[发明专利]机械深松作业质量监测方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及对机械深松作业质量的监测，特别涉及一种机械深松作业质量监测方法及系统。

背景技术

我国是世界上人口最多的国家，人多地少是我国的基本国情。但是我国耕地土壤质量仍在每一年下降。土壤是农作物赖以生存的基础，长久以来，传统的耕作模式以及小功率农业机械的使用，导致我国土壤耕层逐年变浅，“犁底层”逐年变深,“犁底层”中腐殖质含量少，总孔隙度小，多为片状、大块状或层状结构。坚硬的“犁底层”导致农作物根系难以下扎，农作物根系不发达，雨水不能及时下渗而形成地表径流，导致水土流失，大大降低了农作物的抗风、抗旱、抗倒伏能力，增加了早衰的概率。

机械化深松技术有效地解决了旱作农业发展中地力下降、土壤板结、制约粮食增产等问题。机械化深松技术的实质是通过机械耕作松碎土壤、保持水土、打破犁底层而又不翻乱土层的一种耕作方式。深松耕作后，耕层土壤形成一个上实下虚，左、右虚实相间的结构，其中，耕层土壤的松散结构易于蓄水、脱盐碱、疏通空气、增强热交换等。而实部土壤的小空隙结构则有利于地下水上吸，促进作物根系发育。因此，机械化深松技术不仅有效提高土壤肥力、增加作物产量，而且能够防止农田水土流失，保护农业生态环境，对农业可持续发展具有重要意义。

但是现阶段机械深松作业深度普遍不够，导致深松效果大打折扣，并且每次机械深松作业面积无法准确统计，国家补贴无法有效落实。因此需要采取措施对机械深松作业过程以及质量进行监测。

国内外已经开展了针对农机作业监测系统的研究，并取得了初步成果，但国内对于机械深松作业的监测仍处于试验阶段，并且实验监测对象多数为土壤理化特性的变化，没有监测深松作业的面积以及深度等反映深松质量的信息。现有的计算土地面积的算法大多采用计算静态图形面积、位移等方法，测量方法较复杂，没有考虑重耕、漏耕等复杂作业情况，专门针对拖拉机机械深松作业面积研究较少。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机械深松作业质量监测方法及系统，整个监测设备以ARM平台为处理核心，通过微处理器外接GPS定位模块和超声波测距传感器测算作业面积与作业平均深度，以触摸屏实现与农机手交互，提供显示坐标轨迹、身份证输入、计量作业面积、作业平均深度测算以及用户设置等服务功能，同时设备设有GPRS通讯模块，支持将最终测算的数据上报服务器数据中心，其中GPS模块用于测算作业面积，超声波测距传感器实时获取作业深度值，触控屏用于输入机械幅宽、校正参数、用户信息，同时显示设备坐标以及测算结果等信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种机械深松作业质量监测方法，包括以下步骤：

第一步，根据深松铲实际幅宽，设置方格边长；每次作业前，均输入此次作业地块所属人身份证号；

第二步，通过放置在拖拉机上的GPS模块采集作业轨迹坐标，通过放置在深松铲上的超声波传感器采集深松实时深度值，并将采集的坐标和深度数据记录保存；

第三步，利用记录的坐标数据的经纬度，通过网格化坐标有效覆盖算法，求出实际深松面积；利用记录的深度数据，求出作业平均深度；

第四步，通过GPRS模块，将每次计算的结果以及实时记录的原始数据上传至服务器，进行每次作业情况统计、区域作业量统计和作业质量评价。

可同时将此次作业地块的身份证号码一并上传。

所述第一步中，方格为算法中划分的正方形地块，由深松铲幅宽决定，深松铲最大幅宽为方格边长。

所述第二步中，

用工控屏实时显示作业轨迹、农机行驶速度、作业里程、实时经纬度坐标、实时深度值，所述工控屏是以ARM处理器为内核的人机交互平台，

经纬度采集最适频率与深度采集最适频率由实验测得，与拖拉机作业速度与深松铲横幅有关。

所述拖拉机作业速度为15KM/h时，经纬度采集最适频率与深度采集最适频率均取5Hz。

所述第三步中，

所述网格化坐标有效覆盖算法是：

通过坐标转换算法将经纬度坐标转换为相对坐标，生成二维坐标系的坐标序列，将坐标序列置于坐标系一矩形内，此矩形应将所有坐标序列包括在内，然后以某一边长将作业矩形网格化，根据每一网格内坐标序列数量并结合实时深度值确定有效网格数，并采用将网格行扫描或列扫描求平均值来降低误差，最终剔除GPS数据漂移严重点，计算有效的网格数量，得到实际作业面积。