專利名稱：一種水稻智能變量施肥機(jī)及其變量施肥方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水稻生長(zhǎng)期施肥的變量施肥技術(shù)，具體地說(shuō)是一種水稻智能
變量施肥機(jī)及其變量施肥方法。
背景技術(shù)：
精確農(nóng)業(yè)變量施肥技術(shù)(簡(jiǎn)稱精確施肥或變量施肥)是以作物生長(zhǎng)模型、作物營(yíng) 養(yǎng)專家系統(tǒng)為支持，以高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保為目的的施肥技術(shù)，要求對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)分 平衡研究，從而可以實(shí)現(xiàn)在每一操作單元上因作物營(yíng)養(yǎng)水平的差異而按需施肥，有效控制 物質(zhì)循環(huán)中養(yǎng)分的輸入和輸出，減少化肥對(duì)環(huán)境的污染和破壞，大大提高了肥料的利用率， 降低生產(chǎn)成本，增加了農(nóng)民收入。 水稻作為我國(guó)主要的糧食作物之一，在幼苗期、分葉期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期等
生長(zhǎng)階段對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)元素的需求，隨著水稻品種、氣候、土壤和施肥技術(shù)等條件的不同而變
化，特別是不同生育時(shí)期水稻對(duì)氮、磷、鉀三種主要營(yíng)養(yǎng)元素需要量大，吸收量的差異十分
顯著，單純依靠土壤供給，不能滿足水稻生長(zhǎng)發(fā)育的需要，必須另外施用。 基于全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制
等技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已對(duì)農(nóng)作物變量施肥技術(shù)開展了大量研究工作，取得一些研究成果，如中
國(guó)專利ZL02149019. 8， ZL200910095897. X、 ZL200710175341. 2，日本專利JP20030154427、
JP19980080779等。這些施肥技術(shù)大多應(yīng)用GPS、GIS技術(shù)，通過(guò)測(cè)定往年土壤養(yǎng)分、地形地
貌、作物產(chǎn)量等信息，獲取土壤變量施肥處方圖，指導(dǎo)當(dāng)季作物生長(zhǎng)施肥，往往只變量控制
一種肥料的施用量(如氮肥)，而水稻生長(zhǎng)期土壤養(yǎng)份構(gòu)成已經(jīng)發(fā)生很大變化，且單位面積
作物的N、P、K元素的需求比例不同，需要實(shí)時(shí)精確控制。國(guó)外已有撒施液態(tài)肥的變量技術(shù)
成果，采用液壓驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在我國(guó)液態(tài)化肥的品種和生產(chǎn)量很少、運(yùn)
輸不便，推廣應(yīng)用受限，不適合我國(guó)化肥供應(yīng)以顆粒、粉末狀為主的實(shí)際情況；現(xiàn)有變量施
肥機(jī)具多與通用的拖拉機(jī)懸掛連接，兩輪驅(qū)動(dòng)，底盤低，采用普通輪胎，不適合水田行走要
求的過(guò)埂通過(guò)性、高地隙、轉(zhuǎn)彎半徑小的工作要求。 隨著高光譜遙感技術(shù)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)作物生長(zhǎng)期實(shí)施精確變量施肥成 為可能。而目前研究大多只應(yīng)用單一的技術(shù)手段，如光譜遙感技術(shù)或機(jī)器視覺(jué)技術(shù)來(lái)采集 作物生長(zhǎng)狀態(tài)信息，信息采集的準(zhǔn)確性和可靠度不高，且研究方向主要集中于小麥、大豆、 番茄等農(nóng)作物的施肥施藥，而綜合應(yīng)用高光譜遙感和機(jī)器視覺(jué)的多信息融合技術(shù)對(duì)水稻生 長(zhǎng)期變量施肥的應(yīng)用研究成果未見報(bào)道。 因而，目前需要一種適合作物生長(zhǎng)全周期的變量施肥機(jī)械與施肥方法，尤其是一 種適合水稻生長(zhǎng)期撒施顆粒、粉末狀化肥的智能變量施肥方法和適合水田行走的變量施肥 機(jī)械。