CN112601450A - 农业沟道深度感测系统、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

农业沟道深度感测系统和方法，其包括光源(2002)、接收器(2003)和传感器(2004)。光源将光向下引向土壤表面先前打开的沟道。接收器相对于光源成一定角度设置，以接收反射光。连接到接收器的传感器感测反射光的图案。与传感器通信的监视系统生成数据帧，该数据帧包含用以表示沟道的测量深度的反射光的三角化线坐标和强度值。生成的数据帧可以与用于生成空间地图的GPS坐标相关联，并且可以用于控制操作参数。生成的数据帧还可以识别相对土壤湿度与沟道深度的关系，或沟道中是否存在干燥表土或残留物，或识别种子、种子间距和种子深度。

Description

农业沟道深度感测系统、方法和装置
相关应用的交互引用
本申请要求2018年8月24日提交的美国序列号62/722,286的优先权，其以全文引用的方式并入到本文中。
背景技术
近年来，农业从业者已经认识到需要选择和维持适当的种植深度，以确保适当的种子环境(如温度和湿度)和幼苗出苗。为了改进农艺措施，农业从业者还需要了解实际种植深度与诸如出苗和产量等度量之间的关系。常规的农业播种机仅包括用于调节最大种植深度的装置，由于土壤条件或播种机行单元上的向下压力不足，最大种植深度在操作过程中可能无法维持。在美国专利申请公开号2015/0298438中公开了一种深度传感器，该深度传感器具有枢转臂，该枢转臂具有左右地面接合指，左右地面接合指可枢转地连接到角位移传感器，角位移传感器安装在行单元上的支架上或种子定位器上。地面接合指接合沟道任一侧上的土壤表面。随着沟道深度的变化，枢转臂旋转，导致角位移传感器中的信号变化。在国际专利公开号WO2018/018050和WO2017/197292中公开了另一些深度测量系统。虽然这些系统提供了良好的测量，但希望提高系统的准确度和/或耐用性。
附图说明
图1是农业行单元的一个实施例的右侧立面图。
图2是农业行单元的另一实施例的右侧立面图，为了清楚起见，移除了某些部件。
图3是图2的农业行单元的立体图。
图4是图2的农业行单元的立体图，为了清楚起见，移除了右规轮。
图5是图2的农业行单元的放大局部右侧立面图。
图6是图5的农业行单元的后立面图。
图7是农业行单元的一个实施例的右侧立面图，该农业行单元具有设置为测量沟道深度的激光线三角测量仪。
图8A是农业行单元的一个实施例的右侧立面图，该农业行单元具有设置在定位器上以测量沟道深度的激光线三角测量仪。
图8B是图8A的定位器的右侧立面图。
图8C是图8B的定位器的立体图。
图8D是图8B的定位器的后剖视图。
图9是农业行单元的一个实施例的右侧立面图，该农业行单元具有设置在向后延伸的附件上以测量沟道深度的激光线三角测量仪。
图10是具有发射器和接收器的激光线三角测量仪的立体图。
图11示意性地示出了用于控制犁沟深度的系统的实施例。
图12示出了包括种子深度的空间地图的图形显示的实施例。
图13A是种子沟道轮廓的图示。
图13B示出了图13A的种子沟道的俯视图。
图14A示出了计算沟道深度的图像的处理。
图14B示出了基于来自图14A的经处理的图像的沟道深度轮廓。
图14C示出了种子深度的图形显示的实施例。
图15A示出了沟道均匀度轮廓。
图15B示出了沟道均匀度轮廓。
图16示出了确定沟道中的土壤和残留物的过程。
图17示出了显示沟道中的土壤湿度的屏幕。
图18示出了显示沟道中的残留物的屏幕。
图19示出了确定沟道中的种子布置的过程。
具体实施方式
本文引用的所有参考文献均以全文引用的方式并入到本文中。如果本文的定义与引用的参考文献中的定义有冲突，应以本文的定义为准。
参考附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同或相对应的零件，图1示出了一种农业器具，例如是播种机，其包括农具架8，多个行单元10以横向间隔的关系安装到农具架8上。每个行单元10可以通过平行臂装置16安装到农具架上，使得行单元10被允许相对于农具架8沿竖向平移。致动器18可枢转地安装到农具架8和平行臂装置16上，并被配置为向行单元10施加补充的向下压力。
行单元10包括框架14，该框架14支承开沟盘组件60。开沟盘组件60可包括两个成角度的开沟盘62(分别为62-1和62-2)，其可转动地安装到框架14的向下延伸的柄部15上，并设置为当行单元在行进穿过田地的向前方向前进时，在土壤表面7中打开v形沟道3。行单元10可以包括规轮组件50，规轮组件50包括两个规轮52，两个规轮52通过两个规轮臂54(分别为54-1和54-2)可枢转地安装到框架14的两侧，并被设置为沿着土壤表面滚动。在枢轴92处可枢转地安装到框架14的深度调节组件90接触规轮臂54，以限制规轮臂54相对于开沟盘62的向上行进，从而限制由开沟盘组件60打开的沟道深度。闭合组件40可枢转地联接到框架14，并被配置为在种子已经沉积在沟道3中之后将土壤移回到沟道3中。
