CN117881283A - 超声波树木测量系统 - Google Patents

超声波树木测量系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117881283A
CN117881283A CN202280058916.5A CN202280058916A CN117881283A CN 117881283 A CN117881283 A CN 117881283A CN 202280058916 A CN202280058916 A CN 202280058916A CN 117881283 A CN117881283 A CN 117881283A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vegetation
echo signals
echo
plant
signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280058916.5A
Other languages
English (en)
Inventor
凯文·S·克罗
玉哲·所罗门·欧阳
詹姆斯·施奈德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topcon Positioning Systems Inc
Original Assignee
Topcon Positioning Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Topcon Positioning Systems Inc filed Critical Topcon Positioning Systems Inc
Publication of CN117881283A publication Critical patent/CN117881283A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/539—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M7/00—Special adaptations or arrangements of liquid-spraying apparatus for purposes covered by this subclass
    • A01M7/0089—Regulating or controlling systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/04—Systems determining presence of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/86—Combinations of sonar systems with lidar systems; Combinations of sonar systems with systems not using wave reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Insects & Arthropods (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

提供了用于对植被的植株展开度和植株密度进行计算的系统和方法。由一个或更多个换能器向植被发射超声波信号。由一个或更多个换能器接收作为对超声波信号的反射的多个回波信号。基于多个回波信号中的第一回波信号和多个回波信号中的最后回波信号来对植被的植株展开度进行计算。基于多个回波信号对植被的植株密度进行计算。将植被的植株展开度和植株密度输出。

Description

超声波树木测量系统
本申请要求2021年9月14日提交的美国临时申请第63/261,197号的权益，该临时申请的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明总体涉及一种树木测量系统，以及具体地涉及一种用于对植被的植株展开度和植株密度进行测量的超声波树木测量系统。
背景技术
喷雾器是一种用于向植被施用液体(诸如例如除草剂、杀虫剂、肥料和水)的农业机器。在一个示例中，在葡萄藤园中使用喷雾器，以将这种液体施用于葡萄藤树。为了向葡萄藤树提供最佳的液体量，需要对葡萄藤树的展开度和密度进行确定。
对葡萄藤树的传统测量仅限于对树包络(树冠)的测量，通常使用LIDAR(光检测和测距)传感器或基本超声波传感器来对树包络进行测量。然而，这种传统测量无法捕获对葡萄藤树的内部成分或树深进行描述的量度。
存在其他方法来测量葡萄藤树的整个体积，但需要从成排树的两侧进行传感器测量，这是一个更耗时且效率较低的过程。从两侧扫描需要沿着葡萄藤树的两侧行进或在葡萄藤树的任一侧上支撑传感器。如果使用从葡萄藤树的任一侧进行的测量来对树宽进行计算，则需要一个通用的位置参考框架，诸如高精度GPS(全球定位系统)定位(这可能会引入误差)。
发明内容
根据一个或更多个实施方式，提供了用于对植被的植株展开度和植株密度进行计算的系统和方法。由一个或更多个换能器向植被发射超声波信号。由一个或更多个换能器接收作为对超声波信号的反射的多个回波信号。基于多个回波信号中的第一回波信号和多个回波信号中的最后回波信号，来对植被的植株展开度进行计算。基于多个回波信号，对植被的植株密度进行计算。将植被的植株展开度和植株密度输出。
