本發(fā)明涉及收割機(jī)械控制方法領(lǐng)域，具體是一種大麻或苧麻收割高度自動(dòng)調(diào)控和對(duì)行方法。

背景技術(shù)：

大麻、苧麻兩種作物種植農(nóng)藝與機(jī)械化收獲具有完全不同的特點(diǎn)。其中大麻為一年生作物，種植時(shí)采用分壟、固定株間距播種，田間土地較平整，莖稈挺直、強(qiáng)度弱，株高長(zhǎng)短不一，但總體分布較為一致。苧麻為多年生作物，采用麻蔸方式種植，土地平整度差，種植初始階段麻蔸間距一致，行距明顯，莖稈以麻蔸為中心四周發(fā)散，且每期收割后新苧麻會(huì)類(lèi)似竹筍一樣離開(kāi)麻蔸重新破土而出，經(jīng)過(guò)數(shù)次采收后基本不存在整齊的分布規(guī)律，不存在固定間距或作物行。

大麻和苧麻在收獲時(shí)由于大麻籽粒生長(zhǎng)純?cè)诿黠@的高低離散分布特點(diǎn)，需要大麻收獲機(jī)械上割臺(tái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)高度調(diào)整，減少收割時(shí)的籽粒損失。但由于大麻和苧麻株的生長(zhǎng)特點(diǎn)，兩種作物都不適宜采用傳統(tǒng)角度等觸碰式的傳感器，作為收獲機(jī)械割臺(tái)高度調(diào)整參數(shù)的采集裝置，同時(shí)采用傳統(tǒng)的觸碰式傳感器采集的數(shù)據(jù)無(wú)法作為收獲機(jī)械在收獲時(shí)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種大麻或苧麻收割高度自動(dòng)調(diào)控和對(duì)行方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)角度等觸碰式的傳感器無(wú)法適用于大麻或苧麻收獲機(jī)械作業(yè)的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種大麻或苧麻收割高度自動(dòng)調(diào)控和對(duì)行方法，用于收獲機(jī)械收割區(qū)域內(nèi)大麻籽?；?qū)^(qū)域內(nèi)苧麻進(jìn)行拔麻收割，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、首先采用隨收獲機(jī)械共同行進(jìn)的二維激光掃描裝置，采集并計(jì)算二維激光掃描裝置隨收獲機(jī)械行進(jìn)時(shí)，各個(gè)掃描周期中區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

(2)、然后根據(jù)二維激光掃描裝置各個(gè)掃描周期中區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合收獲機(jī)械行走的速度，對(duì)一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)掃描周期中的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)掃描周期中的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)放到同一個(gè)三維坐標(biāo)系下，形成三維的區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

(3)、接著對(duì)區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高度方向的處理，得到區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端的最終高度平均值，從而實(shí)現(xiàn)高度的識(shí)別，并將該最終高度平均值作為收獲機(jī)械收割大麻籽粒或?qū)ζr麻進(jìn)行拔麻收割時(shí)的高度參數(shù)，收獲機(jī)械根據(jù)高度參數(shù)進(jìn)行收割高度自動(dòng)調(diào)控；

(4)、最后對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)外側(cè)的點(diǎn)云擬合得到收獲機(jī)械作業(yè)的導(dǎo)航線(xiàn)，并根據(jù)初始作業(yè)時(shí)收獲機(jī)械相對(duì)導(dǎo)航線(xiàn)角度或者收獲機(jī)械姿態(tài)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)行控制。

所述的一種大麻或苧麻收割高度自動(dòng)調(diào)控和對(duì)行方法，其特征在于：步驟(2)中，設(shè)二維激光掃描裝置一個(gè)掃描周期中，二維激光掃描激光出射點(diǎn)為原點(diǎn)o，以收獲機(jī)械行走方向?yàn)閥軸，以豎直方向?yàn)閦軸，以水平垂直于y軸的方向?yàn)閤軸建立o-xyz坐標(biāo)系，設(shè)p為每個(gè)大麻或苧麻作物頂端在該o-xyz坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，則二維激光掃描裝置出射的單激光束到達(dá)每個(gè)大麻或苧麻作物頂端的距離為op，設(shè)二維激光掃描裝置的掃描平面中單激光束與x軸的夾角為θ，二維激光掃描裝置支撐軸與二維激光掃描裝置的掃面平面夾角的余角為α，則在二維激光掃描裝置的一個(gè)掃描周期內(nèi)，區(qū)域內(nèi)每個(gè)大麻或苧麻作物頂端在o-xyz坐標(biāo)系中的坐標(biāo)p(xp,yp,zp)可由如下公式計(jì)算得到：