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種水稻智能變量施肥機(jī)及其變量施肥方法，該變量施肥機(jī)為自走式變量施肥機(jī)械，施肥精確、可控性好，適合水 稻生長(zhǎng)期施肥；該變量施肥方法可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水稻的生長(zhǎng)狀態(tài)，根據(jù)水稻在不同生長(zhǎng)期的 營(yíng)養(yǎng)需求，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)精確施肥，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的按需精確施肥。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的 —種水稻智能變量施肥機(jī)，其特征在于該變量施肥機(jī)包括高光譜遙感系統(tǒng)、圖像 采集系統(tǒng)、牽引機(jī)體、連接懸掛結(jié)構(gòu)、變量施肥單元、攤肥機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、GPS天線、GPS 流動(dòng)站、支撐機(jī)架、地輪、測(cè)速傳感器和控制系統(tǒng)，高光譜遙感系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)設(shè)置在 牽引機(jī)體的前端；支撐機(jī)架通過(guò)連接懸掛結(jié)構(gòu)與牽引機(jī)體連接；變量施肥單元設(shè)置在支撐 機(jī)架的上部；攤肥機(jī)構(gòu)與變量施肥單元連接并設(shè)置在支撐機(jī)架的下部；在支撐機(jī)架的底部 設(shè)有地輪；在地輪上設(shè)有測(cè)速傳感器；變量施肥單元和攤肥機(jī)構(gòu)與液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接；在 牽引機(jī)體內(nèi)設(shè)有與高光譜遙感系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊的GPS天線和GPS流動(dòng)站；對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并控制變量施肥單元和攤肥機(jī)構(gòu)動(dòng)作的控制系統(tǒng)設(shè)置在牽引機(jī)體內(nèi)。
—種水稻智能變量施肥機(jī)的變量施肥方法，其特征在于該方法通過(guò)高光譜遙感 系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)的信息融合，實(shí)時(shí)檢測(cè)水稻的N、 P、 K含量，并根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)盈虧狀況對(duì) 水稻進(jìn)行按需施肥，具體步驟如下 1)變量施肥機(jī)在水田前行過(guò)程中，通過(guò)置于機(jī)器前端的高光譜遙感系統(tǒng)和圖像采 集系統(tǒng)進(jìn)行水稻生長(zhǎng)狀態(tài)信息采集，得到小麥冠層反射光譜的"面狀"信息，水稻葉片、莖稈 的形貌特征； 2)將采集的信息傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)利用基于光譜特征參數(shù)和圖像特征的 營(yíng)養(yǎng)診斷模型計(jì)算水稻實(shí)際的N、 P、 K含量，通過(guò)與控制系統(tǒng)中設(shè)定的水稻營(yíng)養(yǎng)智能專家系 統(tǒng)信息的比較，計(jì)算出當(dāng)前N、 P、 K追肥需求量，對(duì)預(yù)先設(shè)定的土壤施肥處方圖進(jìn)行修正；
3)控制系統(tǒng)根據(jù)生成的追肥處方圖、行走輪測(cè)速傳感器測(cè)定的機(jī)器速度及GPS系 統(tǒng)測(cè)定的位置參數(shù)得出氮肥箱、磷肥箱、鉀肥箱內(nèi)的輸肥攪龍?jiān)诟鬏敺蕟卧妮敺仕俣群?輸肥量。 本發(fā)明的智能變量施肥方法采用了基于高光譜遙感和機(jī)器視覺(jué)的多信息融合技
術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)水稻的N、 P、 K含量，根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)盈虧狀況對(duì)水稻進(jìn)行按需施肥。 本發(fā)明所述的高光譜遙系統(tǒng)與圖像采集系統(tǒng)置于伸縮式支撐桿前端，伸縮式支撐