继续参考图1，种子5从料斗12被传送到种子计量器30，该种子计量器30可以被配置为使所供应的种子单粒化。计量器30可以是真空型计量器，例如国际专利公开第WO2012/129442号中公开的。在操作中，种子计量器30可以将单粒化的种子分配到种子管32中，种子管32可移除地安装到框架14。种子管32将由种子计量器分配的种子5向下和向后导向，以沉积在沟道3中。
继续参考图1，诸如美国专利第8,550,020号中公开的清垄器组件200可以经由附连到柄部15的支架202安装到行单元10的前端。清垄器臂204附连到支架202，并向下延伸到清垄器轮206。致动器208设置在支架202与板(未图示)之间，该板安装到向前延伸的清垄器臂204上。致动器208可以与监视器50(稍后述及)信号联通，用于接收信号以增大或减小施加到清垄器组件200的向下压力。致动器208可以是美国专利第8,550,020号中描述的气动致动器，或者致动器208可以是液压的、机电的，或上述各选项的组合。致动器208可以是双作用的或单作用的。
转到图2-6，更详细地示出了深度调节组件90。深度调节组件90包括可枢转地安装到深度调节主体94的摇杆95。深度调节主体94围绕枢轴92可枢转地安装到行单元框架14。手柄98可滑动地接纳在深度调节主体94内，使得使用者可以选择性地将手柄与形成在行单元框架14内的多个深度调节槽97(图6)中的一个接合和脱离。在操作中，规轮52的向上行进受到规轮臂54与摇杆95接触的限制。当规轮中的一个，例如左规轮52-1遇到障碍物时，摇杆95允许左规轮臂54-1向上移动，同时将右规轮52-2降低相同的绝对位移，使得行单元10上升障碍物高度的一半。
转到图7，农业行单元10可以可选地进一步包括沟道闭合组件250。沟道闭合组件250包括闭合轮臂252，闭合轮臂252可枢转地附连到行单元框架14。一对偏移的闭合轮254可旋转地附连到闭合轮臂252上，并且成角度地设置，以通过将开放的种子沟道的各个壁一起推回到沉积的种子5上，来“闭合”种子沟道10。致动器在一端可枢转地附连到闭合轮臂252，在另一端可枢转地附连到行单元框架14，以根据土壤条件改变由闭合轮254施加的向下压力。闭合轮组件250可以是国际专利公开号WO2014/066650中公开的类型。
深度感测装置
在图7中，示出了光平面三角测量仪2000的第一实施例，所述光平面三角测量仪例如是激光线三角测量仪，其设置在农业行单元10的柄部15上，用以测量由行单元10产生的沟道的深度。如图10中最佳示出的，光平面三角测量仪2000包括主体1001，其中设置有光源2002(例如激光灯)和接收器2003。接收器2003相对于光源2002成一定角度设置，以接收来自光源2002所照射的表面的反射光。传感器矩阵2004连接到接收器2003，以生成输出信号，该输出信号包括基于反射光的图像或图案，从该图像或图案生成提供沟道特性的数据帧。
激光线三角测量仪形式的光平面三角测量仪2000的一个示例是来自美国北卡罗来纳州罗利(Raleigh,North Carolina,USA)的Micro-Epsilon的scanCONTROL 2D/3D激光扫描仪(激光轮廓传感器)，如出版的手册No.Y9766353-G021077GKE中所公开的，该手册以引用的方式并入到本文中并作为附录A附后。
在图8A-8C和图9所示的另一些实施例中，光源2002和接收器2003以及传感器2004可以单独设置在行单元10上，以允许布置在行单元10上的其他零件周围，并且仍然测量种子沟道3的深度。例如，光源2002、接收器2003和传感器2004可以设置在向后延伸的附件400上，该向后延伸的附件400由安装到行单元10的柄部15的支架410或框架14支承，并且与沟道3纵向对准。在一个这样的实施例中，如图8A-8C所示，附件400可以是种子定位器，其尾端设置在沟道3中。在另一个实施例中，如图9所示，附件400可以是在土壤表面上方向后延伸的臂。
参考图8A-8C，光源2002-A可以设置在附件或种子定位器400下方，或者光源2002-B可以设置在种子定位器400上方，或者光源2002-A和光源2002-B可以组合使用。转向图8B和8C，种子定位器400具有地面接合部分401、上部402和安装部分403。接收器2003和传感器2004可以设置在安装部分403上，并且设置为观察种子沟道3。光源2002-A和光源2002-B可以设置在上部402上，以将光导入沟道3。光源2002-A可以在种子定位器400下方提供光，光源2002-B可以向种子定位器400的任一侧或两侧提供光。
在另一些实施例中，光平面三角测量仪2000可以作为一个整体单元或者其零件设置在行单元10上看到沟道38的任何地方。
光平面三角测量仪2000与深度控制和土壤监视系统300(稍后述及)进行数据通信。由光平面三角测量仪2000测量的深度可以显示在监视器50上，和/或沟道的深度可以手动或自动调节，如下所描述。