xp＝op·cosθ

yp＝op·sinθ·cosα

zp＝op·sinθ·sinα；

設(shè)二維激光掃描裝置相鄰兩個(gè)掃描周期的掃描平面分別為第i幀、第i+1幀，由于二維激光掃描裝置沿y軸水平運(yùn)動(dòng)，所以在一段時(shí)間內(nèi)o-xyz坐標(biāo)系也沿y軸水平運(yùn)動(dòng)，為了將所有幀掃描出的點(diǎn)在同一坐標(biāo)系下表示出來(lái)，需要對(duì)各點(diǎn)的y坐標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償即可，相鄰兩個(gè)掃描周期第i幀和第i+1幀的y坐標(biāo)補(bǔ)償值為收獲機(jī)械行進(jìn)速度與二維激光掃描裝置掃描周期的乘積值，根據(jù)y坐標(biāo)補(bǔ)償值可將一段時(shí)間內(nèi)二維激光掃描裝置各個(gè)掃描周期中得到的大麻或苧麻作物頂端點(diǎn)云坐標(biāo)統(tǒng)一到同一個(gè)三維坐標(biāo)系下，形成三維的區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

所述的一種大麻或苧麻收割高度自動(dòng)調(diào)控和對(duì)行方法，其特征在于：步驟(3)中，首先得到每一幀掃描平面內(nèi)二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高度平均值，然后根據(jù)收獲機(jī)械行走速度即可獲得區(qū)域內(nèi)的多幀掃描平面內(nèi)二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多個(gè)高度平均值，將二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多個(gè)高度平均值再次平均即可得到區(qū)域內(nèi)的最終高度平均值，該最終高度平均值作為收獲機(jī)械收割大麻籽?；?qū)ζr麻進(jìn)行拔麻收割時(shí)的高度參數(shù)，收獲機(jī)械根據(jù)高度參數(shù)進(jìn)行收割高度自動(dòng)調(diào)控。

所述的一種大麻或苧麻收割高度自動(dòng)調(diào)控和對(duì)行方法，其特征在于：步驟(4)中，收獲機(jī)械行走過(guò)程中，根據(jù)區(qū)域內(nèi)的多幀掃描平面的最外側(cè)點(diǎn)，得到區(qū)域內(nèi)的多個(gè)外側(cè)點(diǎn)，對(duì)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)外側(cè)點(diǎn)進(jìn)行直線(xiàn)擬合，得到收獲機(jī)械作業(yè)的導(dǎo)航線(xiàn)，結(jié)合初始作業(yè)時(shí)收獲機(jī)械相對(duì)導(dǎo)航線(xiàn)角度或者收獲機(jī)械姿態(tài)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)行控制。

本發(fā)明采用二維激光掃描裝置進(jìn)行掃描區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將各個(gè)掃描周期的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個(gè)三維坐標(biāo)系中，然后根據(jù)三維坐標(biāo)系中三維的區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高度識(shí)別，可獲得適當(dāng)?shù)母叨葏?shù)，并以該高度參數(shù)作為收獲機(jī)械割臺(tái)的高度調(diào)整參數(shù)，同時(shí)將各個(gè)掃描周期內(nèi)的外側(cè)點(diǎn)進(jìn)行直線(xiàn)擬合可得到收獲機(jī)械的導(dǎo)航線(xiàn)，并以導(dǎo)航線(xiàn)作為收獲機(jī)械對(duì)行的參數(shù)。

采用本發(fā)明方法的收獲機(jī)械能夠結(jié)合大麻或苧麻的生長(zhǎng)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)割臺(tái)高度的準(zhǔn)確調(diào)整，并可以實(shí)現(xiàn)符合大麻或苧麻生長(zhǎng)特點(diǎn)的導(dǎo)航對(duì)行功能，不僅可提高收割效率，而且能有效減少收割時(shí)的籽粒損失。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法流程框圖。

圖2為本發(fā)明二維激光掃描裝置掃描示意圖。

圖3為本發(fā)明步驟(2)中每個(gè)掃描周期內(nèi)每個(gè)大麻或苧麻作物頂端在o-xyz坐標(biāo)系中的坐標(biāo)示意圖。

圖4為本發(fā)明步驟(2)獲得的三維的區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖5為本發(fā)明步驟(3)流程框圖。

圖6為本發(fā)明對(duì)行原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種大麻或苧麻收割高度自動(dòng)調(diào)控和對(duì)行方法，用于收獲機(jī)械收割區(qū)域內(nèi)大麻籽?；?qū)^(qū)域內(nèi)苧麻進(jìn)行拔麻收割，包括以下步驟：