桿置于牽引機(jī)體前端，通過(guò)支撐架與牽引機(jī)體連接并呈一定仰角前伸，伸縮式支撐桿由液
壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可自由伸縮，以適應(yīng)不同的施肥工況要求，保證給予控制系統(tǒng)、變量施肥單
元足夠的動(dòng)態(tài)反應(yīng)時(shí)間， 牽引機(jī)體由發(fā)動(dòng)機(jī)、前橋、后橋、前輪、后輪等組成。牽引機(jī)體采用采用高地隙(前
后高立軸支撐方式)、窄輪(每個(gè)輪胎7cm寬)、四輪驅(qū)動(dòng)的一體化底盤結(jié)構(gòu)，保證機(jī)器不輪
陷、正常過(guò)埂，且360度轉(zhuǎn)彎、轉(zhuǎn)彎半徑小，操作簡(jiǎn)便，適合水田作業(yè)要求。 所述的變量施肥單元與支撐機(jī)架固連并支承于支撐臺(tái)上，支撐臺(tái)與地輪的支座固
連，變量施肥單元通過(guò)支撐機(jī)架和支撐臺(tái)與連接懸掛結(jié)構(gòu)連接，連接懸掛結(jié)構(gòu)前端連接于
牽引機(jī)體。 所述的變量施肥單元由輸肥絞龍、輸肥液壓馬達(dá)、氮肥箱、磷肥箱、鉀肥箱、攪肥螺 旋、攪肥液壓馬達(dá)、混流室、電磁式排肥活門、過(guò)渡箱、肥料箱、外槽輪式排肥器、排肥液壓馬 達(dá)、散肥器等組成。氮肥箱、磷肥箱、鉀肥箱、混流室與支撐機(jī)架通過(guò)螺栓連接，過(guò)渡箱與肥料箱螺栓連接，肥料箱與支撐臺(tái)固連。氮、磷、鉀肥的輸肥絞龍分別置于相應(yīng)的肥箱底部，由 輸肥液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，輸肥絞龍分別將氮、磷、鉀肥輸送至混流室中，攪肥液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪肥 螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，攪肥螺旋自上而下截面逐漸增大，對(duì)落于混流室中的氮、磷、鉀肥進(jìn)行混合攪勻 操作。所述的電磁式排肥活門置于混流室下部，由電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制開合，當(dāng)失電后排肥活 門在肥料重力作用下自動(dòng)打開，混合均勻后的氮、磷、鉀肥落于肥料箱中，得電后，排肥活門 合上，混流室底部密閉。 所述的攤肥機(jī)構(gòu)置于肥料箱上方，對(duì)混流室落下的混合肥料進(jìn)行攤勻操作，由攤
肥鏟、液壓升降桿、行走小車、滾輪、方桿軌道、液壓馬達(dá)、滾筒、牽引鋼絲繩、定滑輪等組成。
牽引鋼絲繩纏繞于滾筒繩槽中，其一端與行走小車相連，另一端通過(guò)定滑輪與行走小車另
一側(cè)連接，攤肥鏟通過(guò)液壓升降桿與行走小車相連，攤肥鏟的工作高度由液壓升降桿通過(guò)
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，行走小車由滾輪支撐并沿方桿軌道行走，方桿軌道對(duì)稱置于肥料箱上
部?jī)蓚?cè)，定滑輪與滾筒、液壓馬達(dá)分別置于肥料箱左、右兩側(cè)。攤肥機(jī)構(gòu)工作時(shí)，液壓馬達(dá)驅(qū)
動(dòng)滾筒勻速正反轉(zhuǎn)，纏繞于滾筒上的牽引鋼絲繩牽引行走小車移動(dòng)，攤肥鏟隨之左右勻速
移動(dòng)，攤肥鏟前行過(guò)程中攤平落于肥料箱的混合肥料，使每一施肥單元均勻施肥。 由攤肥機(jī)構(gòu)攤勻的混合肥由外槽輪式排肥器排入散肥器，散肥器將化肥均勻撒入
單元作業(yè)面積的水田中，外槽輪式排肥器由排肥液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 本發(fā)明的變量施肥機(jī)為自走式變量施肥機(jī)械，施肥精確、可控性好，適合水稻生長(zhǎng) 期施肥；變量施肥方法可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水稻的生長(zhǎng)狀態(tài)，根據(jù)水稻在不同生長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)需求， 進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)精確施肥，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的按需精確施肥。