在一个实施例中，光源的波长可以被调制或交替以生成不同的数据帧。对于一个波长，每个数据帧包含三角化线图案和的沿着三角化线图案的反射光的强度值。例如，数据帧A可以使用640nm(红色)，数据帧B可以使用940nm(红外)。数据帧A的图案与数据帧B的图案的强度值之间的关系可以提供关于种子沟道3的信息，例如种子沟道3的相对湿度与深度轮廓的关系，识别落在种子上的表土，落在种子沟道3中的残留物，识别种子沟道3中的种子布置，包括与GPS坐标成对的种子位置、种子间距、种子群体和/或种子沟道3中的种子取向。在另一些实施例中，可以使用两个以上不同波长的数据帧，例如数据帧A、数据帧B和数据帧C。
在另一个实施例中，数据帧可以基于使用反射光获取的四个生成的图像。例如，结构化的光的第一波长A被用于照射种子沟道3，生成图像A。然后波长A被关掉。使用结构化光的第二波长B的照射种子沟道3，生成图像B。然后关掉波长B。在没有光照射种子沟道3的情况下生成图像C。白光可用于照射种子沟道3，生成图像D。然后白光被关掉。图像A、图像B、图像C和图像D的生成可以以任何顺序进行。对于以下计算，当不使用图像D时，可以省略图像D的生成。
通过从图像A中减去图像C来计算或导出净图像A图案。通过从图像B中减去图像C来计算或导出净图像B图案。在图14A中示出了减去图像的示例。然后可以对净图像A或净图像B图案进行缩放和滤波，以产生提供沟道特性的数据帧，其中三角化线图案和沿着三角化图案的强度值根据土壤特性而变化，如图14B所示。在图14B中，SD代表种子深度。从深度SD中减去深度RC，以提供清垄器挖沟的深度。图14C示出了显示屏3000，显示屏3000展示清垄器挖沟深度和种子深度。此外，规轮52可以压缩种子沟道3的一部分。这可以示出为图14B中SD与RC之间的差异。全沟道深度(“真实深度”)是由深度SD测量的从种子沟道3的顶部到种子沟道3底部的深度。规轮52到全沟道深度的深度可以被确定为深度SD与深度RC之间的差值。
净图像A或净图像B图案也可用于测量犁沟的均匀度。滤波和缩放后的净图像A或净图像B用于计算。在一个实施例中，将净图像A或净图像B与沟道轮廓曲线进行比较。在另一个实施例中，可以使用各个图像之间的比较。在一个实施例中，均方根(RMS)误差用于将净图像A或净图像B与标称沟道形状进行比较。图15A旨在示出具有99％均匀度的沟道轮廓3100。图15B旨在以沟道轮廓曲线3110示出具有75％均匀度的沟道轮廓3100。沟道轮廓3100可以如图15A或15B所示以图形方式显示在监视器50上，或者作为百分比均匀度以数字方式显示。可以根据计算的个别值显示均匀度，或者可以使用选定时间或距离的运行平均值。在另一个实施例中，大于选定尺寸的空隙3112可以被计数以确定均匀度的量。在另一种方法中，可以计算与沟道轮廓曲线3110的标准偏差，然后在多个图像之间进行平均。
在另一个实施例中，可以计算土壤湿度和/或残留物。图16示出了计算过程。获取波长A的反射强度3200和波长B的反射强度3202。在另一些实施例中，可以使用额外的波长。在一个实施例中，一个波长可以是640纳米，另一个可以是940纳米。计算波长A的反射强度3200与波长B的反射强度3202的相对强度。两个波长之间的相对强度揭示了给定点的反射是残留物(有机作物残留物)还是土壤。对于每个图像，生成土壤/残留物图像3210。如图所示，土壤3212可以展示为一种颜色(例如绿色)，而残留物3214可以展示为另一种颜色(例如红色)。可以组合多个图像来提供以立体图或侧视立面图显示的土壤/残留物沟道轮廓3220。相对湿度和实际湿度计算如下所描述。从沟道轮廓3220，可以计算以下度量：种子沟道3中的总残留物百分比、种子深度处残留物的量或百分比、残留物深度分布轮廓(例如沟道的上半部和沟道的下半部，例如上半部50％残留物和下半部10％残留物)、湿度与深度关系、种子深度处的湿度、至最小良好湿度的深度(用于开始发芽的湿度)、和/或湿度余量(种子深度减去最小良好湿度深度)。湿度余量告诉种植者多少深度可以变化，但仍在良好的湿度范围内。图17示出了屏幕3300，其展示了种子深度处湿度和种子沟道3中不同深度处的湿度分布轮廓中的一个或多个。图18示出了屏幕3400，其展示了种子深度处的残留物和种子沟道3中不同深度处的残留物分布轮廓中的一个或多个。
在另一个实施例中，可以确定种子布置。图19示出了该过程。获取波长A的反射强度3200和波长B的反射强度3202。在另一些实施例中，可以使用额外的波长。在一个实施例中，一个波长可以是640纳米，另一个可以是940纳米。计算波长A的反射强度3200与波长B的反射强度3202的相对强度。两个波长之间的相对强度揭示了给定点的反射是种子5还是土壤。对于每个图像，生成土壤/种子图像3500。如图所示，土壤3212可以展示为一种颜色(例如绿色)，种子5可以展示为另一种颜色(例如红色)。可以组合多个图像来提供以立体图或侧视立面图展示的土壤/种子沟道轮廓3520。当几乎没有或完全没有残留物时，这在耕作过的田地上效果很好。在某些情况下，可能很难区分种子5与残留物。在这些实施例中，可以使用图像D，图像D使用白光。种子5通常被涂覆，颜色用来区分不同的种子处理。知道了正在种植的种子5的颜色，图像D可以用于寻找对应于种子5颜色的颜色反射。种子布置提供了间距信息(如下所描述)、群体，并可用于将材料布置在种子5上或附近(如下所描述)。
