[发明专利]一种基于激光测距的动态水田平整度检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测控技术领域，特别涉及一种基于激光测距的动态水田平整度检测装置及方法。

背景技术

我国是世界农业大国，农业是我国的传统和基础产业，但同时我国也是水资源贫乏的国家。我国南方地区水田较多，水田的种植对平整度要求很高，精细平整的水田能大幅地节约灌溉用水，提高肥料的利用率和抑制杂草的生长，达到低成本高收益的目的。

我国发展规模化、精细化及节水农业，都离不开土地平整技术，而水田平整度的检测技术是提高水田平整度的基础与关键。平整度是一种无量纲指标，它所表征的是单位长度内最大凸起或凹陷的程度，水田平整度的测量与评价可为水田平整作业提供一个质量评定的客观指标，也为农耕作业提供重要的信息，使种植管理者能为田间的灌溉、施肥及除虫等作出优化决策。

然而，我国目前对于平整度的检测与评价的研究仅限于工件加工、产品质检、路况检测及建筑检测等领域，而对水田平整度的检测与评价却鲜有研究。随着我国农业的发展，科学技术的日新月异，需要一种精确高效的水田平整度的检测与评价方法，实现平地过程中田面平整度的检测评价与实时反馈控制，这对水田精细平整效果以及精准农业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种基于激光测距的动态水田平整度检测装置及方法，能够精确且快速采集田面数据，实时对测距数据进行处理、重构三维田面，并根据田面高程分布列与标准差对田面平整度作出评价，其测量效率高、自动化程度高且实现简单。

为了实现上述目的，本发明装置采用如下技术方案：基于激光测距的动态水田平整度检测装置包括激光测距仪、连接支架及处理器；激光测距仪通过连接支架安装在农田作业车辆后方，激光测距仪与处理器连接；处理器读取激光测距仪的测量数据，并对其进行数据处理，所述数据处理包括测量数据的坐标转换、阈值滤波和田面三维重构，计算农田表面相对高程的标准差S_d和高程差分布ED，根据标准差S_d和高程差分布ED评价出水田平面平整度；

所述连接支架包括高度调节板、云台、高度定位板、第一固定件、第二固定件及第三固定件，第一固定件、第二固定件及第三固定件上均设有固定点；第三固定件连接在第一固定件与第二固定件之间；高度定位板与第一固定件、第二固定件固定连接，高度定位板设有用于固定高度调节板的孔；高度调节板通过高度定位板上的孔，高度可调地固定在高度定位板上；云台固定在高度调节板上；

所述激光测距仪安装在所述高度调节板上，且位于所述高度定位板的外侧，并通过所述云台调整扫描角度以便保持垂直扫描田面；所述第一固定架、第二固定件及第三固定件位于所述高度定位板的内侧，位于高度定位板与农田作业车辆之间。

所述第一固定件、第二固定件及第三固定件上分别设有第一固定点、第二固定点及第三固定点，第一固定点、第二固定点及第三固定点这三个固定点呈三角形分布。

为了实现上述目的，本发明方法采用如下技术方案：基于激光测距的动态水田平整度检测方法，采用上述动态水田平整度检测装置检测，包括以下步骤：

S1、采用激光测距仪扫描田面，采集田面点云数据，获取测距数据；

S2、对采集到的测距数据进行坐标系转换，绘制田面点云图；

S3、进行田面三维重构：采用阈值滤波算法对所述点云数据进行初步删减，去除明显噪点；再采用均匀栅格化算法对测距数据作进一步精简；最后分别利用二维插值算法或Delaunay算法处理精简后的测距数据，对试验田面进行三维重构；

S4、计算农田表面相对高程的标准差S_d和高程差分布ED，进行田面平整度评价。

步骤S3所述均匀栅格法如下：

(1)定义采样立方体栅格的边长a和欲精简数据点百分比两个参数；

(2)定义以任意一点M为中心，边长为a的采样立方体栅格内其它数据点的点集N＝Ni(xi,yi,zi)，i＝l，2,…，n，分别计算点M到点集N内任一点的距离；

(3)将(2)所计算的所有距离相加，并求出平均点距值；

(4)对所有数据点实施上述(2)及(3)的计算，再根据(1)所定义的精简百分比，把平均点距值最小的百分比个数据点删除，从而实现测距数据的精简。