面反射后，检测模块202可以持续接收到反馈回的回波信号。基于回波信号的强度变化情况，检测模块202可以确定待检测土壤中反射界面的类型，而由于不同的反射界面的类型对应有不同的播种情况，因此检测模块202可以根据回波信号的强度变化情况来确定待检测土壤的漏播检测结果。
本发明实施例提供的系统，通过控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果。由于只需控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层前进，因此不会扰动土壤，从而在不扰动土壤的前提下对种子分布进行实时监测，及时发现种子漏播，通过数值方法获得检测种子漏播，采样准确，且频率高，测试结果更加稳定可靠，保证播种均匀性和一致性，对提高播种质量，促进作物生长具有重要意义。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，检测模块具体用于：若回波信号的强度发生变化，则确定待检测土壤的漏播检测结果为存在种子漏播区域。
本发明实施例提供了一种电子设备，如图13所示，该设备包括：处理器(processor)301、通信接口(Communications Interface)302、存储器(memory)303和通信总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储器303上并可在处理器301上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的种子漏播的土壤原位检测方法，例如包括：控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果；其中，反射界面包括耕作土壤-种子层界面和/或耕作土壤-未耕土壤层界面。
此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的种子漏播的土壤原位检测方法，例如包括：控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向土壤的内部持续发射超声波信号；接收待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于回波信号的强度变化情况，确定待检测土壤的漏播检测结果；其中，反射界面包括耕作土壤-种子层界面和/或耕作土壤-未耕土壤层界面。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种种子漏播的土壤原位检测方法，其特征在于，包括：
控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向所述土壤的内部持续发射超声波信号；
接收所述待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于所述回波信号的强度变化情况，确定所述待检测土壤的漏播检测结果；其中，所述反射界面包括耕作土壤-种子层界面和/或耕作土壤-未耕土壤层界面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述回波信号的强度变化情况，确定所述待检测土壤的漏播检测结果，包括：
若所述回波信号的强度发生变化，则确定所述待检测土壤的漏播检测结果为存在种子漏播区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述土壤的漏播检测结果为存在种子漏播情况之后，还包括：
根据临界点的位置信息确定所述种子漏播区域的位置信息，其中，所述临界点为所述超声波平面探头前进路径中的所述回波信号的强度发生变化的位置点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述临界点包括：第一临界点、第二临界点、第三临界点和第四临界点中的至少一个；
其中，当所述超声波平面探头前进至所述第一临界点时，所述超声波信号在所述反射界面的信号直径范围的正前方边缘，位于所述种子层与所述未耕土壤层的临界面；当所述超声波平面探头前进至所述第二临界点时，所述超声波信号在所述反射界面的信号直径范围的正后方边缘，位于所述种子层与所述未耕土壤层的临界面；当所述超声波平面探头前进至所述第三临界点时，所述超声波信号在所述反射界面的信号直径范围的正前方边缘，位于所述未耕土壤层与所述种子层的临界面；当所述超声波平面探头前进至所述第四临界点时，所述超声波信号在所述反射界面的信号直径范围的正后方边缘，位于所述未耕土壤层与所述种子层的临界面。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述种子漏播区域的位置信息包括：所述种子漏播区域的第一边缘点与参考点之间的距离L2左，以及第二边缘点与所述参考点之间的距离L2右，所述超声波平面探头沿前进方向依次经过所述第一边缘点和所述第二边缘点；所述临界点的位置信息包括：所述第一临界点与所述参考点之间的距离L种1、所述第二临界点与所述参考点之间的距离L土1、所述第三临界点与所述参考点之间的距离L种2以及所述第四临界点与所述参考点之间的距离L土2；
相应地，所述根据临界点的位置信息确定所述种子漏播区域的位置信息，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述种子漏播区域的位置信息还包括：所述种子漏播区域的漏播距离L2，所述漏播距离为所述种子漏播区域的沿所述超声波平面探头前进方向的长度，
7.一种种子漏播的土壤原位检测系统，其特征在于，包括：
控制模块，用于控制超声波平面探头沿待检测土壤的土壤表层匀速前进，并在前进的过程中向所述土壤的内部持续发射超声波信号；
检测模块，用于接收所述待检测土壤内的反射界面反馈的回波信号，并基于所述回波信号的强度变化情况，确定所述待检测土壤的漏播检测结果；其中，所述反射界面包括耕作土壤-种子层界面和/或耕作土壤-未耕土壤层界面。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述检测模块具体用于：若所述回波信号的强度发生变化，则确定所述待检测土壤的漏播检测结果为存在种子漏播区域。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述种子漏播的土壤原位检测方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述种子漏播的土壤原位检测方法的步骤。
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