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顯著優(yōu)點(diǎn)是 1)基于高光譜遙感技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和GPS技術(shù)，根據(jù)水稻在不同生長(zhǎng)期的生 長(zhǎng)狀態(tài)，計(jì)算出N、 P、 K元素的追肥需求量，對(duì)原來(lái)的處方圖作出修正，避免現(xiàn)有變量施肥技 術(shù)過(guò)度依賴作業(yè)前預(yù)先設(shè)定的變量處方圖的狀況，使水稻生長(zhǎng)期實(shí)施精確變量施肥成為可 能。 2)多路通道N、 P、 K輸肥，并自動(dòng)配比，充分混合后再由攤肥機(jī)構(gòu)攤平均勻后由排 肥器排肥，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)精確施肥，適合水稻生長(zhǎng)期撒施顆粒、粉末狀化肥。
3)排肥活門采用電磁驅(qū)動(dòng)，輸肥攪龍、攪肥螺旋、排肥器、攤肥機(jī)構(gòu)等工作部件全 部采用液壓驅(qū)動(dòng)，無(wú)復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)鏈，工作平穩(wěn)，可控性好，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成智能自動(dòng) 控制，且系統(tǒng)效率高，噪聲污染小。 4)整機(jī)采用自走乘坐式，高地隙、四輪驅(qū)動(dòng)底盤及窄輪行走，可實(shí)現(xiàn)360度轉(zhuǎn)彎， 轉(zhuǎn)彎半徑小，操作方便，過(guò)埂通過(guò)性好，不輪陷，完全適合水田作業(yè)要求。


圖l是本發(fā)明中變』 圖2是本發(fā)明中變j 圖3是本發(fā)明中變j 圖4是本發(fā)明中變』 圖5是本發(fā)明中變』 圖6是本發(fā)明中變j
t施肥機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； t施肥機(jī)的俯視示意圖； t施肥方法的原理圖； t施肥機(jī)的變量施肥單元的結(jié)構(gòu)示意圖； t施肥機(jī)的變量施肥單元的側(cè)視示意圖； t施肥機(jī)的肥料箱攤肥機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
6
圖7是本發(fā)明中變量施肥機(jī)的肥料箱攤肥機(jī)構(gòu)的俯視示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。 如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述的一種智能變量施肥機(jī)，該變量施肥機(jī)由置于前端 的高光譜遙感系統(tǒng)1與圖像采集系統(tǒng)2、牽引機(jī)體3、連接懸掛結(jié)構(gòu)5、變量施肥單元6、液壓 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7、攤肥機(jī)構(gòu)8、支撐機(jī)架9、支撐臺(tái)10、地輪11、測(cè)速傳感器12、GPS流動(dòng)站13、GPS 天線4、電源14、控制系統(tǒng)15組成。 高光譜遙系統(tǒng)1與圖像采集系統(tǒng)2置于伸縮式支撐桿16前端，伸縮式支撐桿16置 于牽引機(jī)體3前端，通過(guò)支撐架與牽引機(jī)體3連接并呈一定仰角前伸，伸縮式支撐桿16由 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7驅(qū)動(dòng)可自由伸縮，以適應(yīng)不同的施肥工況要求，保證給予控制系統(tǒng)、變量施 肥單元足夠的動(dòng)態(tài)反應(yīng)時(shí)間。 牽引機(jī)體3由發(fā)動(dòng)機(jī)31、前橋33、后橋34、前輪32、后輪35等組成。牽引機(jī)體3采 用采用高地隙(前后高立軸支撐方式)、窄輪(每個(gè)輪胎7cm寬)、四輪驅(qū)動(dòng)的一體化底盤結(jié) 構(gòu)，保證機(jī)器不輪陷、正常過(guò)埂，且360度轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑小，操作簡(jiǎn)便，適合水田作業(yè)要求。