在另一些实施例中，光可以是白光，并且一个或多个滤波器可以与接收器2003一起使用，以选择一个波长的光来观看。在该实施例中，接收器2003可以是红-绿-蓝(RGB)相机或蓝-绿-近红外相机。如上文，可以顺序使用多个滤波器来获取不同图像中不同波长的光。
来自光平面三角测量仪2000的相对强度数据可以与其他传感器组合，例如SmartFirmer传感器(其可购自Precision Planting LLC，并在国际专利公开号WO2014153157、WO2015171915、WO2015171908或美国专利申请公开号2018/0168094中描述)。安装在SmartFirmer传感器上的传感器可以提供种子沟道3底部的详细分析，并且光平面三角测量仪2000可以提供种子沟道3中更高点的分析。定位器安装的传感器对湿度有很高的置信度，但它只“看”到沟道的底部/侧部。来自光平面三角测量仪2000的强度比提供了良好深度与湿度的关系，但是关于绝对湿度，它具有较低的准确度。从定位器安装的传感器得知沟道3底部的湿度，沟道38底部上方的绝对湿度可以从相对土壤湿度计算出来。
由光平面三角测量仪2000获取的图像可以提供种子沟道3的截面视图。距离测量软件可以测量从种子沟道3顶部到种子沟道3底部的距离，以提供种子沟道3的深度。由光平面三角测量仪2000获取的图像还可以获取种子5在种子沟道3中的布置，以便确认种子是否布置在沟道3底部，并且可选地确认种子5是否被种子定位器400定位好了。可以测量种子沟道3中种子5的深度。参照图12，种子深度可以在空间上显示在所显示的种子深度图1600上(例如，在器具监视器50或远程计算机上)。田地的各个面积区域可以与图形表示1622、1624、1626(例如，像素或块)相关联，图形表示1622、1624、1626通过颜色或图案分别与图例1610的子集1612、1614、1616相关联。子集可以对应于种子深度的数值范围。数值范围可以根据种子种植的选定深度进行缩放。不同类型的种子可以种植在不同的深度。在一个实施例中，绿色颜色可以与在所选深度种植的种子相关联，并且另一些颜色可以用于表示比所选深度更浅或更深的深度。
参考图13A和13B，可以基于土壤颜色来显示种子沟道3的分布轮廓，种子沟道3的分布轮廓展示了土壤湿度分布轮廓。较干燥的土壤1701(展示为朝向沟道3顶部)具有浅色，而较潮湿的土壤1702(展示为朝向沟道3底部)具有较深的颜色。此外，可以显示种子5、作物残留物3214和干土壤1703的位置和深度。干土壤1703可以是从种子沟道3的顶部或从种子沟道3的外部落入种子沟道3的干土壤。当种子5不在潮湿土壤1702中时，可以进行上述深度调节以增大深度，直到种子5在潮湿土壤1702中。如果有足够的潮湿土壤1702，则深度可以减小到选定的深度。
在另一个实施例中，用光平面三角测量仪2000跟踪种子5的布置可以提供类似于国际专利公开WO2015/171915中描述的种子脉冲的种子脉冲。该种子脉冲可用于跟踪“良好的间距”，或者该种子脉冲可与使阀(未示出)脉动一起使用，如美国专利号7,370,589中所描述，以将流体布置在种子上或种子附近。来自光平面三角测量仪2000的图像可以检测图像中的种子，并且处理器可以生成种子脉冲。然后，处理器可以向阀发送信号，以选择性地打开和关闭，从而将流体布置在种子上或种子附近。
在另一个实施例中，当检测到来自种子沟道3顶部或种子沟道3外部的残留物3214和/或干土壤1703存在于种子沟道3中或种子5上时，可以调节清垄器组件200，以通过增大施加到致动器208的向下压力以便增强碎屑移除。来自光平面三角测量仪2000的图像可以识别种子沟道3中存在的残留物3214或干土壤1703，并且可以从监视器50中的处理器向致动器208发送信号以改变清垄器200的向下压力。
深度控制系统
深度控制和土壤监视系统300与国际专利公开号WO2017/143125的深度调节系统结合使用。下面列出的零件号来自WO2017/143125。
其中公开的深度调节致动器/马达(例如，次要深度调节致动器/马达)(例如，致动器/马达720、800、950、1000、1230、1450、1550、1650、1750、1850、1950、1984)可以与如图11所示和本文所描述的深度控制和土壤监视系统300进行数据通信。
在系统300中，监视器50与每个行单元10所关联的部件电通信，这些部件包括种子计量器驱动器315、种子传感器305、GPS接收器53、向下压力传感器392、向下压力阀390、深度调节致动器380和深度致动器编码器382(以及在一些实施例中的实际深度传感器385，例如申请人的美国专利申请公开号2015/0298438中描述的那些)。在一些实施例中，特别是其中每个种子计量器30不由个别的驱动器315驱动的那些实施例中，监视器50可以与离合器310电通信，离合器310被配置为选择性地可操作地将种子计量器30联接到驱动器315。