在一个实施方式中，在时间窗内接收多个回波信号。可以基于在时间窗期间接收到的多个回波信号的量或者基于在时间窗期间接收到的多个回波信号的强度，来对植被的植株密度进行计算。可以通过基于第一回波信号来对换能器与植被之间的第一距离进行计算以及基于最后回波信号来对换能器与植被之间的第二距离进行计算，而对植株展开度进行计算。将植株展开度确定为第一距离与第二距离之间的差。
在一个实施方式中，基于以下中的至少一者来对多个回波信号中的与一个或更多个非植被结构相关联的特定回波信号进行检测：1)基于所述特定回波信号所确定的距离，或2)所述特定回波信号的强度。从多个回波信号中移除所述特定回波信号。
在一个实施方式中，使用全球定位系统(GPS)数据，基于植株展开度或植株密度中的至少一者来生成植被的图。
在一个实施方式中，将物质以基于植株展开度或植株密度中的至少一者基本上实时地确定的可变速率施用于植被。
在一个实施方式中，基于一个或更多个换能器与植被之间的距离来对多个回波信号进行归一化。
在一个实施方式中，一个或更多个换能器被安装在农业机器上。
通过参照下面的详细说明和附图，本发明的这些和其他优点对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
图1示出了根据一个或更多个实施方式的示例性农业场所，在该农业场所中树木测量系统可以对植被的植株展开度和植株密度进行测量；
图2示出了根据一个或更多个实施方式的植被，树木测量系统可以对植被上的植株展开度和植株密度进行测量；
图3示出了根据一个或更多个实施方式的示例性农业机器的示意图；以及
图4示出了根据一个或更多个实施方式的用于对植被的植株展开度和植株密度进行确定的方法。
具体实施方式
本文所描述的实施方式提供了一种树木测量系统，该树木测量系统包括一个或更多个超声波传感器，所述超声波传感器用于对农业场所处的植被(例如，藤行)的植株展开度和植株密度中的一者或两者进行估计。图1中示出了农业场所的一个示例。
图1示出了根据一个或更多个实施方式的农业场所100，在农业场所100中树木测量系统可以对植被的植株展开度和植株密度进行测量。如图1所示，农业场地100是包括成排102的葡萄藤树的葡萄藤园。然而，农业场所100可以是包括任何合适类型的植被(例如，苹果树、番茄植物等)的任何农业场所。根据一个实施方式，树木测量系统可以被配置成用于对成排102的葡萄藤树的植株展开度和/或植株密度进行测量。
图2示出了根据一个或更多个实施方式的植被200，树木测量系统可以对植被200上的植株展开度和植株密度进行测量。植株展开度指的是对植被的横向宽度的量度。例如，如图2所示，植株展开度可以表示植被200的横向宽度的距离202。植株密度指的是对植株展开度之间的植物材料(例如，叶子、树枝、果实)的量的量度。例如，植株密度可以表示距离202内的植物材料204的量。
树木测量系统包括一个或更多个超声波传感器或换能器，一个或更多个超声波传感器或换能器用于将超声波信号发射至特定排植被并接收从超声波信号反射的多个回波信号，用于对该排植被的植株展开度和植株密度进行确定。对每个回波信号的到达时间和信号强度信息进行记录。回波信号是来自例如成排植被的树叶、树枝和其他树木材料(以及可能的非树木材料)的超声波信号的反射。由超声波传感器收集的信息可以用于对例如(但不限于)植株展开度和植株密度以及任何其他合适的度量(诸如例如到树包络的距离)进行描述。植株展开度可以基于在时间窗期间接收到的第一回波信号和最后回波信号来量化。植株密度可以基于在时间窗期间接收到的反射回波信号的数目或者在时间窗期间接收到的反射信号能量的量或强度来量化。
在一个实施方式中，树木测量系统可以在农业机器上实现。例如，树木测量系统可以在喷雾器上实现，以向可变速率喷雾控制系统提供信息，用于基于检测到的树木材料的量来改变液体的实时施用速率。示例性农业机器如图3所示。
图3示出了根据一个或更多个实施方式的示例性农业机器322的示意图，该农业机器322包括用于对植被324的植株展开度和植株密度进行测量的树木测量系统302。在一个实施方式中，农业机器322是喷雾器。然而，农业机器322可以是任何其他合适的农业机器。在一个示例中，植被324包括图1的成排102的葡萄藤树或图2的植被200。然而，植被324可以包括任何其他类型的植被。
树木测量系统302可以包括一个或更多个处理器306，一个或更多个该处理器306通信地耦合至存储器314、存储装置304、显示设备308和输入/输出设备310。存储装置304可以存储表示树木测量系统302的功能的多个模块。在一个实施方式中，存储装置304存储用于对植被324的植株展开度、植株密度和其他度量进行测量的测量模块316。模块中的每个模块可以实现为存储在存储装置304中的计算机程序指令(例如，代码)，该计算机程序指令可以被加载到存储器314中，当需要执行该计算机程序指令时，该计算机程序指令由处理器306执行。
在操作中，测量模块316以发射和接收周期操作。在发射阶段期间，处理器306指示脉冲发生器318生成电信号，该电信号被转换成单个超声波信号326(表示为单独的信号以说明植物材料的处理)并由一个或更多个换能器312向植被324发射。在一个实施方式中，换能器312向植被324的一侧(例如，葡萄藤树的一侧)发射超声波信号326。在该实施方式中，换能器312不是从上向下向植被324的顶部发射超声波信号326，这需要额外的处理。在另一实施方式中，除了换能器312向植被324的一侧发射超声波信号326之外，可以使用附加的换能器从上向下向植被324的顶部发射超声波信号，并且经反射的信号可以用于确定植株密度或计算其他感兴趣的度量(例如，树高)。如本文所使用的，换能器指的是用于发射和接收信号的单个设备，但也指的是一对分立的设备——一个设备用于发射信号以及另一设备用于接收信号。在一个实施方式中，超声波信号326为具有例如大约70毫秒至320微秒的持续时间的超声波脉冲。超声波信号的辐射图为以换能器312为中心的圆锥形，并随着超声波信号远离换能器312传播而径向地向外扩展。超声波信号326遇到一个或更多个对象(例如，植被324)并将作为超声波信号326的多个回波信号328反射回。
