CN109948951B - 一种播种作业后种子分布均匀性评价方法 - Google Patents

Abstract

一种播种作业后种子分布均匀性评价方法属农业机械技术领域，本发明包括下列步骤：建立三维坐标系，X轴为播种行中心，Y轴与X轴垂直，Z轴为与地表水平面垂直的播种行中心；已知播种理论粒距△x，测量播种粒距a_i‑1，种子与行中心距离偏差Y_i，播种深度Z_i；计算实际播种点纵向坐标x_i；通过求理论播种点与实际播种点纵向距离平方和S最小值，得出纵向指标X_i；计算X_i、Y_i和Z_i的标准差；绘制种子水平面和垂直面分布散点图，并计算各面分布面积；绘制种子三维空间分布散点图，并计算分布体积；本发明通过对比各向指标的标准差、种子分布散点图、分布面积和体积，可为对比、优化和改进播种机或触土部件提供理论依据。

Description

一种播种作业后种子分布均匀性评价方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种播种作业后种子分布均匀性评价方法。

背景技术

播种质量的好坏直接关系作物生长和产量，机具作业性能等是影响播种质量的主要因素之一。对于播种机而言，其将种子播放在土壤中指定位置的能力是评估其性能的重要指标之一，影响种子在土壤中分布的因素有很多，种子的几何形态、排种管结构、触土部件(开沟器、覆土器、镇压器等)结构参数、种子质量和土壤环境等。传统评价方法对种子的纵向分布均匀性常采用播种粒距合格指数、播种粒距均值、标准差和变异系数，对种子侧向分布均匀性常采用种子与行中心距离偏差和标准差，对种子深度方向分布均匀性常采用播种深度均值、标准差和变异系数，对种子在垂直平面分布均匀性常采用播种深度指标(播种深度)和侧向指标(种子与行中心距离偏差)已得到广泛认可。但目前传统评价方法还局限于一维和垂直平面，鉴于传统方法在将种子的纵向分布与深度方向分布和侧向分布指标相结合对种子在水平平面和三维空间的分布进行系统评估中存在的不足，因而本发明提出了一种用于评价评价种子纵向分布均匀性的新指标，该指标可以与传统侧向和深度方向分布指标相结合，实现种子在一维、二维和三维分布均匀性的系统评价，所提出的种子分布均匀性评价方法可为对比、优化和改进播种机或触土部件提供理论依据，对提高播种作业质量和作物增产增收具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种播种作业后种子分布均匀性评价方法。

本发明的播种作业后种子分布均匀性评价方法，包括下列步骤：

1.一种播种作业后种子分布均匀性评价方法，其特征在于包括下列步骤：

1.1建立三维坐标系，X轴方向为播种行中心，且其正方向与机具前进方向一致；Y轴方向与X轴垂直，且正方向为机具前进方向的右侧；Z轴方向为与地表水平面垂直的播种行中心，且其正方向为沿地面向上；

1.2已知播种理论粒距△x，对播种作业后n(n≥1)个种子分布指标进行测量，包括播种粒距a₁,a₂,a₃,……a_i-1(2≤i≤n)，种子与行中心距离偏差的侧向指标Y_i，播种的深度指标Z_i，且Y_i和Z_i以所建立的坐标系来区分正负值；

1.3由播种粒距计算实际播种点纵向坐标x_i(1≤i≤n)，x_i为实际播种点在X轴上投影坐标，满足

且x₁＝0

其中：a_i-1为播种粒距，且2≤i≤n，单位为mm；n为实际测量种子个数；x₁为第一个实际播种点在X轴上的投影坐标，单位为mm；

1.4设第一个理论播种点坐标位置为x₀，建立理论播种点与实际播种点纵向距离平方和的公式S：

其中：x₀为第一个理论播种点坐标，单位为mm；x₀+(i-1)△x为第i个理论播种点纵向坐标，单位为mm；x_i为实际播种点纵向坐标，单位为mm；△x为播种理论粒距，单位为mm；n为实际测量种子个数；

通过计算S的最小值以确定第一个理论播种点坐标位置x₀；

由于x_i、△x、n均为已知，上述公式转化为关于x₀的二元一次方程，根据二元一次方程一般规律求得S为最小值时的x₀，进而计算理论播种点x₀+(i-1)△x与实际播种点x_i纵向距离偏差----纵向指标X_i，即：X_i＝x₀+(i-1)Vx-x_i；

