CN110223189B - 一种颗粒肥料抛撒质量评价装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种颗粒肥料抛撒质量评价装置和方法，可在麦田现场进行颗粒肥料抛撒作业质量评价，毛刺采集板的布设密度可依据地块大小、评价精度要求调整；定位托板、毛刺采集板可重复利用，并借助GPS坐标信息增大了质量评价的区块大小，形成麦田地块的完整评价；毛刺采集板上有硅胶毛刺，防止肥料颗粒的弹跳及收集时的滚动，设有定位识别区，提高了识别结果精度。毛刺采集板贴有ID信息二维码标签，进入装置后可快速读取毛刺采集板坐标信息，避免了因顺序或者位置引起的错误。
Description
技术领域
本发明实施例涉及颗粒肥料抛撒效果评价技术领域，尤其涉及一种颗粒肥料抛撒质量评价装置和方法。
背景技术
化肥在农业生产中的使用量较大，肥料的撒施不均带来农产品品质下降、土壤板结、水源污染、养分在土壤中的残留等问题，而要解决这些问题最根本的办法是解决肥料抛撒均匀性，然而如何评价肥料抛撒效果是重要的问题。在肥料撒施均匀性研究方面，国内通常采用二维矩阵收集的方法，施肥区域横向、纵向每间隔一定距离安放一列收集肥料的盒子，撒肥后称重。
目前，对肥料抛撒质量评价时效性要求有所提高，要求实时在线检测颗粒肥料抛撒质量。同时麦田大区域内施肥量差异不仅是考察作业机械抛撒均匀性的重要指标，而且也是未来国内大农业信息采集面临的问题。因此，有必要研究一种能够在麦田现场对快速测量颗粒肥料抛撒效果的方法及装置。
现有的针对小麦颗粒肥料抛撒过程中，侧重于对机器抛撒均匀性的评价，不能快速、实时在线评价颗粒肥料抛撒质量。
发明内容
本发明实施例提供一种颗粒肥料抛撒质量评价装置和方法，能够获取麦田现场地理信息，最终将肥料抛撒参数测量结果与麦田地理信息相结合，便于对大区域抛撒质量进行评价。
第一方面，本发明实施例提供一种颗粒肥料抛撒质量评价装置，其特征在于，包括机体、信息采集模块、定位模块、肥料采集模块和计算机；
所述信息采集模块设于所述机体内；
所述肥料采集模块包括毛刺采集板和定位托板；所述毛刺采集板用于在抛撒颗粒肥料时进行接肥，所述毛刺采集板的接肥区域设有毛刺，且所述毛刺采集板的边缘设有4个定位识别区；所述定位托板用于固定所述毛刺采集板，并将所述毛刺采集板置于所述机体内的信息采集模块对应的采集区域；
所述定位模块，用于获取所述毛刺采集板的坐标信息；
所述信息采集模块用于获取所述毛刺采集板上的标签信息，以对所述毛刺采集板进行识别，并采集识别后的所述毛刺采集板的图像；
所述计算机连接所述信息采集模块，用于对所述图像进行分析处理，获取所述毛刺采集板中单位面积颗粒数量，基于所述毛刺采集板中单位面积颗粒数量的方差，对颗粒肥料抛撒质量进行评价。
作为优选的，所述信息采集模块包括识别扫描枪、相机和光源；所述光源用于照射进入机体内的所述毛刺采集板，所述识别扫描枪用于获取所述毛刺采集板上的标签信息，以对所述毛刺采集板进行识别；所述相机用于采集所述毛刺采集板的图像。
作为优选的，所述机体包括封闭的机壳以及设于所述机壳内的推拉机构，所述推拉机构用于固定所述毛刺采集板，并将所述毛刺采集板推入信息采集模块对应的采集区域；
所述推拉机构包括推拉平台、定位传感器、定位台面和导轨；
所述定位传感器设于所述推拉平台上，所述定位传感器电连接所述相机，所述定位传感器用于在检测到所述推拉平台在推拉方向的末端与所述机壳的距离小于设定距离阈值时，发送信号以使所述相机对推拉平台上的毛刺采集板拍照；
