一种基于激光测距的动态水田平整度检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于激光测距的动态水田平整度检测装置及方法，其中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Sd和高程差分布ED，根据标准差Sd和高程差分布ED评价出水田平面平整度。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测控
，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。 
技术介绍
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。 
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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Sd和高程差分布ED，根据标准差Sd和高程差分布ED评价出水田平面平整度。 所述激光测距仪竖直扫描田面。所述处理器为PC机。 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，本专利技术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，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Sd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。 步骤S4所述田面平整度评价的步骤如下：通过计算田块内所有测量点到拟合平面的距离di，然后对距离di进行统计分析，统计di小于某一预设距离值A的测量点的累计百分比，获取高程差分布ED；若累计百分比符合正态分布3σ法则，比较标准差Sd和距离值A的数值，把数值较大者作为测量田田面的平整度。 本专利技术原理为：将激光测距仪LMS291通过特定的连接支架安装在农田作业车辆后方，激光测距仪在农田作业车辆行驶时动态采集田面数据点；在采集田面数据点的同时，激光测距仪与PC机进行数据的相互通信；利用Matlab软件进行编程及函数调用对田面点云数据进行处理后，将PC机接收的测距数据实时画成三维点云图，建立田面三维地形模型，直观地反映出农田地表高层的起伏变化；通过Matlab软件计算出水田平面平整度的两个评价指标，即农田表面相对高程的标准差Sd和高程差分布ED，从而对水田的平整度进行评价。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 1、与传统的水准仪、全站仪等测量方法相比，激光测距仪的分辨率和测试精度最高，垂直方向可达到0.1-0.5mm，水平方向可达到0.1-2mm，农田地面地形的区域测量信息较丰富，地形表达更准确，能够更好表征土壤表面详细情况以及土壤微粒间空隙，具有测量信息丰富、检测速度快、信息表达容易、精度较高且数据对称性高等优点。 2、通过连接支架，将激光测距仪安装固定在农田作业车辆后方，安装方式保证激光测距仪竖直扫描田面，获得更多的有效数据且方便坐标转换处理。 此外，连接支架可实现安装扫描角度及高度的调整，以适应不同的农田作业车辆及环境，对水平或具有不同坡度的水田均可实现精确测距。 3、运用Matlab进行编程及函数调用，将PC机采集的测距数据实时画出三维点云图，通过编程便能实现数据读取、转换和实时绘图一步到位，快捷便利。本专利技术不仅方法简单，测量效率高，自动化程度高，还可为自动化、智能化获取与数据处理的相关研究提供参考。 附图说明图1是激光测距仪固定到农田作业车辆的连接支架结构图之一； 图2是激光测距仪固定到农田作业车辆的连接支架结构图之二； 图3是本专利技术空间直角坐标系定义图； 图4是本专利技术检测方法流程图； 图5是本专利技术的数据采集程序流程图； 图6是本专利技术实验田面数据采集点云图； 图7是阈值滤波前后对比图； 图8是均匀栅格化数据精简前后对比图； 图9是本专利技术实验田面三维重构效果图； 图10是本专利技术实验田面拟合平面图。 具体实施方案下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不局限于此实例。 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PC机。激光测距仪通过连接支架安装在农田作业车辆后方，垂直扫描田面，在农田作业车辆行驶时动态采集田面数据点。激光测距仪通过RS232接口与PC机连接，实际测量时与PC机进行实时通信。PC机利用Matlab软件读取激光测距仪的测量数据，并对其进行数据处理。PC机的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。PC机最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光测距的动态水田平整度检测装置，其特征在于，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Sd和高程差分布ED，根据标准差Sd和高程差分布ED评价出水田平面平整度。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光测距的动态水田平整度检测装置，其特征在于，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Sd和高程差分布
ED，根据标准差Sd和高程差分布ED评价出水田平面平整度。
2.根据权利要求1所述的动态水田平整度检测装置，其特征在于，所述激光测距仪竖直
扫描田面。
3.根据权利要求1所述的动态水田平整度检测装置，其特征在于，所述处理器为PC机。
4.根据权利要求1所述的动态水田平整度检测装置，其特征在于，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。
5.根据权利要求4所述的动态水田平整度检测装置，其特征在于，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。
6.一种基于激光测距的动态水田平整度检测方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祚喜，黄培奎，刘雄，施垒，曹文君，刘明，陈嘉琪，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44