機械深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測與評價方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及對機械深松作業(yè)質(zhì)量的監(jiān)測與評價，特別涉及一種機械深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測與評價方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上人口最多的國家，人多地少是我國的基本國情。但是我國耕地土壤質(zhì)量仍在每一年下降。土壤是農(nóng)作物賴以生存的基礎(chǔ)，長久以來，傳統(tǒng)的耕作模式以及小功率農(nóng)業(yè)機械的使用，導(dǎo)致我國土壤耕層逐年變淺，“犁底層”逐年變深，“犁底層”中腐殖質(zhì)含量少，總孔隙度小，多為片狀、大塊狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。堅硬的“犁底層”導(dǎo)致農(nóng)作物根系難以下扎，農(nóng)作物根系不發(fā)達(dá)，雨水不能及時下滲而形成地表徑流，導(dǎo)致水土流失，大大降低了農(nóng)作物的抗風(fēng)、抗旱、抗倒伏能力，增加了早衰的概率。
[0003]機械化深松技術(shù)有效地解決了旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展中地力下降、土壤板結(jié)、制約糧食增產(chǎn)等問題。機械化深松技術(shù)的實質(zhì)是通過機械耕作松碎土壤、保持水土、打破犁底層而又不翻亂土層的一種耕作方式。深松耕作后，耕層土壤形成一個上實下虛，左、右虛實相間的結(jié)構(gòu)，其中，耕層土壤的松散結(jié)構(gòu)易于蓄水、脫鹽堿、疏通空氣、增強熱交換等。而實部土壤的小空隙結(jié)構(gòu)則有利于地下水上吸，促進(jìn)作物根系發(fā)育。因此，機械化深松技術(shù)不僅有效提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量，而且能夠防止農(nóng)田水土流失，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
[0004]但是現(xiàn)階段機械深松作業(yè)深度普遍不夠，導(dǎo)致深松效果大打折扣，并且每次機械深松作業(yè)面積無法準(zhǔn)確統(tǒng)計，國家補貼無法有效落實。因此需要采取措施對機械深松作業(yè)過程以及質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測。
[0005]國內(nèi)外已經(jīng)開展了針對農(nóng)機作業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的研究，并取得了初步成果，但國內(nèi)對于機械深松作業(yè)的監(jiān)測仍處于試驗階段，并且實驗監(jiān)測對象多數(shù)為土壤理化特性的變化，沒有監(jiān)測深松作業(yè)的面積以及深度等反映深松質(zhì)量的信息。現(xiàn)有的計算土地面積的算法大多采用計算靜態(tài)圖形面積、位移等方法，測量方法較復(fù)雜，沒有考慮重耕、漏耕等復(fù)雜作業(yè)情況，專門針對拖拉機機械深松作業(yè)面積研究較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種機械深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測與評價方法及系統(tǒng)，整個監(jiān)測設(shè)備以ARM平臺為處理核心，通過微處理器外接GPS定位模塊和超聲波測距傳感器測算作業(yè)面積與作業(yè)平均深度，以觸摸屏實現(xiàn)與農(nóng)機手交互，提供顯示坐標(biāo)軌跡、身份證輸入、計量作業(yè)面積、作業(yè)平均深度測算以及用戶設(shè)置等服務(wù)功能，同時設(shè)備設(shè)有GPRS通訊模塊，支持將最終測算的數(shù)據(jù)上報服務(wù)器數(shù)據(jù)中心，其中GPS模塊用于測算作業(yè)面積，超聲波測距傳感器實時獲取作業(yè)深度值，觸控屏用于輸入機械幅寬、校正參數(shù)、用戶信息，同時顯示設(shè)備坐標(biāo)以及測算結(jié)果等信息。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種機械深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測與評價方法，包括以下步驟:
[0009]第一步，根據(jù)深松鏟實際幅寬，設(shè)置方格邊長;每次作業(yè)前，均輸入此次作業(yè)地塊所屬人身份證號；
[0010]第二步，通過放置在拖拉機上的GPS模塊采集作業(yè)軌跡坐標(biāo)，通過放置在深松鏟上的超聲波傳感器采集深松實時深度值，并將采集的坐標(biāo)和深度數(shù)據(jù)記錄保存；
[0011]第三步，利用記錄的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的經(jīng)瑋度，通過網(wǎng)格化坐標(biāo)有效覆蓋算法，求出實際深松面積;利用記錄的深度數(shù)據(jù)，求出作業(yè)平均深度；
[0012]第四步，通過GPRS模塊，將每次計算的結(jié)果以及實時記錄的原始數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，進(jìn)行每次作業(yè)情況統(tǒng)計、區(qū)域作業(yè)量統(tǒng)計和作業(yè)質(zhì)量評價。
[0013]可同時將此次作業(yè)地塊的身份證號碼一并上傳。
[0014]所述第一步中，方格為算法中劃分的正方形地塊，由深松鏟幅寬決定，深松鏟最大幅寬為方格邊長。
[0015]所述第二步中，
[0016]用工控屏實時顯示作業(yè)軌跡、農(nóng)機行駛速度、作業(yè)里程、實時經(jīng)瑋度坐標(biāo)、實時深度值，所述工控屏是以ARM處理器為內(nèi)核的人機交互平臺，
[0017]經(jīng)瑋度采集最適頻率與深度采集最適頻率由實驗測得，與拖拉機作業(yè)速度與深松f產(chǎn)橫幅有關(guān)。
[0018]所述拖拉機作業(yè)速度為15KM/h時，經(jīng)瑋度采集最適頻率與深度采集最適頻率均取5Hz0
[0019]所述第三步中，
[0020]所述網(wǎng)格化坐標(biāo)有效覆蓋算法是:
[0021 ]通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法將經(jīng)瑋度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相對坐標(biāo)，生成二維坐標(biāo)系的坐標(biāo)序列，將坐標(biāo)序列置于坐標(biāo)系一矩形內(nèi)，此矩形應(yīng)將所有坐標(biāo)序列包括在內(nèi)，然后以某一邊長將作業(yè)矩形網(wǎng)格化，根據(jù)每一網(wǎng)格內(nèi)坐標(biāo)序列數(shù)量并結(jié)合實時深度值確定有效網(wǎng)格數(shù)，并采用將網(wǎng)格行掃描或列掃描求平均值來降低誤差，最終剔除GPS數(shù)據(jù)漂移嚴(yán)重點，計算有效的網(wǎng)格數(shù)量，得到實際作業(yè)面積。
[0022]其中，當(dāng)深松機不落鏟空跑時，深度值為非正數(shù)，此時沒有作業(yè)，經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)不保存不作為計算面積的數(shù)據(jù)。因此所述有效深度值是指深度值為正數(shù)；
[0023]所述平均深度計算方法為，超聲波傳感器以5Hz頻率采集深度實時值，即每秒采集五個點數(shù)據(jù)，去掉錯誤點數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)求取平均值得到平均深度。統(tǒng)計每次作業(yè)深度分布情況，統(tǒng)計每次測量的深度點分布，超過25厘米的深度測量點為達(dá)標(biāo)點，超過25厘米點數(shù)占總點數(shù)的比重為作業(yè)達(dá)標(biāo)率。
[0024]所述第四步中，
[0025]區(qū)域作業(yè)量統(tǒng)計是指按照指定區(qū)域統(tǒng)計每年深松的土地總面積；
[0026]作業(yè)質(zhì)量評價是對已耕面積深度達(dá)標(biāo)率的評價。
[0027]本發(fā)明還提供了一種機械深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測與評價系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、人機交互單元和分析評價平臺，其中:
[0028]所述數(shù)據(jù)采集單元包括GPS模塊和超聲波傳感器，GPS模塊設(shè)置在拖拉機上，通過天線接收到GPS信號，將作業(yè)產(chǎn)生的GPS數(shù)據(jù)傳給微處理器;超聲波傳感器通過設(shè)置在拖拉機上的超聲波探頭將采集到的絕對深度信息傳給微處理器；