所述推拉平台与所述导轨滑动连接；
所述定位台面设于所述推拉平台上，所述定位台面上设有定位柱，所述定位柱用于对放入所述定位台面的定位托板进行定位。
作为优选的，所述毛刺采集板为矩形硅胶板，所述毛刺采集板的接肥区域的四个角设有绿色定位识别区。
作为优选的，所述定位模块包括手持GPS仪、GPS基站和含有当前ID信息的二维码标签；所述二维码标签贴设于所述毛刺采集板上，所述GPS仪和所述GPS基站用于获取所述毛刺采集板的坐标经纬度信息。
作为优选的，所述机壳的侧板上设有角度调节板，所述机壳的内侧顶部设有相机安装架，所述机壳的侧板上还设有扫描枪支架；所述相机安装于所述相机安装架上，所述光源安装于所述角度调节板上，所述识别扫描枪设于所述扫描枪支架上。
作为优选的，所述定位托板上设有定位凸台，所述毛刺采集板通过所述定位凸台卡接在所述定位托板上。
第二方面，本发明实施例提供一种基于本发明第一方面实施例所述装置的颗粒肥料抛撒质量评价方法，包括：
抛撒肥料前，将含有ID信息的二维码标签贴于毛刺采集板上，将毛刺采集板放到定位托板上并按设定间距布置于田间；
抛撒肥料后，将定位托板与毛刺采集板一起收集，并置于定位台面上随推拉机构进入机壳内部，定位传感器在检测到推拉平台在推拉方向的末端与机壳的距离小于设定距离阈值时，发送信号以使所述相机对推拉平台上的毛刺采集板拍照；识别扫描枪读取二维码标签的ID信息，基于所述ID信息将拍照的到的图像处理结果保存到对应的数据库文件；
所有毛刺采集板的图像采集完毕后，基于各毛刺采集板单位面积颗粒数量的方差对颗粒肥料抛撒质量进行评价。
作为优选的，抛撒肥料前，还包括：
基于GPS手持仪采集毛刺采集板经纬度坐标信息，将ID信息、经纬度坐标信息输入数据库文件。
本发明实施例提供的一种颗粒肥料抛撒质量评价装置和方法，可在麦田现场进行颗粒肥料抛撒作业质量评价，毛刺采集板的布设密度可依据地块大小、评价精度要求调整；定位托板、毛刺采集板可重复利用，并借助GPS坐标信息增大了质量评价的区块大小，形成麦田地块的完整评价；毛刺采集板上有硅胶毛刺，防止肥料颗粒的弹跳，设有定位识别区，提高了识别结果精度。毛刺采集板贴有ID信息二维码标签，进入装置后可快速读取毛刺采集板坐标信息，避免了因顺序或者位置引起的错误。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的机体机体外部结构示意图；
图2为根据本发明实施例的颗粒肥料抛撒质量评价装置内部结构图；
图3为根据本发明实施例的肥料采集模块与推拉机构示意图；
图4为根据本发明实施例的颗粒肥料抛撒质量评价方法示意图。
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、完整地描述，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作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。