變量施肥單元6與支撐機(jī)架9固連并支承于支撐臺(tái)10上，支撐臺(tái)10與地輪11的 支座固連，變量施肥單元6通過(guò)支撐機(jī)架9和支撐臺(tái)10與連接懸掛結(jié)構(gòu)5連接，連接懸掛 結(jié)構(gòu)5前端連接于牽引機(jī)體3。 如圖4、圖5所示，變量施肥單元6由輸肥絞龍62、輸肥液壓馬達(dá)61、氮肥箱63、磷 肥箱64、鉀肥箱65、攪肥螺旋67、攪肥液壓馬達(dá)66、混流室611、電磁式排肥活門612、過(guò)渡 箱68、肥料箱69、外槽輪式排肥器613、排肥液壓馬達(dá)614、散肥器610等組成。氮肥箱63、 磷肥箱64、鉀肥箱65、混流室611與支撐機(jī)架9通過(guò)螺栓連接，過(guò)渡箱68與肥料箱69螺栓 連接，肥料箱69與支撐臺(tái)IO固連。氮、磷、鉀肥的輸肥絞龍62分別置于相應(yīng)的肥箱底部， 由輸肥液壓馬達(dá)61驅(qū)動(dòng)，輸肥絞龍62分別將氮、磷、鉀肥輸送至混流室611中，攪肥液壓馬 達(dá)66驅(qū)動(dòng)攪肥螺旋67轉(zhuǎn)動(dòng)，攪肥螺旋67自上而下截面逐漸增大，對(duì)落于混流室611中的 氮、磷、鉀肥進(jìn)行混合攪勻操作。所述的電磁式排肥活門612置于混流室611下部，由電磁 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制開合，當(dāng)失電后排肥活門612在肥料重力作用下自動(dòng)打開，混合均勻后的氮、 磷、鉀肥落于肥料箱69中，得電后，排肥活門612合上，混流室611底部密閉。
如圖6和圖7所示，攤肥機(jī)構(gòu)8置于肥料箱69上方，對(duì)混流室611落下的混合肥 料進(jìn)行攤勻操作，攤肥機(jī)構(gòu)8由攤肥鏟82、液壓升降桿83、行走小車84、滾輪85、方桿軌道 86、液壓馬達(dá)89、滾筒88、牽引鋼絲繩87、定滑輪81等組成。牽引鋼絲繩87纏繞于滾筒88 繩槽中，其一端與行走小車84相連，另一端通過(guò)定滑輪81與行走小車84另一側(cè)連接，攤肥 鏟82通過(guò)液壓升降桿83與行走小車84相連，攤肥鏟82的工作高度由液壓升降桿83通過(guò) 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7調(diào)節(jié)，行走小車84由2組滾輪85支撐并沿方桿軌道86行走，方桿軌道86 對(duì)稱置于肥料箱69上部?jī)蓚?cè)，定滑輪81與滾筒88、液壓馬達(dá)89分別置于肥料箱69左、右 兩側(cè)。攤肥機(jī)構(gòu)8工作時(shí)，液壓馬達(dá)89驅(qū)動(dòng)滾筒88勻速正反轉(zhuǎn)，纏繞于滾筒88上的牽引 鋼絲繩87牽引行走小車84移動(dòng)，攤肥鏟82隨之左右勻速移動(dòng)，攤肥鏟82前行過(guò)程中攤平 落于肥料箱69中的混合肥料，使每一施肥單元均勻施肥。 由攤肥機(jī)構(gòu)8攤勻的混合肥由外槽輪式排肥器613排入散肥器610，散肥器610將
7化肥均勻撒入單元作業(yè)面積的水田中，外槽輪式排肥器613由排肥液壓馬達(dá)614驅(qū)動(dòng)。
—種智能變量施肥方法，采用了基于高光譜遙感和機(jī)器視覺(jué)的多信息融合技術(shù)實(shí) 時(shí)檢測(cè)水稻的N、 P、 K含量，根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)盈虧狀況對(duì)水稻進(jìn)行按需施肥。 變量施肥機(jī)在水田前行過(guò)程中，通過(guò)置于機(jī)器前端的高光譜遙感系統(tǒng)1的光譜傳 感器和圖像采集系統(tǒng)2的高分辨率相機(jī)進(jìn)行水稻生長(zhǎng)狀態(tài)信息采集，高光譜傳感器主要采 集小麥冠層反射光譜的"面狀"信息，高分辨率相機(jī)主要采集水稻葉片、莖稈的形貌特征，采 集后的信息通過(guò)控制系統(tǒng)15利用基于光譜特征參數(shù)和圖像特征的營(yíng)養(yǎng)診斷模型計(jì)算水稻 實(shí)際的N、P、K含量，通過(guò)與控制系統(tǒng)15中水稻營(yíng)養(yǎng)智能專家系統(tǒng)信息的比較，計(jì)算出當(dāng)前 N、P、K追肥需求量，對(duì)預(yù)先設(shè)定的土壤施肥處方圖進(jìn)行修正。各輸肥攪龍62在各輸肥單元 的輸肥速度和輸肥量由控制系統(tǒng)15根據(jù)生成的追肥處方圖、行走輪測(cè)速傳感器12測(cè)定的 機(jī)器速度及GPS系統(tǒng)測(cè)定的位置參數(shù)計(jì)算得出。 進(jìn)行某一單元施肥工作時(shí)，控制系統(tǒng)15對(duì)前端高光譜遙感系統(tǒng)1和圖像采集系統(tǒng) 2采集的信息進(jìn)行處理后，通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7控制輸肥液壓馬達(dá)61分別驅(qū)動(dòng)氮肥箱、磷肥 箱和鉀肥箱內(nèi)的輸肥攪龍62工作，下一施肥單元所需的N、P、K肥排入混流室611，在混流室 611內(nèi)三種化肥經(jīng)攪肥螺旋67充分混合均勻，當(dāng)前施肥單元施肥結(jié)束后，混流室611下部 的電磁式排肥活門612打開，下一單元N、P、K混合肥流入肥料箱69，肥料箱69上部的攤肥 機(jī)構(gòu)8連續(xù)工作，攤平均勻后的混合肥經(jīng)外槽輪式排肥器613排出，進(jìn)入下一單元的施肥工 作。