其中：x₀+(i-1)△x为第i个理论播种点纵向坐标，且1≤i≤n，单位为mm；x_i为实际播种点纵向坐标，且1≤i≤n，单位为mm；n为实际测量种子个数；

1.5计算纵向指标X_i的标准差，记C；计算侧向指标Y_i的标准差，记A；计算深度指标Z_i的标准差，记B；

1.6种子水平面分布散点图坐标为(Y_i，X_i)，种子水平面分布面积A_XOY为：A_XOY＝πAC；种子垂直面分布散点图坐标为(Y_i，Z_i)，种子垂直面分布面积A_YOZ为：A_YOZ＝πAB；

1.7种子在三维空间分布坐标P_i为:P_i＝(X_i,Y_i,Z_i)，种子在三维空间分布体积V为：V＝4πABC/3，其体积中心所在坐标位置为

1.8种子分布均匀性评价标准如下：

纵向、侧向和深度指标对应的标准差C、A和B的值越小，则该方向种子分布均匀性越好；水平和垂直平面种子分布面积A_XOY和A_YOZ的值越小，对应平面的散点图离散度越小，则该平面种子分布均匀性越好；种子分布体积V越小，对应三维散点图离散度越小，则种子在三维空间分布均匀性越好。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

1.所以出的种子纵向分布均匀性评价指标X_i可以更准确的评估种子的纵向分布情况。

2.纵向指标X_i结合传统侧向指标Y_i和深度指标Z_i，可用于绘制种子在水平面、垂直面和三维空间分布散点图，并能计算出种子水平面分布面积、垂直面分布面积和三维空间分布体积，可以以一种更加直观的方式用于对比种子在2个平面及三维空间的分布均匀性好坏。

附图说明

图1为播种作业后种子分布均匀性评价方法的流程图

图2为种子纵向指标X_i、侧向指标Y_i和深度指标Z_i的示意图

图3为种子纵向指标X_i求解的示意图

图4为水平面种子分布面积及分布散点的示意图

图5为垂直面种子分布面积及分布散点的示意图

图6为种子三维空间分布体积及分布散点的示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行描述。

如图1所示，本发明包括下列步骤：

1.1如图2所示，建立三维坐标系，X轴方向为播种行中心，且其正方向与机具前进方向一致；Y轴方向与X轴垂直，且正方向为机具前进方向的右侧；Z轴方向为与地表水平面垂直的播种行中心，且其正方向为沿地面向上；

1.2如图2所示，已知播种理论粒距△x，对播种作业后n(n≥1)个种子分布指标进行测量，包括播种粒距a₁,a₂,a₃,……a_i-1(2≤i≤n)，种子与行中心距离偏差的侧向指标Y_i，播种的深度指标Z_i，且Y_i和Z_i以所建立的坐标系来区分正负值；

1.3如图3所示，由播种粒距计算实际播种点纵向坐标x_i(1≤i≤n)，x_i为实际播种点在X轴上投影坐标，满足

且x₁＝0

其中：a_i-1为播种粒距，且2≤i≤n，单位为mm；n为实际测量种子个数；x₁为第一个实际播种点在X轴上的投影坐标，单位为mm；

1.4如图3所示，设第一个理论播种点坐标位置为x₀，建立理论播种点与实际播种点纵向距离平方和的公式S：

其中：x₀为第一个理论播种点坐标，单位为mm；x₀+(i-1)△x为第i个理论播种点纵向坐标，单位为mm；x_i为实际播种点纵向坐标，单位为mm；△x为播种理论粒距，单位为mm；n为实际测量种子个数；

通过计算S的最小值以确定第一个理论播种点坐标位置x₀；

由于x_i、△x、n均为已知，上述公式转化为关于x₀的二元一次方程，根据二元一次方程一般规律求得S为最小值时的x₀，进而计算理论播种点x₀+(i-1)△x与实际播种点x_i纵向距离偏差----纵向指标X_i，即：X_i＝x₀+(i-1)Vx-x_i；