在接收阶段期间，打开预定义的接收窗，该接收窗限定了预期由换能器312接收到超声波信号326的多个回波信号328所持续的时间段。接收窗可以是允许超声波信号的回波信号由换能器312接收到的任何合适的时间长度。例如，接收窗的持续时间可以为10毫秒。换能器312接收超声回波信号328并将超声回波信号328转换成电信号。电信号被传递至放大电路320，在放大电路320中电信号被放大以供处理器306处理。虽然多个回波信号328在图3中被表示为四个回波信号，但是多个回波信号可以包括多于一个的任意数目的回波信号。
处理器306对植被324的植株展开度和植株密度进行计算。在一个实施方式中，通过基于在时间窗期间接收到的第一回波信号对换能器与植被之间的第一距离进行计算以及基于时间窗期间接收到的最后回波信号对换能器与植被之间的第二距离进行计算，而对植被324的植株展开度进行确定。处理器306基于发射超声波信号326与接收到相应的回波信号328之间所经过的时间来对换能器312与植被324之间的第一距离和第二距离进行计算。然后植被324的植株展开度被确定为第一距离与第二距离之间的差。在一个实施方式中，基于在时间窗期间接收到的多个回波信号328的量或者基于在时间窗期间接收到的多个回波信号328的强度来对植被324的植株密度进行计算。例如，植被324的植株密度可以计算为回波信号328的能量的总和。回波信号328的能量可以通过将回波信号的持续时间乘以回波信号的幅度来计算。在一个实施方式中，对于每个回波信号328，基于获取该回波信号所处于的距离来对幅度进行归一化(例如，其中幅度与距离的平方成反比)，以考虑回波信号的超声波能量通过环境的分散。
在一个实施方式中，测量模块316通过以周期性、离散间隔重复地执行发射和接收循环来连续操作。该间隔可以是任何合适的时间长度，该时间长度诸如为每15毫秒至35毫秒。
在一个实施方式中，如标题为“高度控制(Height Control)”的美国专利第8,843,283号中所描述的那样，发射超声波信号326并接收回波信号328，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。
在一个实施方式中，树木测量系统302的换能器312包括单个超声波传感器，单个该超声波传感器安装在成排植被324的中间部分处，用于对植株展开度和植株密度进行计算以充分表示植被324。在其他实施方式中，树木测量系统302的换能器312包括多于一个超声波传感器。例如，传感器阵列可以被布置成捕获跨成排植被324的高度的信息。在另一示例中，传感器阵列可以用于同时观察两排植被324(当树木测量系统在两排植被324之间行进时)。
在一个实施方式中，多个回波信号328中与非植被结构相关联的特定回波信号可以基于根据所述特定回波信号所确定的距离或者基于所述特定回波信号的强度来检测。非植被结构的示例包括线材支撑件，葡萄树藤通常生长在线材支撑件上。向葡萄树藤发射超声波信号可能会导致从线材支撑件反射的特定回波信号。可以对该特定回波信号进行检测并将该特定回波信号从多个回波信号328中移除。可以基于非植被结构距换能器312的已知距离、与从非植被结构反射的回波信号相对应的已知脉冲宽度和/或与从非植被结构反射的回波信号相对应的信号幅度来对与非植被结构相对应的特定回波信号进行检测。在一个实施方式中，与线材支撑件相对应的特定回波信号的距离、脉冲宽度和信号幅度可以通过对基线超声波扫描进行捕获来识别，其中植株展开度基本上为零(或低于阈值距离)，这表示不存在植被。从线材支撑件反射的回波信号的距离、脉冲宽度和信号幅度可以被捕获并用于从多个回波信号328中识别与线材支撑件相对应的特定回波信号。可以从结果中减去与非植被结构相对应的特定回波信号。例如，多个回波信号328可以被数字化(通过记录回波距离、回波脉冲宽度和脉冲幅度)。此时，可以从数字化的回波信号(通过距离、脉冲宽度和/或幅度)中识别非植被结构并将该非植被结构从结果列表中移除。
在一个实施方式中，树木测量系统302可以用于对葡萄园或树木特性进行监测。植株展开度和/或植株密度可以与GPS(全球定位系统)坐标数据相结合以生成用于农艺规划目的的图。
在一个实施方式中，农业机器322包括可变速率喷雾控制系统330。树木测量系统302可以将植株展开度和/或植株密度输出到可变速率喷雾控制系统330用以基于植株展开度和/或植株密度改变除草剂、杀虫剂、肥料、水或任何其他物质(例如液体、颗粒或任何其他产品)的实时施用速率。
本文所描述的实施方式基于超声波发射的多个回波信号来对植株展开度和植株密度进行测量。与需要从排的任一侧进行测量的传统方法相比，这是一个更加简单的过程。人们认为传统的IR(红外线)和激光方法在通过树木进行测量的能力方面表现不佳。有利地，本文所描述的实施方式利用超声波，该超声波可以衍射并发射通过树结构并且提供使用基于光的方法不可能提供的信息。
图4示出了根据一个或更多个实施方式的用于对植被的植株展开度和植株密度进行测量的方法400。方法400的步骤可以使用一个或更多个合适的计算设备(例如，使用图3的处理器306)来执行。
在步骤402处，由一个或更多个换能器向植被发射超声波信号。一个或更多个该换能器可以是图3的换能器312。在一个实施方式中，植被包括葡萄藤树。然而，植被可以包括任何其他合适的植被。一个或更多个换能器可以安装或以其他方式实施在农业机器上，该农业机器诸如例如为用于向植被喷洒或施用物质(例如，除草剂、杀虫剂、肥料或水)的喷雾器。