继续参考图11，监视器50可以与蜂窝调制解调器330或被配置为使监视器50与因特网(如附图标记335所示)进行数据通信的其他部件进行电通信。经由因特网连接，监视器50可以从土壤数据服务器345接收数据。土壤数据服务器345可以包括将土壤类型(或其他土壤特性)与GPS位置相关联的土壤地图文件(例如，形状文件)。在一些实施例中，土壤地图文件存储在监视器50的存储器中。
监视器50还可以与安装在播种机上的一个或多个温度传感器360进行电通信，温度传感器360被配置为生成与播种机行单元10正在作业的土壤的温度相关的信号。在一些实施例中，各个温度传感器360中的一个或多个包括热电偶，该热电偶设置为与土壤接合，如申请人的国际专利公开第WO2014/153157号中所公开的那样。在这样的实施例中，温度传感器360接合沟道3底部的土壤。在另一些实施例中，温度传感器360中一个或多个可以包括被设置和配置为测量土壤温度而不接触土壤的传感器。
继续参考图11，监视器50可以与一个或多个湿度传感器350电通信，湿度传感器350安装在播种机上并且被配置为生成与播种机行单元10正在作业的土壤的温度相关的信号。在一些实施例中，湿度传感器350包括反射传感器，例如美国专利第8,204,689号中公开的反射传感器。在这样的实施例中，湿度传感器350可以安装到行单元10的柄部15，并设置为测量沟道3底部的土壤湿度，沟道3的底部可以在种子管32纵向前方的位置。监视器50可以与一个或多个第二深度湿度传感器352电通信。第二深度湿度传感器352可以包括反射传感器，例如‘689专利中公开的反射传感器，其被设置为在期望一致湿度读数的深度处测量土壤湿度。在一些实施例中，第二深度湿度传感器352被设置为在比用于种植的深度更大的深度处测量土壤湿度，例如在土壤表面下方3至6英寸之间，优选地大约4英寸处。在另一些实施例中，第二深度湿度传感器352被设置为在比用于种植的深度更小的深度处测量土壤湿度，例如在土壤表面下方0.25英寸和1英寸之间，并且优选为大约0.5英寸处。第二深度湿度传感器352可被设置为从由行单元10打开的沟道3侧向偏移地打开沟道。
参考图11，监视器50可以与一个或多个电导率传感器365电通信。电导率传感器365优选包括设置为切入土壤表面的一个或多个电极，例如美国专利5,841,282和5,524,560中公开的传感器。
继续参考图11，监视器50还可以与一个或多个pH传感器355电通信。在一些实施例中，pH传感器355由拖拉机或另一种器具(例如耕作器具)牵引，使得数据存储在监视器50中以备后用。在一些这样的实施例中，pH传感器355类似于美国专利号6,356,830中公开的pH传感器。在一些实施例中，pH传感器355可以安装在农具架8上，例如相对于行单元10在侧向偏移的位置。
深度控制方法
根据使用本文描述的深度调节组件控制深度的一些示例性过程，使用者可以手动调节主要和/或次要深度调节组件。根据一些示例性过程，使用者可以手动调节主要深度调节组件，并使用监视器50来命令次要深度调节组件的深度调节。
根据一些示例性过程，使用者可以手动调节主要深度调节组件，并且监视器50可以通过从传感器(例如，传感器350、355、360、365、352、385)或从土壤数据服务器345接收一个或多个农艺变量并且通过咨询使一个或多个农艺变量与期望的犁沟深度相关的数据库或者算法来命令次要深度调节组件(例如，致动器/马达720、800、950、1000、1230、1450、1550、1650、1750、1850、1950、1984中的一个)的期望深度调节。
根据一些示例性过程，监视器50可以通过从传感器(例如，传感器350、355、360、365、352、385)或者从土壤数据服务器345接收一个或多个农艺变量并且通过咨询使一个或多个农艺变量与期望的犁沟深度相关的数据库或算法来命令对主要深度调节组件和/或次要深度调节组件(例如，致动器/马达720、800、950、1000、1230、1450、1550、1650、1750、1850、1950、1984中的一个)进行期望的深度调节。
根据一些示例性过程，监视器50可以通过确定行单元10的GPS报告的位置并咨询使该田地中的位置和/或区域与期望的犁沟深度在空间上相关的深度处方地图来命令主要深度调节组件和/或次要深度调节组件(例如，致动器/马达720、800、950、1000、1230、1450、1550、1650、1750、1850、1950、1984之一)的期望深度调节。