其中：x₀+(i-1)△x为第i个理论播种点纵向坐标，且1≤i≤n，单位为mm；x_i为实际播种点纵向坐标，且1≤i≤n，单位为mm；n为实际测量种子个数；

1.5如图4和图5所示，计算纵向指标X_i的标准差，记C；计算侧向指标Y_i的标准差，记A；计算深度指标Z_i的标准差，记B；

1.6如图4和图5所示，种子水平面分布散点图坐标为(Y_i，X_i)，种子水平面分布面积A_XOY为：A_XOY＝πAC；种子垂直面分布散点图坐标为(Y_i，Z_i)，种子垂直面分布面积A_YOZ为：A_YOZ＝πAB；

1.7如图6所示，种子在三维空间分布坐标P_i为:P_i＝(X_i,Y_i,Z_i)，种子在三维空间分布体积V为：V＝4πABC/3，其体积中心所在坐标位置为

1.8如图1至图6所示，种子分布均匀性评价标准如下：

纵向、侧向和深度指标对应的标准差C、A和B的值越小，则该方向种子分布均匀性越好；水平和垂直平面种子分布面积A_XOY和A_YOZ的值越小，对应平面的散点图离散度越小，则该平面种子分布均匀性越好；种子分布体积V越小，对应三维散点图离散度越小，则种子在三维空间分布均匀性越好。

Claims (1)

1.一种播种作业后种子分布均匀性评价方法，其特征在于包括下列步骤：

1.1建立三维坐标系，X轴方向为播种行中心，且其正方向与机具前进方向一致；Y轴方向与X轴垂直，且正方向为机具前进方向的右侧；Z轴方向为与地表水平面垂直的播种行中心，且其正方向为沿地面向上；

1.2对播种作业后n≥1个种子分布指标进行测量，包括播种粒距a₁,a₂,a₃,……a_i-1，其中：2≤i≤n，种子与行中心距离偏差的侧向指标Y_i，播种的深度指标Z_i，且Y_i和Z_i以所建立的坐标系来区分正负值；

1.3由播种粒距计算实际播种点纵向坐标x_i，1≤i≤n；x_i为实际播种点在X轴上投影坐标，满足

且x₁＝0

其中：a_i-1为播种粒距，且2≤i≤n，单位为mm；n为实际测量种子个数；x₁为第一个实际播种点在X轴上的投影坐标，单位为mm；

1.4建立理论播种点与实际播种点纵向距离平方和的公式S：

其中：x₀为第一个理论播种点坐标，单位为mm；x₀+(i-1)Δx为第i个理论播种点纵向坐标，单位为mm；Δx为播种理论粒距，单位为mm；

通过计算S的最小值以确定第一个理论播种点坐标位置x₀；

由于x_i、Δx、n均为已知，上述公式转化为关于x₀的二元一次方程，根据二元一次方程一般规律求得S为最小值时的x₀，进而计算理论播种点x₀+(i-1)Δx与实际播种点x_i纵向距离偏差，即：纵向指标X_i，X_i＝x₀+(i-1)Δx-x_i；

其中：x₀+(i-1)Δx为第i个理论播种点纵向坐标，且1≤i≤n，单位为mm；x_i中：1≤i≤n，单位为mm；

1.5计算纵向指标X_i的标准差，记C；计算侧向指标Y_i的标准差，记A；计算深度指标Z_i的标准差，记B；

1.6种子水平面分布散点图坐标为(Y_i，X_i)，种子水平面分布面积A_XOY为：A_XOY＝πAC；种子垂直面分布散点图坐标为(Y_i，Z_i)，种子垂直面分布面积A_YOZ为：A_YOZ＝πAB；

1.7种子在三维空间分布坐标P_i为:P_i＝(X_i,Y_i,Z_i)，种子在三维空间分布体积V为：V＝4πABC/3，其体积中心所在坐标位置为

1.8种子分布均匀性评价标准如下：

纵向、侧向和深度指标对应的标准差C、A和B的值越小，则该方向种子分布均匀性越好；水平和垂直平面种子分布面积A_XOY和A_YOZ的值越小，对应平面的散点图离散度越小，则该平面种子分布均匀性越好；种子分布体积V越小，对应三维散点图离散度越小，则种子在三维空间分布均匀性越好。

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