在步骤404处，由一个或更多个换能器接收作为对超声波信号的反射的多个回波信号。在时间窗期间接收多个回波信号。
在一个实施方式中，基于一个或更多个换能器与植被之间的距离来对多个回波信号进行归一化。
在一个实施方式中，基于根据特定回波信号所确定的距离或者特定回波信号的强度中的至少一者来对多个回波信号中的与非植被结构(例如，线材支撑件)相关联的特定回波信号进行检测。从多个回波信号中移除所述特定回波信号。
在步骤406处，可选地，基于多个回波信号中的第一回波信号和多个回波信号中的最后回波信号来对植被的植株展开度进行计算。在一个实施方式中，通过基于在时间窗期间接收到的第一回波信号来对换能器与植被之间的第一距离进行计算以及基于在时间窗期间接收到的最后回波信号来对换能器与植被之间的第二距离进行计算，而对植株展开度进行计算。然后将植株展开度确定为第一距离与第二距离之间的差。
在步骤408处，可选地，基于多个回波信号，对植被的植株密度进行计算。在一个实施方式中，基于在时间窗期间接收到的多个回波信号的量，来对植被的植株密度进行计算。在另一实施方式中，基于在时间窗期间接收到的多个回波信号的强度，来对植被的植株密度进行计算。
应当理解的是，方法400中的步骤406和步骤408两者不需要都执行。方法400可以通过执行步骤406而不执行步骤408、通过执行步骤408而不执行步骤406、或者通过执行步骤406和步骤408两者来执行。
在步骤410处，输出植株展开度和植株密度。例如，可以通过在计算机系统的显示设备上显示植株展开度和植株密度、将植株展开度和植株密度存储在计算机系统的存储器或存储装置上、或者通过将植株展开度和植株密度传输至远程计算机系统，来输出植株展开度和植株密度。
在一个实施方式中，将植株展开度或植株密度中的至少一者输出至农业机器的可变速率喷雾控制系统。将物质(例如，除草剂、杀虫剂、肥料或水)以基于植株展开度或植株密度中的至少一者而基本上实时地确定的可变速率施用于植被。
在一个实施方式中，使用GPS数据基于植株展开度或植株密度中的至少一者来生成植被的图。
本文所描述的系统、装置和方法可以使用数字电路或使用一台或更多台计算机来实现，所述计算机使用众所周知的计算机处理器、存储器单元、存储设备、计算机软件和其他组件。通常，计算机包括：处理器，该处理器用于执行指令；以及一个或更多个存储器，所述一个或更多个存储器用于存储指令和数据。计算机还可以包括一个或更多个大容量存储设备，或者耦合至一个或更多个大容量存储设备，该一个或更多个大容量存储设备诸如为一个或更多个磁盘、内部硬盘和可移动磁盘、磁光盘、光盘等。
本文所描述的系统、装置和方法可以使用以客户端-服务器关系操作的计算机来实现。通常，在这样的系统中，客户端计算机远离服务器计算机并通过网络进行交互。客户端-服务器关系可以由在相应的客户端和服务器计算机上运行的计算机程序限定和控制。
本文所描述的系统、装置和方法可以在基于网络的云计算系统内实现。在这种基于网络的云计算系统中，连接至网络的服务器或另一处理器经由网络与一个或更多个客户端计算机通信。例如，客户端计算机可以经由驻留在客户端计算机上并在客户端计算机上操作的网络浏览器应用程序与服务器通信。客户端计算机可以将数据存储在服务器上并经由网络访问该数据。客户端计算机可以经由网络向服务器传输数据的请求或在线服务请求。服务器可以执行所请求的服务并向客户端计算机提供数据。服务器还可以传输适于使客户端计算机执行指定功能(例如，执行计算、在屏幕上显示指定数据等)的数据。例如，服务器可以传输适于使客户端计算机执行本文所描述的方法和工作流程的一个或更多个步骤的请求。本文所描述的方法和工作流程的某些步骤可以由基于网络的云计算系统中的服务器或另一处理器来执行。本文所描述的方法和工作流程的某些步骤可以由基于网络的云计算系统中的客户端计算机执行。本文所描述的方法和工作流程的步骤可以由基于网络的云计算系统中的服务器和/或客户端计算机以任何组合来执行。
本文所描述的系统、装置和方法可以使用有形地体现在信息载体(例如非暂态机器可读存储设备)中的计算机程序产品来实现，以供可编程处理器执行；并且本文所描述的方法和工作流程步骤可以使用可由这样的处理器执行的一个或更多个计算机程序来实现。计算机程序是一组计算机程序指令，该一组计算机程序指令可以在计算机中直接或间接使用，以执行某种活动或产生某种结果。计算机程序可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且该计算机程序可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为适于在计算环境中使用的模块、组件、子例程或其他适合单元。
图3的树木测量系统302可以包括计算机以实现本文所描述的系统、装置和方法。处理器306通过执行限定这样的操作的计算机程序指令来控制树木测量系统302的整体操作。计算机程序指令可以存储在存储装置304、存储器314或其他计算机可读介质中。因此，本文所描述的方法和工作流程步骤(诸如例如图4的方法400)可以由存储在存储装置304或存储器314中的计算机程序指令来限定，并且由执行该计算机程序指令的处理器306来控制。例如，计算机程序指令可以被实现为由本领域技术人员编程的计算机可执行代码，以执行本文所描述的方法和工作流程步骤。因此，通过执行计算机程序指令，处理器306执行本文所描述的方法和工作流程步骤。树木测量系统302还可以包括一个或更多个网络接口(未示出)，一个或更多个该网络接口用于经由网络与其他设备进行通信。树木测量系统302还可以包括一个或更多个输入/输出(I/O)设备310，一个或更多个该输入/输出(I/O)设备310使得用户能够与树木测量系统302(例如，显示器、键盘、鼠标、扬声器、按钮等)交互。