在一些实施例中，监视器50可以通过将致动器/马达720、800、950、1000、1230、1450、1550、1650、1750、1850、1950、1984的命令致动与GPS接收器53报告的GPS位置相关联来记录田地中的深度变化。在一些这样的实施例中，监视器50可以记录与致动器/马达720、800、950、1000、1230、1450、1550、1650、1750、1850、1950的命令致动同时的深度变化。然而，在操作中，摇杆95与规轮臂和/或深度调节构件之间的力可以变化，例如，当行单元移动经过不平坦的地形时。因此，在一些实施例中，监视器50可以监视量规轮臂和/或深度调节摇杆上的力，并且仅当力低于预定阈值时记录深度的变化。例如，关于图12的实施例，监视器50可以监视规轮臂和/或深度调节摇杆上的力，并且仅当该力低于针对致动器1230的给定位置、深度调节构件可以前进的预定阈值时，记录深度的变化。规轮臂和/或深度调节摇杆上的力可以由载荷传感器来记录，例如安装到规轮臂或可以用来传输力的其他位置的应变仪，或者由本领域已知的并入在行单元中的载荷感测销来进行记录。
在另一些实施方式中，监视器50可以与致动器/马达720、800、950、1000、1230、1450、1550、1650、1750、1850、1950、1984的命令的延伸变化同时地(或在其之前或之后)命令由致动器18施加的行单元向下压力的临时变化(例如，减小)，以便允许深度调节。监视器50然后优选地命令由致动器18施加的行单元向下压力返回到其先前命令的水平。
前面的描述是为了使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并且是在专利申请及其要求的背景下提供的。对装置的优选实施例的各种修改，以及这里描述的系统和方法的一般原理和特征对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明不限于上述和附图中示出的装置、系统和方法的实施例，而是符合与所附权利要求的精神和范围一致的最宽范围。

Claims (45)

1.一种农业沟道深度感测系统，其包括：
农业行单元，其包括开沟盘，所述开沟盘被配置为当行单元在穿过田地行进的向前方向上前进时在土壤表面中打开沟道；以及
光源，其设置在所述沟道上方，并被配置为将光向下导向所述沟道；
接收器，其相对于所述光源成一定角度设置，用于接收来自所述光源并且从所述沟道和土壤表面反射的反射光；
传感器，其连接到所述接收器，所述传感器基于所述反射光生成输出信号；
监视系统，其与所述传感器通信，所述监视系统被配置为基于所述传感器的输出信号而生成数据帧，所述数据帧包含三角化线图案和沿着所述三角化线图案的所述反射光的强度值，所述强度值用以表示所述沟道的测量深度；
GPS接收器，其与所述监视系统通信；
其中所述监视系统被配置为将来自所述GPS接收器的GPS坐标与每个所述数据帧相关联。
2.根据权利要求1所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述光源、所述接收器和所述传感器设置在单个主体中，所述单个主体安装到所述农业行单元的框架构件上。
3.根据权利要求1所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述光源、所述接收器和所述传感器分开设置并且在所述开沟盘后方被支承在所述行单元上。
4.根据权利要求1所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述光源、所述接收器和所述传感器安装在由所述行单元的框架构件支承的附件上，所述附件从所述开沟盘向后延伸并且沿纵向与所述沟道对准。
5.根据权利要求4所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述附件是种子定位器，所述种子定位器具有设置在所述沟道中的地面接合部分。
6.根据权利要求5所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述光源和所述接收器设置在所述种子定位器的下侧上。
7.根据权利要求5所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述光源设置在所述种子定位器上方，将光向下导向所述土壤表面并进入所述沟道和设置在所述种子定位器的下侧上的所述接收器。
8.根据权利要求5所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源设置在所述种子定位器上方，将光向下导向所述沟道的至少一侧上的所述土壤表面，所述第二光源设置在所述种子定位器的下侧上，将光导入所述沟道，所述接收器设置在所述种子定位器的下侧上，并设置为接收来自所述第一光源和所述第二光源的所述反射光。
9.根据权利要求1所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述监视系统被配置为当所述农业行单元穿过所述田地前进时显示所述沟道的所述测量深度的空间地图。
10.根据权利要求1所述的农业沟道深度感测系统，进一步包括：
向下压力致动器，其被配置为在所述农业行单元上施加向下压力；
其中，所述监视系统被配置为基于所述测量的深度来致动所述向下压力致动器以调节施加到所述农业行单元的向下压力。
11.根据权利要求1所述的农业沟道深度感测系统，进一步包括：
深度控制致动器，其被配置为调节所述沟道的深度；
其中，所述监视系统被配置为基于所述测量深度来致动所述深度控制致动器以调节所述沟道的深度。
