[发明专利]一种光电式谷物生长密度在线检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及农学、检测技术与自动化等领域，是一种用于联合收割机作业过程中对收割作物单位面积生长量在线检测的方法和装置，目的在于为收割机根据作物实际长势动态调节作业速度提供依据。

背景技术

随着粮食作物机收作业的不断普及，市场对联合收割机作业效率的要求越来越高，联合收割机的传统人工操作方式很难达到这一要求。为此，要求联合收割机具备自动化操作能力，即能够依据作业田块的实际情况不断调节收割机的行驶速度等参数，以达到最佳工作状态。喂入量是谷物联合收割机作业过程能够充分发挥生产效能的一个关键指标。喂入量由单位时间内收割机割台剪切的作物产生，该参数由割幅宽度、割台高度、收割机行驶速度以及作物的生长密度决定。显然，作物的生长密度是影响收割机控制操作的关键指标。现有的联合收割机收割作业自动控制采用脱粒滚筒转速等参数进行反馈控制，而实际上，这个控制过程的关键是依据田间作物的密度、长势等对其行驶速度进行控制，保证脱粒滚筒的转速符合要求。因此，必须对前方待收割区域作物的生长密度进行在线检测，以此为控制操作的基本输入。

作物生长密度的传统测量方法有两类。其一是利用航空摄影或卫星遥感获取被测田块影像，通过图像处理获得田块作物的生长状况；其二是通过在作物田块安装的摄像头获得作物生长的实时图像信息。前一方法适于大面积田块的测量分析，后者适于中小面积田块的区域监测。这些测量方法与联合收割机的工作并无直接关联，信息分析处理的数据量非常庞大，测量过程须消耗大量时间。因此这些方法均属于静态检测方法，即对一段时间内相对稳定的田块进行检测，同时这些测量方法得到的是田块的总体长势分布。

发明内容

本发明给出了一种利用光电传感器与计算机数据处理相结合的检测方法，可在联合收割机收割作业过程中对其前方待收获作物的生长密度进行实时的在线检测。该检测方法的基本思路是利用光电传感器对作物上方和根部平均光照度进行在线检测，通过对多个采样点检测数据进行处理、综合，获得由于作物而引起自然光照的损耗，并据此估算待收获区域作物的生长密度。

本发明所说的光电式谷物生长密度的在线检测方法，包括以下步骤：

(1)在收割机进入田块作业前对采样点上下两点光照度进行校准以补偿光电传感器本身特性的不一致性；收割机作业时利用光电传感器对多点的作物上方和根部光照度进行在线检测；

(2)从日光照射角度和照射强度两方面对光照度检测数据进行补偿修正，日光照射角度通过预设地理、季节、时间信息估算，照射强度由操作人员根据气象、阴影信息设置；然后根据上下两点光照度的相对偏差获得光照度衰减量；

(3)采用具备动态更新自适应能力的非线性算法实现光照度衰减量与作物密度之间的函数关系，将多点光照度衰减量代入非线性算法计算获得作物密度；同时，根据检测得到作物密度、收割机行驶速度估算脱粒滚筒的喂入量，再依据脱粒滚筒的模型估算其转速，将此估算结果与滚筒转速实测数据相比较得到偏差，据此偏差对算法模型不断进行修正。

上述步骤(3)中所述的具备动态更新自适应能力的非线性算法可采用自适应预测模型、人工神经网络、支持向量机等方式实现。

实现光电式谷物生长密度的在线检测方法的装置，由多对光电传感器、信号采集模块和微处理器构成，其中：

(1)多对光电传感器：设置在收割机割台前方的若干对光电传感器，每对光电传感器含上下两个传感器，每个传感器外装有一个泛光罩；

(2)信号采集模块：包括各传感器的激励和信号处理电路、多路开关和AD转换器，用于将光电传感器光照度转换为与之成正比的电压信号，并通过AD转换器对各点光照度电压进行采样送MCU进行处理；

(3)微处理器：用于将通过AD转换获得传感器检测的光照度数据进行数据处理而获得作物密度信息，所说的数据处理是：先根据传感器的照度-电压传递特性获得各采样位置上下两点的光照度，其差异即光照度的衰减量；再根据光照度衰减量与作物密度的函数关系由照度衰减量估算作物密度。