同時(shí)，高光譜遙感系統(tǒng)1和圖像采集系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)15及N、P、K輸肥 單元又為后續(xù)單元施肥工作做必要的準(zhǔn)備，如此循環(huán)有序按節(jié)拍工作，進(jìn)行精確變量施肥。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種水稻智能變量施肥機(jī)，其特征在于該變量施肥機(jī)包括高光譜遙感系統(tǒng)(1)、圖像采集系統(tǒng)(2)、牽引機(jī)體(3)、連接懸掛結(jié)構(gòu)(5)、變量施肥單元(6)、攤肥機(jī)構(gòu)(8)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(7)、GPS天線(4)、GPS流動(dòng)站(13)、支撐機(jī)架(9)、地輪(11)、測(cè)速傳感器(12)和控制系統(tǒng)(15)，高光譜遙感系統(tǒng)(1)和圖像采集系統(tǒng)(2)設(shè)置在牽引機(jī)體(3)的前端；支撐機(jī)架(9)通過(guò)連接懸掛結(jié)構(gòu)(5)與牽引機(jī)體(3)連接；變量施肥單元(6)設(shè)置在支撐機(jī)架(9)的上部；攤肥機(jī)構(gòu)(8)與變量施肥單元(6)連接并設(shè)置在支撐機(jī)架(9)的下部；在支撐機(jī)架(9)的底部設(shè)有地輪(11)；在地輪(11)上設(shè)有測(cè)速傳感器(12)；變量施肥單元(6)和攤肥機(jī)構(gòu)(8)與液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(7)連接；在牽引機(jī)體(3)內(nèi)設(shè)有與高光譜遙感系統(tǒng)(1)和圖像采集系統(tǒng)(2)進(jìn)行通訊的GPS天線(4)和GPS流動(dòng)站(13)；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并控制變量施肥單元(6)和攤肥機(jī)構(gòu)(8)動(dòng)作的控制系統(tǒng)(15)設(shè)置在牽引機(jī)體(3)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的水稻智能變量施肥機(jī)，其特征在于所述高光譜遙感系統(tǒng)(1) 與圖像采集系統(tǒng)(2)通過(guò)伸縮式支撐桿(16)設(shè)置在牽引機(jī)體(3)的前端并呈一定仰角向 前伸展。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水稻智能變量施肥機(jī)，其特征在于所述伸縮式支撐桿(16) 與液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(7)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水稻智能變量施肥機(jī)，其特征在于所述牽引機(jī)體(3)采用 前后高立軸支撐方式、窄輪、四輪驅(qū)動(dòng)的一體化底盤結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水稻智能變量施肥機(jī)，其特征在于所述變量施肥單元(6)包括輸肥液壓馬達(dá)(61)、輸肥絞龍(62)、氮肥箱(63)、磷肥箱(64)、鉀肥箱(65)、攪肥液壓 馬達(dá)(66)、攪肥螺旋(67)、過(guò)渡箱(68)、肥料箱(69)、散肥器(610)、混流室(611)、電磁式 排肥活門(612)、排肥液壓馬達(dá)(613)和外槽輪式排肥器(614);氮肥箱(63)、磷肥箱(64) 和鉀肥箱(65)均與混流室(611)相通；輸肥絞龍(62)分別設(shè)置在氮肥箱(63)、磷肥箱(64) 和鉀肥箱(65)的底部；攪肥螺旋(67)設(shè)置在混流室(611)內(nèi)；混流室(611)通過(guò)過(guò)渡箱 (68)與肥料箱(69)相通；在混流室(611)與過(guò)渡箱(68)之間設(shè)有電磁式排肥活門(612); 外槽輪式排肥器(614)設(shè)置在肥料箱(69)內(nèi)并與散肥器(610)連接；輸肥絞龍(62)與輸 