12.根据权利要求1所述的农业沟道深度感测系统，其中，来自所述光源的所述光被调制以产生不同波长的光，由此所述数据帧包含三角化线图案和沿着所述三角化线图案的所述反射光的所述不同波长的强度值，并且由此所述三角化线图案与沿着所述三角化线图案的所述强度值之间的关系用以表示下列中的至少一者：(i)所述沟道的均匀度；(ii)相对土壤湿度与沟道深度的关系；(iii)干燥表土在所述沟道中的存在；(iv)残留物在所述沟道中的存在；(v)种子在所述沟道中的存在；(vi)所述种子在所述沟道中的深度；以及(vii)相对于全沟道深度的规轮深度。
13.根据权利要求12所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述监视系统被配置为基于所生成的数据帧而生成所述沟道的轮廓。
14.根据权利要求12所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述监视系统被配置为显示随着所述农业行单元穿过所述田地行进时的种子深度的空间地图。
15.根据权利要求12所述的农业沟道深度感测系统，进一步包括：
深度控制致动器，其被配置为调节所述沟道的深度；
其中，所述监视系统被配置为基于表示所述沟道中存在干表土土壤的所述数据帧来致动所述深度控制致动器以调节所述沟道的深度。
16.根据权利要求14所述的农业沟道深度感测系统，进一步包括：
深度控制致动器，其被配置为调节所述沟道的深度；
其中，所述监视系统被配置为基于表示与所述相对土壤湿度有关的所述种子深度的所述数据帧来致动所述深度控制致动器以调节所述沟道的深度。
17.根据权利要求12所述的农业沟道深度感测系统，进一步包括：
清垄器，其安装在所述开沟盘前方，所述清垄器包括清垄器致动器，所述清垄器致动器用于调节施加到所述清垄器的向下压力；
其中，所述监视系统被配置为基于所述沟道中残留物的存在来致动所述清垄器致动器，以调节由所述清垄器致动器施加到所述清垄器的所述向下压力。
18.根据权利要求12所述的农业沟道深度感测系统，进一步包括：
液体布置系统，其与液体源流体连通，所述液体布置系统包括能够在打开位置与关闭位置之间移动的阀，其中，在所述打开位置，来自所述流体源的流体被释放；
其中，所述监视系统被配置为打开所述阀，以相对于所述沟道中的所述种子而释放液体，使得所述液体被布置在所述种子上、所述种子之间或所述种子附近。
19.根据权利要求12所述的农业沟道深度感测系统，其中，基于所述不同波长的第一波长的所述反射光生成第一图像，并且其中，基于所述不同波长的第二波长的所述反射光生成第二图像，并且其中，当所述光源关掉时生成第三图像；
由此所述监视系统通过从所述第一图像中减去所述第三图像来生成第一净图像图案，并且所述监视系统通过从所述第二图像中减去所述第三图像来生成第二净图像图案。
20.根据权利要求19所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述沟道的所述均匀度通过将所述第一净图像图案或所述第二净图像图案与沟道轮廓曲线进行比较来确定。
21.根据权利要求19所述的农业沟道深度感测系统，其中，所述沟道的所述均匀度通过将所述第一净图像图案与所述第二净图像图案进行比较来确定。
22.根据权利要求19所述的农业沟道深度感测系统，其中，通过计算与在所述第一净图像图案与所述第二净图像图案之间平均的沟道轮廓曲线的标准偏差，来确定所述沟道的所述均匀度。
23.一种确定随着农业行单元在穿过田地行进的向前方向上前进时由所述农业行单元的开沟盘在土壤表面中形成的沟道的深度的方法，所述方法包括：
用设置在所述沟道上方的光源照射所述沟道；
用相对于所述光源成一定角度设置的接收器来接收从所述沟道反射的来自所述光源的反射光；
生成用以表示所述沟道的测量深度的数据帧，所生成的数据帧包含三角化线图案和沿着所述三角化线图案的所述反射光的强度值；
将GPS坐标与所述数据帧相关联。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述光源和所述接收器设置在单个主体中，所述单个主体安装到所述农业行单元的框架构件上。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述光源和所述接收器分开设置并且在所述开沟盘后方被支承在所述农业行单元上。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述光源、所述接收器和所述传感器安装在由所述行单元的框架构件支承的附件上，所述附件从所述开沟盘向后延伸并且沿纵向与所述沟道对准。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述附件是种子定位器，所述种子定位器具有设置在所述沟道中的地面接合部分。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述光源和所述接收器设置在所述种子定位器的下侧上。