(1)、首先采用隨收獲機(jī)械共同行進(jìn)的二維激光掃描裝置，如圖2所示，該二維激光掃描裝置安裝在收獲機(jī)械上方高度h處，并傾斜向下出射掃描平面進(jìn)行掃面，圖2中①、②、③、④為不同的掃描區(qū)域，采集并計(jì)算二維激光掃描裝置隨收獲機(jī)械行進(jìn)時(shí)，各個(gè)掃描周期中區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

(2)、然后根據(jù)二維激光掃描裝置各個(gè)掃描周期中區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合收獲機(jī)械行走的速度，對(duì)一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)掃描周期中的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)掃描周期中的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)放到同一個(gè)三維坐標(biāo)系下，形成三維的區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

(3)、接著對(duì)區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高度方向的處理，得到區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端的最終高度平均值，從而實(shí)現(xiàn)高度的識(shí)別，并將該最終高度平均值作為收獲機(jī)械收割大麻籽?；?qū)ζr麻進(jìn)行拔麻收割時(shí)的高度參數(shù)，收獲機(jī)械根據(jù)高度參數(shù)進(jìn)行收割高度自動(dòng)調(diào)控；

(4)、最后對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)外側(cè)的點(diǎn)云擬合得到收獲機(jī)械作業(yè)的導(dǎo)航線(xiàn)，并根據(jù)初始作業(yè)時(shí)收獲機(jī)械相對(duì)導(dǎo)航線(xiàn)角度或者收獲機(jī)械姿態(tài)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)行控制。

如圖3所示，步驟(2)中，設(shè)二維激光掃描裝置一個(gè)掃描周期中，二維激光掃描激光出射點(diǎn)為原點(diǎn)o，以收獲機(jī)械行走方向?yàn)閥軸，以豎直方向?yàn)閦軸，以水平垂直于y軸的方向?yàn)閤軸建立o-xyz坐標(biāo)系，設(shè)p為每個(gè)大麻或苧麻作物頂端在該o-xyz坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，則二維激光掃描裝置出射的單激光束到達(dá)每個(gè)大麻或苧麻作物頂端的距離為op，設(shè)二維激光掃描裝置的掃描平面中單激光束與x軸的夾角為θ，二維激光掃描裝置支撐軸與二維激光掃描裝置的掃面平面夾角的余角為α，其中二維激光掃描裝置支撐軸是用于支撐二維激光掃描裝置的安裝支架，如圖2所示，二維激光掃描裝置支撐軸分別與x軸、y軸垂直，則在二維激光掃描裝置的一個(gè)掃描周期內(nèi)，區(qū)域內(nèi)每個(gè)大麻或苧麻作物頂端在

o-xyz坐標(biāo)系中的坐標(biāo)p(xp,yp,zp)可由如下公式計(jì)算得到：

xp＝op·cosθ

yp＝op·sinθ·cosα

zp＝op·sinθ·sinα；

設(shè)二維激光掃描裝置相鄰兩個(gè)掃描周期的掃描平面分別為第i幀、第i+1幀，由于二維激光掃描裝置沿y軸水平運(yùn)動(dòng)，所以在一段時(shí)間內(nèi)o-xyz坐標(biāo)系也沿y軸水平運(yùn)動(dòng)，為了將所有幀掃描出的點(diǎn)在同一坐標(biāo)系下表示出來(lái)，需要對(duì)各點(diǎn)的y坐標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償即可，相鄰兩個(gè)掃描周期第i幀和第i+1幀的y坐標(biāo)補(bǔ)償值為收獲機(jī)械行進(jìn)速度與二維激光掃描裝置掃描周期的乘積值，根據(jù)y坐標(biāo)補(bǔ)償值可將一段時(shí)間內(nèi)二維激光掃描裝置各個(gè)掃描周期中得到的大麻或苧麻作物頂端點(diǎn)云坐標(biāo)統(tǒng)一到同一個(gè)三維坐標(biāo)系下，形成三維的區(qū)域內(nèi)大麻或苧麻作物頂端點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖4所示。

步驟(3)中，首先得到每一幀掃描平面內(nèi)二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高度平均值，然后根據(jù)收獲機(jī)械行走速度即可獲得區(qū)域內(nèi)的多幀掃描平面內(nèi)二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多個(gè)高度平均值，將二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多個(gè)高度平均值再次平均即可得到區(qū)域內(nèi)的最終高度平均值，該最終高度平均值作為收獲機(jī)械收割大麻籽?；?qū)ζr麻進(jìn)行拔麻收割時(shí)的高度參數(shù)，收獲機(jī)械根據(jù)高度參數(shù)進(jìn)行收割高度自動(dòng)調(diào)控。