处理器306可以包括通用微处理器和专用微处理器两者，并且处理器306可以是树木测量系统302的唯一处理器或多个处理器中的一个。例如，处理器306可以包括一个或更多个中央处理单元(CPU)。处理器306和/或存储器314可以包括一个或更多个专用集成电路(ASIC)以及/或者一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)，由其补充，或者并入其中。
存储装置304和存储器314可以包括有形的非暂态计算机可读存储介质。存储装置304和存储器314可以包括高速随机存取存储器，该存储器诸如为动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR RAM)或其他随机存取固态存储器设备，并且存储装置304和存储器314可以包括：非易失性存储器，诸如为一个或更多个磁盘存储设备(诸如内部硬盘和可移动磁盘)、磁光盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备、半导体存储设备，诸如为可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘只读存储器(DVD-ROM)盘，或其他非易失性固态存储设备。
输入/输出设备310可以包括外围设备，诸如打印机、扫描仪、显示屏等。例如，输入/输出设备310可以包括用于向用户显示信息的显示设备(诸如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)监视器)、键盘、以及指向设备(诸如鼠标或轨迹球)，用户可以通过所述设备向树木测量系统302提供输入。
本文所讨论的任何或所有系统和装置可以使用诸如图3的树木测量系统302的一个或更多个计算机来实现。
本领域技术人员将认识到，实际计算机或计算机系统的实现可以具有其他结构并且也可以包含其他组件，并且图3中的树木测量系统302是这种计算机的一些组件的高级表示用于说明目的。
前述详细的说明应被理解为在各个方面都是说明性和示例性的，而不是限制性的，并且本文所公开的本发明的范围不是根据详细的说明来确定的，而是根据由专利法允许的完整范围所解释的权利要求来确定的。应当理解的是，本文示出和描述的实施方式仅是对本发明原理的说明，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下实施各种修改。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以实现各种其他特征组合。

Claims (25)

1.一种计算机实现的方法，所述计算机实现的方法包括：
由一个或更多个换能器向植被发射超声波信号；
由一个或更多个所述换能器接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号；以及
基于多个所述回波信号，对所述植被的植株密度进行计算。
2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中：
由一个或更多个所述换能器接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号包括：在时间窗内接收多个所述回波信号；以及
基于多个所述回波信号对所述植被的植株密度进行计算包括：基于在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号的量，来对所述植被的所述植株密度进行计算。
3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中：
由一个或更多个所述换能器接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号包括：在时间窗内接收多个所述回波信号；以及
基于多个所述回波信号对所述植被的植株密度进行计算包括：基于在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号的强度，来对所述植被的所述植株密度进行计算。
4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，由一个或更多个所述换能器接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号包括：在时间窗内接收多个所述回波信号，所述计算机实现的方法还包括：
基于在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号中的第一回波信号和在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号中的最后回波信号，来对所述植被的植株展开度进行计算。
5.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其中，基于多个所述回波信号中的第一回波信号和多个所述回波信号中的最后回波信号来对所述植被的植株展开度进行计算包括：
基于所述第一回波信号对一个或更多个所述换能器与所述植被之间的第一距离进行计算；
基于所述最后回波信号对一个或更多个所述换能器与所述植被之间的第二距离进行计算；以及
将所述植株展开度确定为所述第一距离与所述第二距离之间的差。
6.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法还包括：