[0029]所述數(shù)據(jù)傳輸單元包括微處理器和GPRS模塊，所述微處理器通過GPRS模塊將獲取的GPS數(shù)據(jù)和深度數(shù)據(jù)以及從人機交互單元發(fā)回的數(shù)據(jù)上傳給服務(wù)器；
[0030]所述人機交互單元包括工控屏，該工控屏通過RS232串口接收微處理器傳來的GPS數(shù)據(jù)和深度數(shù)據(jù)，并通過嵌入的算法處理原始數(shù)據(jù)，計算作業(yè)面積與平均深度并回傳給微處理器；
[0031]所述分析評價平臺包括服務(wù)器，服務(wù)器布置于上層網(wǎng)站，上層網(wǎng)站根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，進(jìn)行每次作業(yè)情況統(tǒng)計、區(qū)域作業(yè)量統(tǒng)計和作業(yè)質(zhì)量評價。同時還可以利用上層網(wǎng)站與手機APP軟件抓取服務(wù)器數(shù)據(jù)。
[0032]所述工控屏實時顯示作業(yè)相對軌跡、作業(yè)里程、農(nóng)機行駛速度、作業(yè)深度和位置經(jīng)瑋度坐標(biāo)。
[0033 ] 所述上層網(wǎng)站實時顯示拖拉機位置、動態(tài)信息。
[0034]所述分析評價平臺還包括手機APP軟件，手機APP軟件用于實時查詢每次作業(yè)的信息。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0036]I)通過設(shè)計的機械深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測與評價系統(tǒng)可以實時獲取每個農(nóng)機位置以及深松作業(yè)的軌跡。
[0037]2)準(zhǔn)確計算出每次作業(yè)面積，與實際面積誤差在5%以下，結(jié)合實際作業(yè)情況，合理反映出每次作業(yè)的平均深度以及深度分布狀況。
[0038]3)該系統(tǒng)可以適應(yīng)不同作業(yè)情況，支持測算不同幅寬深松鏟，支持?jǐn)嚯姶鎯?，減少重耕、漏耕帶來的測算誤差。
[0039]4)每次深松作業(yè)完成，即可得到作業(yè)面積與平均深度，本發(fā)明與同類產(chǎn)品相比具有成本低、操作簡單、效率高、適用性更強等功能。
【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明網(wǎng)格化坐標(biāo)有效覆蓋算法。
[0041]圖2是本發(fā)明基于機械深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測與評價系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖3是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
[0044]機械深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測與評價方法，包括以下步驟:
[0045]第一步，根據(jù)深松鏟實際幅寬，設(shè)置方格邊長。每次作業(yè)前，在工控屏輸入此次作業(yè)地塊所屬人身份證號;方格為算法中劃分的正方形地塊，由深松鏟幅寬決定，深松鏟最大幅寬為方格邊長。
[0046]第二步，通過放置在拖拉機上的GPS模塊采集作業(yè)軌跡坐標(biāo)，通過放置在深松鏟上的超聲波傳感器采集深松實時深度值;并將采集的經(jīng)瑋度、深度數(shù)據(jù)記錄保存。工控屏可以實時顯示作業(yè)軌跡、作業(yè)里程、農(nóng)機行駛速度、作業(yè)深度和位置經(jīng)瑋度坐標(biāo)。
[0047]第三步，工控屏利用記錄的經(jīng)瑋度坐標(biāo)，通過網(wǎng)格化坐標(biāo)有效覆蓋算法，求出實際深松面積;利用記錄的實時深度數(shù)據(jù)求出作業(yè)平均深度。工控屏顯示每次作業(yè)的面積、深度監(jiān)測結(jié)果。
[0048]第四步，單片機通過GPRS模塊，將此次作業(yè)地塊的身份證號碼、每次計算的結(jié)果以及實時記錄的原始數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并通過上層網(wǎng)站與手機APP軟件完成區(qū)域作業(yè)量統(tǒng)計、作業(yè)質(zhì)量評價、設(shè)備管理、系統(tǒng)管理等功能。
[0049]其中，第三步中，基于網(wǎng)格化坐標(biāo)有效覆蓋算法的機械深松作業(yè)面積測算方法如圖1所示。拉機實際深松作業(yè)