如圖5所示，步驟(3)的過(guò)程如下：

1、建立網(wǎng)格

為了能夠利用點(diǎn)云的特征，要將點(diǎn)云投影到xoy平面。

2、分層投影

分層投影的方法是將點(diǎn)云按照一定高程分段進(jìn)行投影，以此來(lái)利用麻干和麻冠的點(diǎn)云信息。

3、分析提取

投影后麻干處落入的激光點(diǎn)數(shù)量較多，根據(jù)這一特征，首先將點(diǎn)云數(shù)量大于20的單元格提取出來(lái)。將提取出來(lái)的相鄰的單元格進(jìn)行合并，使之成為一個(gè)個(gè)對(duì)象，利用對(duì)象的面積信息再次進(jìn)行提取。

4、疊加點(diǎn)云數(shù)據(jù)

將提取出的對(duì)象和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，可以得到麻點(diǎn)云。

5、計(jì)算麻高度

在獲得的麻的點(diǎn)云的基礎(chǔ)上進(jìn)行麻的高度的計(jì)算。

步驟(4)中，收獲機(jī)械行走過(guò)程中，根據(jù)區(qū)域內(nèi)的多幀掃描平面的最外側(cè)點(diǎn)，得到區(qū)域內(nèi)的多個(gè)外側(cè)點(diǎn)，對(duì)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)外側(cè)點(diǎn)進(jìn)行直線(xiàn)擬合，得到收獲機(jī)械作業(yè)的導(dǎo)航線(xiàn)，結(jié)合初始作業(yè)時(shí)收獲機(jī)械相對(duì)導(dǎo)航線(xiàn)角度或者收獲機(jī)械姿態(tài)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)行控制。

如圖6所示，圖6中以矩形示意收割機(jī)，o點(diǎn)為二維激光掃描裝置的激光出射點(diǎn)即xoy坐標(biāo)系的圓點(diǎn)，矩形右前方為待收割的大麻、苧麻生長(zhǎng)區(qū)域示意。在o點(diǎn)相交匯的虛線(xiàn)為激光器掃描線(xiàn)束示意，點(diǎn)劃線(xiàn)l為三維點(diǎn)云擬合后的導(dǎo)航線(xiàn)。行向參數(shù)是通過(guò)存儲(chǔ)每一幀的最外側(cè)點(diǎn)，然后收獲機(jī)械行走，存儲(chǔ)了一片區(qū)域內(nèi)的多幀的最外側(cè)點(diǎn)，最終存儲(chǔ)了一片區(qū)域內(nèi)的多個(gè)外側(cè)點(diǎn)，對(duì)所存儲(chǔ)的區(qū)域內(nèi)的外側(cè)點(diǎn)進(jìn)行直線(xiàn)擬合，得到收獲機(jī)械接下來(lái)對(duì)行的導(dǎo)航線(xiàn)l。點(diǎn)a為激光束n與導(dǎo)航線(xiàn)l的交匯點(diǎn)，點(diǎn)b為導(dǎo)航線(xiàn)與收割機(jī)的交匯點(diǎn)。選取第n條激光線(xiàn)與導(dǎo)航線(xiàn)l交點(diǎn)a、導(dǎo)航線(xiàn)與拖拉機(jī)機(jī)頭橫向交點(diǎn)b及激光發(fā)射點(diǎn)o行程一個(gè)三角形，且角度θ2可以根據(jù)激光束n直接得到，角度θ1、線(xiàn)段oa可以根據(jù)激光束n同三維點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到，因此可以輕易得到線(xiàn)段x長(zhǎng)度、角度θ3。結(jié)合已知的二維激光掃描裝置安裝位置，可以得到線(xiàn)段s與x總長(zhǎng)ε，即大麻、苧麻割幅。機(jī)械相對(duì)導(dǎo)航線(xiàn)偏轉(zhuǎn)角度θ3與割幅ε即為收獲機(jī)械自動(dòng)對(duì)行控制參數(shù)輸入。

本發(fā)明中，由于大麻株間距分明但株間錯(cuò)亂秸稈較多，對(duì)非接觸傳式感器檢測(cè)干擾較大，且大麻或苧麻莖稈強(qiáng)度較弱，采用角度傳感器也會(huì)有較大誤差。因此本發(fā)明采用激光雷達(dá)作為二維激光掃描裝置。

本發(fā)明還可以采用超聲波矩陣?yán)走_(dá)取代激光雷達(dá)，其方法過(guò)程相同，只是進(jìn)行掃描的介質(zhì)由激光改為超聲波。