一种农作物冠层高度的检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种农作物冠层高度的检测方法及装置，该检测方法通过控制器控制三维旋转云台，进而控制激光测距仪的发射角度，使测距仪按照一定的轨迹对作物冠层自动进行扫描测量，扫描结果传递给数据处理中心，经过内角误差修正、三角几何换算、数据拟合筛选后得到作物冠层高度的最大值和平均值，进而得到农作物的冠层高度。该方法可以实现对冠层高度的远程、自动和长期连续测量，测量精度高，安装使用方便，成本低廉，提高了测量效率且降低了人工劳动强度，弥补了以往测量方法的不足。

Method and device for detecting crop canopy height

The invention provides a crop canopy height detection method and device, the detection method of control of three-dimensional rotary head through the controller, and then control the emission angle of laser rangefinder, according to a certain trajectory of the crop canopy automatic scanning measurement the range finder, the scanning result is transmitted to the data processing center, the angle error correction and geometry conversion, data fitting is obtained after screening the crop canopy height maximum value and average value, and then obtain the crop canopy height. This method can achieve the remote, the height of the canopy automatically and long-term continuous measurement, high accuracy, convenient installation, low cost, improve the measurement efficiency and reduce the labor intensity, make up for the shortcomings of previous measurement methods.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于作物气象自动观测
，特别涉及一种农作物冠层高度的检测方法及装置。
技术介绍
作为一个农业大国，作物观测是农业生产中必不可少的一环。而植株冠层高度是作物生长的重要参数，掌握作物冠层高度的变化可以实时了解作物的发育进展和长势情况，对分析作物生长状态，开展作物产量预测，指导农事活动，保障粮食安全具有重要意义；同时，冠层高度也是实现作物部分发育期自动判识的重要依据。目前，我国的农作物观测技术还相对落后，冠层高度的测量还是以人工测量为主，此方法费时费力，难以对作物进行实时连续测量，且测量数据误差大、时效性差。随着现代电子、通讯和计算机技术的发展，冠层高度的自动化测量也取得了不少进展，但仍有很多不足。常见的植株高度检测方法主要有超声波测量和机器视觉技术，将超声波测距传感器安置在上方，通过垂直向下发射超声波获取作物冠层与传感器之间的距离，来推算作物的高度。所以该装置仅能对传感器正下方的作物进行高度测量，且超声波测距传感器本身存在的反射、噪音、交叉等问题，造成超声波在对植株顶部高度难以捕捉，植株间产生相互干涉，因此造成测量结果不稳定，存在较大的误差，机器视觉技术则存在识别率第、成本高和实时性差的问题，难以在实际中应用。公开号为CN102175156A的对比文件公开了作物自动测高装置，该装置利用微处理器控制伺服电机转动，使其带动红外测距传感器对作物进行自动扫描，完成冠层顶端的确定，同时超声波测距传感器测出传感器当前高度，完成高度测量的工作。但该装置结构复杂，对安装要求高，大田环境下部件容易受损，测量效率和可靠性低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种农作物冠层高度的检测方法及装置，用于解决现有技术中对农作物冠层高度的测量效率低和可靠性低的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种农作物冠层高度的检测方法，包括八个方法方案：方法方案一，步骤如下：1)利用激光测距仪扫描农作物冠层，计算各个扫描点的位置和高度值；2)根据所有扫描点的位置和高度值，求高度极大值组；3)根据所述高度极大值组确定冠层高度。方法方案二，在方法方案一的基础上，激光测距仪通过垂直旋转运动和水平旋转运动的方式进行扫描。方法方案三，在方法方案一的基础上，通过对所有扫描点的位置和高度值初次筛选极大值点，得到第一组极大值组，再对第一组极大值组第二次筛选，得到所述高度极大值组。方法方案四，在方法方案三的基础上，所述冠层高度包括冠层高度最大值和冠层高度平均值，冠层高度最大值是所述高度极大值组的最大值，冠层高度平均值是所述高度极大值组的平均值。方法方案五，在方法方案二的基础上，所述垂直旋转运动和水平旋转运动的方式为：a)设置测距仪扫描时的起始位置的垂直旋转角度为A＝A1，水平旋转角度为B＝B1，结束位置的垂直旋转角度为A＝An，B＝Bn；b)以起始位置为起点，首先固定垂直旋转角度，保持A1＝A不变，B从B1开始，以设定的角度β为角度步长进行正向水平旋转，直至B≥Bm时为止；然后保持B不变，以设定的角度α为角度步长垂直旋转一次，使A2＝A1+α，再保持A2不变，B从Bm开始，以β为角度步长进行反向水平旋转，直至B≤B1时为止；重复上述过程，直至A≥An时为止；c)每次旋转得到垂直旋转的角度Ai、水平旋转的角度Bj及激光发射口距离扫描点的距离值Rij(i＝1,2,…n，j＝1,2,…m)，i和j分别代表垂直旋转的次数和水平旋转的次数，得到每个扫描点的高度值hij，并根据垂直旋转的角度Ai、水平旋转的角度Bj计算每个扫描点的位置；激光测距仪旋转至结束位置得到整个扫描范围内的所有扫描点的高度值数据H。方法方案六，在方法方案五的基础上，测距仪垂直旋转时，激光发射口高度会发生变化，利用内角误差公式修正激光发射口高度，所述内角误差修正公式为：Ii＝r-r*cosAiLi＝L0+Ii其中，Ii为激光发射口抬升高度，r为激光测距仪旋转半径，Ai为垂直旋转角度,Li为激光发射口高度，L0为激光发射口垂直向下时的高度。方法方案七，在方法方案六的基础上，所述每个扫描点的高度值hij＝Li-Rij*cosAi：其中，hij为扫描点的高度值，Li为激光发射口高度，Rij为激光发射口距离扫描点的距离值，Ai为垂直旋转角度。方法方案八，在方法方案三的基础上，对所有扫描点的位置和高度值筛选时，需去除异常数据，所述异常数据包括负值数据、超过设备安装高度的数据。本专利技术还提供了一种农作物冠层高度的检测装置，包括如下单元：扫描点位置和高度计算单元：利用激光测距仪扫描农作物冠层，计算各个扫描点的位置和高度值；高度极大值组计算单元：用于根据所有扫描点的位置和高度值信息，求高度极大值组；冠层高度计算单元：用于根据所述高度极大值组确定冠层高度。进一步地，激光测距仪通过垂直旋转运动和水平旋转运动的方式进行扫描。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的农作物冠层高度的检测方法及装置，通过设置激光扫描轨迹，使激光测距仪水平旋转和垂直旋转一定的角度，对农作物冠层自动进行扫描测量，得到农作物冠层的高度值数据，然后对这些数据进行两次筛选处理得到作物冠层高度的最大值和平均值，该方法可以实现农作物冠层高度的远程、自动和长期连续测量，降低了劳动强度，提高了测量效率和可靠性，采用两次筛选的方式，测量精度高，并且安装使用方便，适用性强且成本低。附图说明图1为本专利技术的农作物冠层高度的检测装置图；图2为本专利技术中定义的垂直旋转角度和水平旋转角度示意图；图3为本专利技术中内角误差修正计算示意图；图4为本专利技术中扫描点高度的三角几何换算示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明：本专利技术的一种农作物冠层高度的检测原理依据如图1所示的装置结构图，包括测量模块、采集和控制模块、数据处理模块和通讯模块；测量单元包括激光测距传感器、重力感应传感器和三维旋转云台；测量模块、采集和控制模块通过通讯模块与数据处理模块进行连接通信。首先三维旋转云台通过控制器控制激光测距仪的发射角度，使激光测距仪按照一定的轨迹对农作物冠层高度自动进行扫描测量，扫描结果传递给数据处理中心，经过内角误差修正、三角几何换算、数据拟合筛选后得到作物冠层高度的最大值和平均值，完成对冠层高度值的计算。一种农作物冠层高度的检测方法的实施例为：一种农作物冠层高度的检测方法，该方法的具体步骤如下：步骤1、确定要测量的农作物种类及种植区域，划定测量样本范围。本专利技术以夏玉米的冠层高度测量为例，选定测量样本范围，样本范围要大小适中且具有代表性，内部只种玉米，且应靠近设备安装站点，保证整个样本区域能被测距仪的有效扫描范围所覆盖。步骤2、将带有三维旋转功能的激光测距仪安装在待测样本区域的观测站点，针对所测作物种类确定仪器安装高度，并设定激光测距仪的扫描范围，例如：将自动测量设备安装在观测点的观测支架上，安装位置比待测作物的最高生长高度高出1米以上，待测玉米冠层高度最大值以2.5米计，则设备安装高度可定为4米。扫描范围的确定以装置激光发射口为圆心，划定一个圆心角为120°，半径为4米的扇形区域作为测距仪的扫描范围，扫描范围应囊括在上述选定的样本区域内。步骤3、测量开始前，系统自动调整激光测距仪垂直正对地面，测出激光发射口距离地面的高度L0，具体的为：激光测距仪垂直正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农作物冠层高度的检测方法，其特征在于，步骤如下：1)利用激光测距仪扫描农作物冠层，计算各个扫描点的位置和高度值；2)根据所有扫描点的位置和高度值，求高度极大值组；3)根据所述高度极大值组确定冠层高度。