目前，对肥料抛撒质量评价时效性要求有所提高，要求实时在线检测颗粒肥料抛撒质量。同时麦田大区域内施肥量差异不仅是考察作业机械抛撒均匀性的重要指标，而且也是未来国内大农业信息采集面临的问题。因此，有必要研究一种能够在麦田现场对快速测量颗粒肥料抛撒效果的方法及装置。现有的针对小麦颗粒肥料抛撒过程中，侧重于对机器抛撒均匀性的评价，不能快速、实时在线评价颗粒肥料抛撒质量。因此本发明实施例在麦田现场进行颗粒肥料抛撒作业质量评价，毛刺采集板的布设密度可依据地块大小、评价精度要求调整；定位托板、毛刺采集板可重复利用，并借助GPS坐标信息增大了质量评价的区块大小，形成麦田地块的完整评价。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1、图2为根据本发明实施例提供的一种颗粒肥料抛撒质量评价装置，包括机体、信息采集模块、定位模块、肥料采集模块和计算机；
所述机体包括封闭的机壳12以及设于所述机壳12内的推拉机构；
所述肥料采集模块包括毛刺采集板4和定位托板9；所述毛刺采集板4用于在抛撒颗粒肥料时进行接肥，所述毛刺采集板4的接肥区域设有毛刺，且所述毛刺采集板4的边缘设有4个定位识别区23；所述定位托板9用于固定所述毛刺采集板4，并将所述毛刺采集板4固定在所述推拉机构上；
所述定位模块，用于获取所述毛刺采集板4的坐标信息；
所述信息采集模块包括识别扫描枪6、相机2和光源3；所述相机2设于所述机壳12的内侧顶部，所述光源3设于机壳12的侧板上，所述识别扫描枪6设于机壳12内侧，所述识别扫描枪6用于获取由所述推拉机构推入的所述毛刺采集板4上的标签信息，以对所述毛刺采集板4进行识别；所述相机2用于采集所述毛刺采集板4的图像；
所述计算机连接所述识别扫描枪6和所述相机2，用于基于所述毛刺采集板4单位面积颗粒数量的方差，对颗粒肥料抛撒质量进行评价。
在本实施例中，以撒肥有效区域内颗粒分布变异系数Cv为对比指标，表征变量施肥机撒肥分布均匀性，Cv越大，分布变异性越大，施肥越不均匀。
其中，
Cv为颗粒分布变异系数；SD为肥料颗粒数标准差；
为肥料颗粒数均值；Xi为第i个毛刺采集板肥料颗粒数，m为毛刺采集板数量。
在本实施例中，机体主要由机壳12、推拉机构、接口组成，机壳12形成一个封闭空间，作为相机2采集图像的光箱，避免外界光线的干扰。推拉机构用于将在抛撒颗粒肥料时接肥采集到田间颗粒肥料后的毛刺采集板4置于封闭空间内，以便采集毛刺采集板4的图像，进行肥料颗粒的识别提取，以对颗粒肥料抛撒质量进行评价。
具体的，在本实施例中，肥料采集模块包括毛刺采集板4和定位托板9，抛撒肥料前，毛刺采集板4的接肥区域设有毛刺，且所述毛刺采集板4的边缘设有4个定位识别区23，毛刺采集板4放到定位托板9上按照一定间距布设于麦田，以通过毛刺采集板4收集到抛洒肥料过程中的颗粒肥料，定位托板9用于固定所述毛刺采集板4，并将所述毛刺采集板4固定在所述推拉机构上。
具体的，在本实施例中，定位模块用于获取所述毛刺采集板4的坐标信息；定位模块主要包括手持GPS仪、GPS基站。肥料抛撒作业将前含有ID信息的二维码标签8，贴于毛刺采集板4上，将毛刺采集板4与定位托板9一起铺放于田间。手持GPS仪采集坐标经纬度信息，GPS基站增强坐标精度为厘米级，将ID号对应的GPS信息录入装置。
具体的，在本实施例中，信息采集模块主要包括识别扫描枪6、相机2、光源3。识别扫描枪6可为二维码扫描枪，相机2通过相机支架1安装在机壳12内侧顶部，通过相机接口15与计算机连接，光源3由左右两侧光源3组成，通过光源支架11安装在机壳12左右内侧板上，降低图像采集时形成的阴影。二维码扫描枪通过扫描枪支架10安装在机壳12内侧，二维码扫描枪扫描口朝下，毛刺采集板4随着推拉平台7推入时，当毛刺采集板4上的二维码经过二维码扫描枪扫描范围时扫描获取二维码信息，并通过二维码扫描枪的USB接口传送至计算机。