肥液壓馬達(dá)(61)連接；攪肥螺旋(67)與攪肥液壓馬達(dá)(66)連接；外槽輪式排肥器(614) 與排肥液壓馬達(dá)(613)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水稻智能變量施肥機(jī)，其特征在于所述攤肥機(jī)構(gòu)(8)包括 定滑輪(81)、攤肥鏟(82)、液壓升降桿(83)、行走小車(S4)、滾輪(85)、方桿軌道(86)、牽 引鋼絲繩(S7)、滾筒(88)和液壓馬達(dá)(89)，牽引鋼絲繩(87)纏繞在滾筒(88)的繩槽中， 牽引鋼絲繩(87)的一端與行走小車(84)相連，另一端通過(guò)定滑輪(81)與行走小車(84) 另一側(cè)連接；攤肥鏟(82)通過(guò)液壓升降桿(83)與行走小車(84)相連；行走小車(84)由滾 輪(85)支撐并沿方桿軌道(86)行走，方桿軌道(86)對(duì)稱置于肥料箱(69)上部?jī)蓚?cè)，定滑 輪(81)與滾筒(88)、液壓馬達(dá)(89)分別置于肥料箱(69)左、右兩側(cè)。
7. —種水稻智能變量施肥機(jī)的變量施肥方法，其特征在于該方法通過(guò)高光譜遙感系 統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)的信息融合，實(shí)時(shí)檢測(cè)水稻的N、 P、 K含量，并根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)盈虧狀況對(duì)水 稻進(jìn)行按需施肥，具體步驟如下1)變量施肥機(jī)在水田前行過(guò)程中，通過(guò)置于機(jī)器前端的高光譜遙感系統(tǒng)和圖像采集系 統(tǒng)進(jìn)行水稻生長(zhǎng)狀態(tài)信息采集，得到小麥冠層反射光譜的"面狀"信息，水稻葉片、莖稈的形貌特征；2) 將采集的信息傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)利用基于光譜特征參數(shù)和圖像特征的營(yíng)養(yǎng) 診斷模型計(jì)算水稻實(shí)際的N、 P、 K含量，通過(guò)與控制系統(tǒng)中設(shè)定的水稻營(yíng)養(yǎng)智能專家系統(tǒng)信 息的比較，計(jì)算出當(dāng)前N、 P、 K追肥需求量，對(duì)預(yù)先設(shè)定的土壤施肥處方圖進(jìn)行修正；3) 控制系統(tǒng)根據(jù)生成的追肥處方圖、行走輪測(cè)速傳感器測(cè)定的機(jī)器速度及GPS系統(tǒng)測(cè) 定的位置參數(shù)得出氮肥箱、磷肥箱、鉀肥箱內(nèi)的輸肥攪龍?jiān)诟鬏敺蕟卧妮敺仕俣群洼敺?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種水稻智能變量施肥機(jī)及其變量施肥方法，該變量施肥機(jī)中的高光譜遙感系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)設(shè)置在牽引機(jī)體的前端；變量施肥單元設(shè)置在支撐機(jī)架的上部；攤肥機(jī)構(gòu)與變量施肥單元連接并設(shè)置在支撐機(jī)架的下部；在地輪上設(shè)有測(cè)速傳感器；變量施肥單元和攤肥機(jī)構(gòu)與液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接；在牽引機(jī)體內(nèi)設(shè)有與高光譜遙感系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊的GPS天線和GPS流動(dòng)站；控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并控制變量施肥單元和攤肥機(jī)構(gòu)動(dòng)作。變量施肥方法通過(guò)高光譜遙感系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)的信息融合，實(shí)時(shí)檢測(cè)水稻的N、P、K含量，并根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)盈虧狀況對(duì)水稻進(jìn)行按需施肥。本發(fā)明施肥精確、可控性好，適合水稻生長(zhǎng)期施肥。
文檔編號(hào)A01C21/00GK101773016SQ201010017129
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者張石平, 李宗嶺, 楊進(jìn), 陳書法 申請(qǐng)人:淮海工學(xué)院