使用全球定位系统(GPS)数据，基于所述植株展开度或所述植株密度中的至少一者来生成所述植被的图。
7.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法还包括：
将物质以基于所述植株展开度或所述植株密度中的至少一者而基本上实时地确定的可变速率施用于所述植被。
8.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法还包括：
基于以下中的至少一者来对多个所述回波信号中的与一个或更多个非植被结构相关联的特定回波信号进行检测：1)基于所述特定回波信号所确定的距离；或2)所述特定回波信号的强度；以及
从多个所述回波信号中移除所述特定回波信号。
9.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法还包括：
基于一个或更多个所述换能器与所述植被之间的距离来对多个所述回波信号进行归一化。
10.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，一个或更多个所述换能器被安装在农业机器上。
11.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在由处理器执行时，使所述处理器执行操作，所述操作包括：
由一个或更多个换能器向植被发射超声波信号；
由一个或更多个所述换能器接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号；以及
基于多个所述回波信号来对所述植被的植株密度进行计算。
12.根据权利要求11所述的非暂态计算机可读介质，其中：
由一个或更多个所述换能器接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号包括：在时间窗内接收多个所述回波信号；以及
基于多个所述回波信号对所述植被的植株密度进行计算包括：基于在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号的量，来对所述植被的所述植株密度进行计算。
13.根据权利要求11所述的非暂态计算机可读介质，其中：
由一个或更多个所述换能器接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号包括：在时间窗内接收多个所述回波信号；以及
基于多个所述回波信号对所述植被的植株密度进行计算包括：基于在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号的强度，来对所述植被的所述植株密度进行计算。
14.根据权利要求11所述的非暂态计算机可读介质，其中，由一个或更多个所述换能器接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号包括：在时间窗内接收多个所述回波信号，所述操作还包括：
基于在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号中的第一回波信号和在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号中的最后回波信号，来对所述植被的植株展开度进行计算。
15.根据权利要求14所述的非暂态计算机可读介质，其中，基于多个所述回波信号中的第一回波信号和多个所述回波信号中的最后回波信号来对所述植被的植株展开度进行计算包括：
基于所述第一回波信号对一个或更多个所述换能器与所述植被之间的第一距离进行计算；
基于所述最后回波信号对一个或更多个所述换能器与所述植被之间的第二距离进行计算；以及
将所述植株展开度确定为所述第一距离与所述第二距离之间的差。
16.一种装置，所述装置包括：
一个或更多个换能器，一个或更多个所述换能器用于：
向植被发射超声波信号，以及
接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号；
处理器；以及
存储器，所述存储器用于存储计算机程序指令，所述计算机程序指令当在所述处理器上执行时使所述处理器执行操作，所述操作包括：
基于多个所述回波信号，对所述植被的植株密度进行计算。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号包括在时间窗内接收多个所述回波信号，所述操作还包括：
基于在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号中的第一回波信号和在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号中的最后回波信号，来对所述植被的植株展开度进行计算。
18.根据权利要求17所述的装置，所述操作还包括：
使用全球定位系统(GPS)数据，基于所述植株展开度或所述植株密度中的至少一者来生成所述植被的图。
19.根据权利要求17所述的装置，所述装置还包括：
可变喷雾速率控制系统，所述可变喷雾速率控制系统用于将物质以基于所述植株展开度或所述植株密度中的至少一者而基本上实时地确定的可变速率施用于所述植被。
20.根据权利要求16所述的装置，所述操作还包括：
基于以下中的至少一者来对多个所述回波信号中的与一个或更多个非植被结构相关联的特定回波信号进行检测：1)基于所述特定回波信号所确定的距离；或2)所述特定回波信号的强度；以及
从多个所述回波信号中移除所述特定回波信号。
21.根据权利要求16所述的装置，所述操作还包括：
基于一个或更多个所述换能器与所述植被之间的距离来对多个所述回波信号进行归一化。