【技术特征摘要】
1.一种农作物冠层高度的检测方法，其特征在于，步骤如下：1)利用激光测距仪扫描农作物冠层，计算各个扫描点的位置和高度值；2)根据所有扫描点的位置和高度值，求高度极大值组；3)根据所述高度极大值组确定冠层高度。2.根据权利要求1所述的农作物冠层高度的检测方法，其特征在于，激光测距仪通过垂直旋转运动和水平旋转运动的方式进行扫描。3.根据权利要求1所述的农作物冠层高度的检测方法，其特征在于，通过对所有扫描点的位置和高度值初次筛选极大值点，得到第一组极大值组，再对第一组极大值组第二次筛选，得到所述高度极大值组。4.根据权利要求3所述的农作物冠层高度的检测方法，其特征在于，所述冠层高度包括冠层高度最大值和冠层高度平均值，冠层高度最大值是所述高度极大值组的最大值，冠层高度平均值是所述高度极大值组的平均值。5.根据权利要求2所述的农作物冠层高度的检测方法，其特征在于，所述垂直旋转运动和水平旋转运动的方式为：a)设置测距仪扫描时的起始位置的垂直旋转角度为A＝A1，水平旋转角度为B＝B1，结束位置的垂直旋转角度为A＝An，B＝Bn；b)以起始位置为起点，首先固定垂直旋转角度，保持A1＝A不变，B从B1开始，以设定的角度β为角度步长进行正向水平旋转，直至B≥Bm时为止；然后保持B不变，以设定的角度α为角度步长垂直旋转一次，使A2＝A1+α，再保持A2不变，B从Bm开始，以β为角度步长进行反向水平旋转，直至B≤B1时为止；重复上述过程，直至A≥An时为止；c)每次旋转得到垂直旋转的角度Ai、水平旋转的角度Bj及激光发射口距离扫描点的距离值Rij(i＝1,2,…...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡锦涛，吴苏，王贝贝，阙艳红，刘伟杰，黄小龙，朱东红，李佳，王中金，李涛，张振强，刘峰磊，李飞蝶，毛博识，
申请(专利权)人：河南中原光电测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41