在上述实施例的基础上，所述推拉机构包括推拉平台7、定位传感器19、定位台面21和导轨5；
所述定位传感器19设于所述推拉平台7上，所述定位传感器19电连接所述相机2，所述定位传感器19用于在检测到所述推拉平台7在推拉方向的末端与所述机壳12的距离小于设定距离阈值时，发送信号以使所述相机2对推拉平台7上的毛刺采集板4拍照；
所述导轨5包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨设于所述推拉平台7两侧，所述第一导轨和所述第二导轨的内侧与所述推拉平台7连接，所述第一导轨和所述第二导轨的外侧与所述机壳12连接；
所述定位台面21设于所述推拉平台7上，所述定位台面21上设有定位柱，所述定位柱用于对放入所述定位台面21的定位托板9进行定位，如图3中所示，定位柱包括侧向定位柱18和前向定位柱20。
在本实施例中，机壳12形成一个封闭空间，作为相机2采集图像的光箱，避免外界光线的干扰。推拉机构由推拉平台7、定位传感器19、定位台面21、第一导轨和第二导轨组成。定位传感器19安装到推拉平台7上，可感知推拉平台7到机壳12之间的距离，当该距离小于设定距离阈值时，如小于5cm时，触发相机2进行拍照。而此位置时，毛刺采集板4正好位于相机2的视场范围内。定位台面21上有定位柱，用于收集的定位托板9放入定位台面21时的定位。第一导轨和第二导轨分别布置在推拉平台7的左右两侧，第一导轨和第二导轨的内侧与推拉平台7固定连接，外侧与机壳12内侧固定连接。在放入毛刺采集板4与取出时，将推拉机构向外拉出，进行装置评价时，将推拉机构向里推入。
在上述各实施例的基础上，所述机壳12上的接口包括相机接口15、识别扫描枪接口13和电源接口14，分别用于连接相机2、二维码扫描枪和电源。
在上述各实施例的基础上，所述毛刺采集板4为矩形硅胶板，所述毛刺采集板4的接肥区域的四个角设有绿色定位识别区23。
在本实施例中，毛刺采集板4，其材料为硅胶，整体呈品红色，表面布满毛刺，以防止接肥时弹跳。毛刺状采集板接肥区域的四个角点为绿色定位识别区23，识别时通过定位识别区23对有效识别区16进行定位，避免毛刺采集板4边缘对识别精度的影响。定位托板9一方面接肥时毛刺采集板4的托板，另一方面，接肥后，通过定位托板9上定位凸台17将毛刺采集板4卡住，按照图3方向A一起放到推拉平台7的定位台面21上，推拉平台7的前向定位柱可以对定位托板9进行左右方向定位，定位托板9上的定位孔22与定位台面21上的定位柱配合，借助定位托板9与定位台面21之前的摩擦力起到前后定位的作用，放到定位台面21后按照B向推入评价装置。达到定位的目的。运用时，加工一系列定位托板9与毛刺采集板4，工作时可依据地块大小、精度要求布设毛刺采集板4。
在上述各实施例的基础上，相机2通过相机支架1安装在机壳12内侧顶部，通过相机接口15与计算机连接，光源3由左右两侧光源3组成，通过光源支架11安装在机壳12左右内侧板上，降低图像采集时形成的阴影。二维码扫描枪通过扫描枪支架10安装在机壳12内侧，扫描枪扫描口朝下，毛刺采集板4随着推拉平台7推入时，当毛刺采集板4上的二维码标签8经过二维码扫描枪扫描范围时二维码扫描枪获取二维码信息，并通过二维码扫描枪的USB接口传送至计算机。
在上述各实施例的基础上，识别扫描枪接口13和相机接口15都为USB接口。
在上述各实施例的基础上，计算机通过图像处理算法计算有效识别区16肥料颗粒的个数，每个肥料颗粒的面积，并统计单位面积肥料颗粒数，通过各毛刺接肥板的单位面积肥料颗粒数方差作为肥料抛撒质量的评定指标，方差越大质量越差。
具体的，在本实施例中，评价标准如下表1中所示：
表1颗粒肥料抛撒质量评价指标
| 变异系数 | 评价结果 |
| Cv≥32 | 差 |
| 32＜Cv≥25 | 中 |
| 25＜Cv≥18 | 良 |
| Cv＜18 | 优 |
上表1中，Cv为上述实施例中的撒肥有效区域内颗粒分布变异系数。
本实施例中还提供了一种颗粒肥料抛撒质量评价方法，基于上述各实施例中的颗粒肥料抛撒质量评价装置，包括：
抛撒肥料前，如图4中所示，将含有ID信息的二维码标签贴于毛刺采集板上，将毛刺采集板放到定位托板上并按设定间距布置于田间；通过二维码打印机打印携有当前ID信息的二维码标签，将不同的二维码标签贴于毛刺采集板上。将贴好二维码标签的毛刺采集板放到定位托板上，与定位托板一起按照一定的间距，铺放到要撒肥的地块。铺放的过程中，通过计算机将ID信息、当前铺放毛刺采集板的经纬度坐标信息保存在数据库文件中。
抛撒肥料后，将定位托板与毛刺采集板一起收集，并置于定位台面上随推拉机构进入机壳内部，将毛刺采集板与定位托板一起收集，放到推拉机构载物台上，载物台上方为定位托板，定位托班上为毛刺采集板，定位传感器在检测到推拉平台在推拉方向的末端与机壳的距离小于设定距离阈值时，发送信号以使所述相机对推拉平台上的毛刺采集板拍照；在线采集肥料抛撒后的毛刺采集板图像，识别扫描枪读取二维码标签的ID信息，基于所述ID信息将拍照的到的图像处理结果保存到对应的数据库文件；
所有毛刺采集板的图像采集完毕后，基于各毛刺采集板单位面积颗粒数量的方差对颗粒肥料抛撒质量进行评价。
综上所述，本发明实施例提供的一种颗粒肥料抛撒质量评价装置和方法，可在麦田现场进行颗粒肥料抛撒作业质量评价，毛刺采集板的布设密度可依据地块大小、评价精度要求调整；定位托板、毛刺采集板可重复利用，并借助GPS坐标信息增大了质量评价的区块大小，形成麦田地块的完整评价；毛刺采集板上有硅胶毛刺，防止肥料颗粒的弹跳，设有定位识别区，提高了识别结果精度。毛刺采集板贴有ID信息二维码标签，进入装置后可快速读取毛刺采集板坐标信息，避免了因顺序或者位置引起的错误。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述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所述的方法。
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 (7)
1.一种颗粒肥料抛撒质量评价装置，其特征在于，包括机体、信息采集模块、定位模块、肥料采集模块和计算机；
所述信息采集模块设于所述机体内；
所述肥料采集模块包括毛刺采集板和定位托板；所述毛刺采集板用于在抛撒颗粒肥料时进行接肥，所述毛刺采集板的接肥区域设有毛刺，且所述毛刺采集板的边缘设有4个识别定位区；所述定位托板用于固定所述毛刺采集板，并将所述毛刺采集板置于所述机体内的信息采集模块对应的采集区域；
所述定位模块，用于获取所述毛刺采集板的坐标信息；
所述信息采集模块用于获取所述毛刺采集板上的标签信息，以对所述毛刺采集板进行识别，并采集识别后的所述毛刺采集板的图像；
所述计算机连接所述信息采集模块，用于对所述图像进行分析处理，获取所述毛刺采集板中单位面积颗粒数量，基于所述毛刺采集板中单位面积颗粒数量的方差，对颗粒肥料抛撒质量进行评价；
所述信息采集模块包括识别扫描枪、相机和光源；所述光源用于照射推入机体内的所述毛刺采集板，所述识别扫描枪用于获取所述毛刺采集板上的标签信息，以对所述毛刺采集板进行识别；所述相机用于采集所述毛刺采集板的图像；
所述定位模块包括手持GPS仪、GPS基站和含有当前ID信息的二维码标签；所述二维码标签贴设于所述毛刺采集板上，所述GPS仪和所述GPS基站用于获取所述毛刺采集板的坐标经纬度信息；
所述GPS基站，用于增强坐标精度为厘米级；
所述基于所述毛刺采集板中单位面积颗粒数量的方差，对颗粒肥料抛撒质量进行评价是以撒肥有效区域内颗粒分布变异系数Cv为对比指标，具体公式为：
其中：Cv为颗粒分布变异系数；SD为肥料颗粒数标准差；
为肥料颗粒数均值；Xi为第i个毛刺采集板肥料颗粒数，m为毛刺采集板数量。
2.根据权利要求1所述的颗粒肥料抛撒质量评价装置，其特征在于，所述机体包括封闭的机壳以及设于所述机壳内的推拉机构，所述推拉机构用于固定所述毛刺采集板，并将所述毛刺采集板推入信息采集模块对应的采集区域；
所述推拉机构包括推拉平台、定位传感器、定位台面和导轨；
所述定位传感器设于所述推拉平台上，所述定位传感器电连接所述相机，所述定位传感器用于在检测到所述推拉平台在推拉方向的末端与所述机壳的距离小于设定距离阈值时，发送信号以使所述相机对推拉平台上的毛刺采集板拍照；
所述推拉平台与所述导轨滑动连接；
所述定位台面设于所述推拉平台上，所述定位台面上设有定位柱，所述定位柱用于对放入所述定位台面的定位托板进行定位。
3.根据权利要求1所述的颗粒肥料抛撒质量评价装置，其特征在于，所述毛刺采集板为矩形硅胶板，所述毛刺采集板的接肥区域的四个角设有绿色定位识别区。
4.根据权利要求2所述的颗粒肥料抛撒质量评价装置，其特征在于，所述机壳的侧板上设有角度调节板，所述机壳的内侧顶部设有相机安装架，所述机壳的侧板上还设有扫描枪支架；所述相机安装于所述相机安装架上，所述光源安装于所述角度调节板上，所述识别扫描枪设于所述扫描枪支架上。
5.根据权利要求1所述的颗粒肥料抛撒质量评价装置，其特征在于，所述定位托板上设有定位凸台，所述毛刺采集板通过所述定位凸台卡接在所述定位托板上。
6.一种基于权利要求1至5任一所述装置的颗粒肥料抛撒质量评价方法，其特征在于，包括：
抛撒肥料前，将含有ID信息的二维码标签贴于毛刺采集板上，将毛刺采集板放到定位托板上并按设定间距布置于田间；
抛撒肥料后，将定位托板与毛刺采集板一起收集，并置于定位台面上随推拉机构进入机壳内部，定位传感器在检测到推拉平台在推拉方向的末端与机壳的距离小于设定距离阈值时，发送信号以使所述相机对推拉平台上的毛刺采集板拍照；识别扫描枪读取二维码标签的ID信息，基于所述ID信息将拍照的到的图像处理结果保存到对应的数据库文件；
所有毛刺采集板的图像采集完毕后，基于各毛刺采集板单位面积颗粒数量的方差对颗粒肥料抛撒质量进行评价。
7.根据权利要求6所述的颗粒肥料抛撒质量评价方法，其特征在于，抛撒肥料前，还包括：
基于GPS手持仪采集毛刺采集板经纬度坐标信息，将ID信息、经纬度坐标信息输入数据库文件。
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