22.根据权利要求16所述的装置，其中，一个或更多个所述换能器被安装在农业机器上。
23.一种农业机器，所述农业机器包括：
换能器，所述换能器被安装在所述农业机器上，所述换能器用于：
向植被发射超声波信号，以及
接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号；以及
树木测量系统，所述树木测量系统用于：
基于多个所述回波信号来对所述植被的植株密度进行计算。
24.根据权利要求23所述的农业机器，其中，接收作为对所述超声波信号的反射的多个回波信号包括：在时间窗内接收多个所述回波信号，所述树木测量系统还用于：
基于在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号中的第一回波信号和在所述时间窗期间接收到的多个所述回波信号中的最后回波信号，来对所述植被的植株展开度进行计算。
25.根据权利要求24所述的农业机器，所述农业机器还包括：
可变喷雾速率控制系统，所述可变喷雾速率控制系统用于：将物质以基于所述植株展开度或所述植株密度中的至少一者而基本上实时地确定的可变速率施用于所述植被。
CN202280058916.5A 2021-09-14 2022-09-13 超声波树木测量系统 Pending CN117881283A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163261197P 2021-09-14 2021-09-14
US63/261,197 2021-09-14
PCT/US2022/076381 WO2023044311A1 (en) 2021-09-14 2022-09-13 Ultrasonic tree measurement system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117881283A true CN117881283A (zh) 2024-04-12

Family

ID=83688767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280058916.5A Pending CN117881283A (zh) 2021-09-14 2022-09-13 超声波树木测量系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230081764A1 (zh)
CN (1) CN117881283A (zh)
WO (1) WO2023044311A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019205565A1 (de) * 2019-04-17 2020-10-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten einer Objekthöhe mittels von einem an einem Fahrzeug angebrachten Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignalen
CN111781605B (zh) * 2020-07-24 2022-07-22 江苏大学 一种基于超声回波信号的树体冠层厚度探测方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4823268A (en) * 1987-06-23 1989-04-18 Clemson University Method and apparatus for target plant foliage sensing and mapping and related materials application control
DE102007016753A1 (de) * 2007-04-07 2008-10-09 Amazonen-Werke H. Dreyer Gmbh & Co. Kg Elektronisches Überwachungs- und/oder Einstellsystem
EP2679085A1 (en) 2012-06-26 2014-01-01 Norac Systems International Inc. Height control
AU2019201425A1 (en) * 2018-02-28 2019-09-12 Gallagher Group Limited Vegetation measurement apparatus, systems, and methods
DE102018108943A1 (de) * 2018-04-16 2019-10-17 Amazonen-Werke H. Dreyer Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Abstandsmessungan einem landwirtschaftlichen Verteilergestänge
DE102018006128B8 (de) * 2018-08-03 2019-10-10 Pepperl + Fuchs Gmbh Landwirtschaftliche Erfassungsvorrichtung und Erfassungsverfahren zur Erfassung von landwirtschaftlichen Objekten

Also Published As