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述光源设置在所述种子定位器上方，将光向下导向所述土壤表面并进入所述沟道和设置在所述种子定位器的下侧上的所述接收器。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，所述光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源设置在所述种子定位器上方，将所述光向下导向在所述沟道的至少一侧的所述土壤表面，所述第二光源设置在所述种子定位器的下侧上，将光导入所述沟道内，所述接收器设置在所述种子定位器的下侧上，并设置为接收来自所述第一光源和所述第二光源的所述反射光。
31.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：
当所述农业行单元穿过所述田地前进时，显示所述沟道的所述测量深度的空间地图。
32.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：
基于所述测量深度，致动向下压力致动器以调节施加到所述农业耕作单元的向下压力。
33.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：
基于所述测量深度调节深度控制致动器以调节所述沟道的深度。
34.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：
调制所述光源以产生不同波长的光，由此所述数据帧包含三角化线图案和沿着所述三角化线图案的所述反射光的所述不同波长的强度值。
35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：
基于所述三角化线图案与沿着所述三角化线图案的所述强度值之间的关系，确定所述沟道的下列特征中的至少一个特征：(i)所述沟道的均匀度；(ii)相对土壤湿度与沟道深度的关系；(iii)干燥表土在所述沟道中的存在；(iv)残留物在所述沟道中的存在；(v)种子在所述沟道中的存在；(vi)所述种子在所述沟道中的深度；以及(vii)相对于全沟道深度的规轮深度。
36.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：
基于生成的所述数据帧而生成所述沟道的轮廓。
37.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：
当所述农业行单元穿过所述田地前进时，显示种子深度的空间地图。
38.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：
基于对所述沟道中所述干表土土壤存在的所述确定，致动深度控制致动器以调节所述沟道的深度。
39.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：
基于与所述相对土壤湿度有关的所述种子深度的所述确定，致动深度调节致动器以调节所述沟道的深度。
40.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：
基于对所述沟道中所述残留物存在的所述确定，致动清垄器致动器以调节由所述清垄器致动器施加到所述清垄器的向下压力。
41.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：
基于对所述沟道中所述种子存在的确定，打开阀以相对于所述种子从液体源释放液体，使得所述液体布置在所述种子上、所述种子之间或邻近所述种子。
42.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：
基于所述不同波长的第一波长的所述反射光生成第一图像；
基于所述不同波长的第二波长的所述反射光生成第二图像
当所述光源关掉时生成第三图像；
通过从所述第一图像中减去所述第三图像来生成第一净图像图案；
通过从所述第二图像中减去所述第三图像来生成第二净图像图案。
43.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：
将所述第一净图像图案或所述第二净图像图案与沟道轮廓曲线进行比较，以确定所述沟道的所述均匀度。
44.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：
将所述第一净图像图案与所述第二净图像图案进行比较，以确定所述沟道的所述均匀度。
45.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：
计算与在所述第一净图像图案与所述第二净图像图案之间平均的沟道轮廓曲线的标准偏差，以确定所述沟道的所述均匀度。
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