Publication number Publication date
US20230081764A1 (en) 2023-03-16
WO2023044311A1 (en) 2023-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117881283A (zh) 超声波树木测量系统
US10986765B2 (en) System and method for quantifying soil roughness
US10698402B2 (en) Agricultural robot
Arnó et al. Leaf area index estimation in vineyards using a ground-based LiDAR scanner
Sanz et al. Relationship between tree row LIDAR-volume and leaf area density for fruit orchards and vineyards obtained with a LIDAR 3D Dynamic Measurement System
Berk et al. Development of alternative plant protection product application techniques in orchards, based on measurement sensing systems: A review
US8504252B2 (en) Tracking carbon output in agricultural applications
Ehlert et al. Suitability of a laser rangefinder to characterize winter wheat
US9423249B2 (en) Biometric measurement systems and methods
AU2015238898B2 (en) System and method for forest management using stand development performance as measured by leaf area index
Andújar et al. Weed discrimination using ultrasonic sensors
DE102008009753B3 (de) Verfahren zum Bestimmen der Biomasse und Morphologie von Pflanzenbeständen mittels Ultraschall
Dworak et al. Ranging sensors for vehicle-based measurement of crop stand and orchard parameters: a review
US11716985B2 (en) Method for remediating developmentally delayed plants
Andújar et al. A LiDAR-based system to assess poplar biomass
EP3616487A1 (en) Agricultural machine with resonance vibration response detection
CN114026420A (zh) 使用基于遥感的土壤参数的用于作物增效产品施用的决定系统
Tarannum et al. A brief overview and systematic approach for using agricultural robot in developing countries
Arnó et al. Influence of the scanned side of the row in terrestrial laser sensor applications in vineyards: practical consequences
Petrović et al. Different sensor systems for the application of variable rate technology in permanent crops
CN116699571A (zh) 一种激光雷达风速修正方法、装置及设备
EP4305411A1 (en) Systems and methods for real-time measurement of soil carbon sequestration using non-invasive multimodal sensors
García-Ramos et al. Applicability of a 3D laser scanner for characterizing the spray distribution pattern of an air-assisted sprayer
Taylor et al. Precision forestry in the southeast US
Bietresato et al. Design and first tests of a vision system on a tele-operated vehicle for monitoring the canopy vigour status in orchards

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication