农田地表平整度测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种农田地表平整度测量系统及测量方法，包括第一支撑装置、第二支撑装置、激光扫描装置、电动丝杆装置、直线导轨及控制器；支撑装置可滑动地安装在直线导轨一端，第二支撑装置可滑动地安装在直线导轨另一端，激光扫描装置可滑动地安装在直线导轨上且位于第一支撑装置和第二支撑装置之间，电动丝杆装置的一端与第一支撑装置相连、电动丝杆装置的另一端与第二支撑装置相连，电动丝杆装置、第一支撑装置及激光扫描装置均与控制器电连。通过电动丝杆装置带动激光扫描仪沿直线导轨移动，通过一次架设测量系统，可获得多个测量区域内地表剖面线上的高度分布数据，从而提高了测量精度和测量效率。

【技术实现步骤摘要】
农田地表平整度测量系统及测量方法
本专利技术涉及农田测量
，具体涉及一种农田地表平整度测量系统及测量方法。
技术介绍
农业耕整地作业生产中，作业厢面平整度、厢沟深度及宽度稳定性、厢宽稳定性等参数是判断土地耕整质量的重要指标，也是评价土地耕整后田块是否符合作物播种农艺要求的重要依据。上述指标均可通过对地表剖面高度数据进行计算处理获得，而针对地表剖面高度轮廓的测量方法，传统多采用直接接触测量法，如尺杆法、插杆法、针式轮廓线法及板式轮廓线法等，这些测量方法不仅需要大量人力配合，费时费力、效率低下，且在接触测量过程中还会破坏原有测量表面，使测量数据的可靠性降低。中国专利技术专利(授权公开号CN102706295B、授权公告日2014.11.05)公开了一种地表粗糙度测量系统及测量方法，利用激光测距装置测量与地面点的距离的方法，能够代替接触测量法，不会破坏原有测量表面，但该方法每次作业只能测量单个土壤剖面高度数据，效率较低，且在多组数据测量过程中，需要多次架设支撑装置，使得每组测量数据之间存在一定误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术的不足，提供一种能够一次性测量完成被测区域内多组土壤剖面高度数据的农田地表平整度测量系统及测量方法，实现农田耕整过程中厢面平整度参数的准确、快速获取，从而提高测量效率和测量精度。为实现上述目的，本专利技术所设计的农田地表平整度测量系统，包括第一支撑装置、第二支撑装置、激光扫描装置、电动丝杆装置、直线导轨及控制器；其中，所述第一支撑装置可滑动地安装在所述直线导轨一端，所述第二支撑装置可滑动地安装在所述直线导轨另一端，所述激光扫描装置可滑动地安装在所述直线导轨上且位于所述第一支撑装置和所述第二支撑装置之间，所述电动丝杆装置的一端与所述第一支撑装置相连、所述电动丝杆装置的另一端与所述第二支撑装置相连，所述电动丝杆装置、所述第一支撑装置及所述激光扫描装置均与所述控制器电连。进一步地，还包括安装在所述直线导轨上且与所述直线导轨平行布置的倾角传感器。进一步地，所述第一支撑装置包括第一触地杆、通过第一锁紧连接套与所述第一触地杆相连的第一连接杆、固定安装在所述第一连接杆顶端的调平电机、与所述调平电机输出轴相连的调平丝杆、与所述调平丝杆通过螺纹配合的调平叉及与所述调平叉相连的第一滚珠滑块；所述第一滚珠滑块包括第一滚珠滑块本体、固定在所述第一滚珠滑块本体下端的第一支撑轴承及固定在所述第一支撑轴承下端的第一轴承，所述第一滚珠滑块本体安装在所述直线导轨上。进一步地，所述调平叉与所述第一轴承通过销钉铰接。进一步地，所述第二支撑装置包括第二触地杆、通过第二锁紧连接套与所述第二触地杆相连的第二连接杆、安装在所述第二连接杆顶端的第二滚珠滑块、安装在所述第二滚珠滑块侧部的角度尺及安装在所述角度尺指针下端的吊线坠；所述第二滚珠滑块包括第二滚珠滑块本体、在所述第二滚珠滑块本体下端的步进电机安装孔位及固定在所述步进电机安装孔位下端的第二销孔，所述第二滚珠滑块本体安装在所述直线导轨上。进一步地，所述激光扫描装置包括第三滚珠滑块和安装在第三滚珠滑块下端的激光扫描仪；所述第三滚珠滑块包括第三滚珠滑块本体及在所述第三滚珠滑块本体下端的丝杆螺纹孔，所述第三滚珠滑块本体安装在所述直线导轨上且沿所述直线导轨滑动。进一步地，所述电动丝杆装置包括步进电机及通过膜片联轴器与所述步进电机输出轴相连的丝杆，其中，所述步进电机安装在所述所述第二滚珠滑块本体下端的步进电机安装孔位上且丝杆的自由端依次穿过所述第二支撑装置、所述激光扫描装置和所述第一支撑装置。进一步地，所述步进电机上带有旋转编码器，所述编码器与所述控制器相连。还提供一种如上述所述田地表平整度测量系统的测量方法，包括如下步骤：1)架设好测量系统，通过第二支撑装置中的吊线坠和角度尺确定第二连接杆为误差范围内的铅锤方向，并使第一支撑装置与第二支撑装置保持共面，粗调第一支撑装置及第二支撑装置高度使直线导轨近似水平；2)给系统上电，待系统初始化完成后，控制器读取倾角传感器采集的倾角数据，并根据倾角数据发送控制指令给调平电机，调平电机根据控制器解算倾角数据得到的控制指令调整直线导轨至水平状态；3)设置第三滚珠滑块间歇移动距离L和第三滚珠滑块间歇移动次数A，待参数设置完成后，控制器控制步进电机运转和激光扫描仪工作；4)激光扫描仪在步进电机运转过程的每次第三滚珠滑块间歇停顿时，控制器发送指令使激光扫描仪在该第三滚珠滑块间歇停顿位置连续采样M次，获得M组距离扫描数据，M为自然数，然后计算该第三滚珠滑块间歇停顿位置处的厢面平整度；计算完成后发送步进电机运转指令使激光扫描仪移动到下一个第三滚珠滑块间歇停顿位置进行扫描采样，直至达到设置的第三滚珠滑块间歇移动次数A，完成一次数据采样过程；最后计算厢面平整度的平均值。进一步地，所述步骤4)中每次第三滚珠滑块间歇停顿位置处厢面平整度和厢面平整度平均值的计算过程如下：4a)对每次第三滚珠滑块间歇停顿位置接收的距离扫描数据进行提取和转换：STM32F4单片机接收并提取由激光扫描仪采集的每组距离扫描数据的各数据点用dij表示，于是获取的距离扫描数据集可表示为{(dij)|i＝1,2,…M；j＝1,2…N}，其中i为第三滚珠滑块间歇位置的采样序号，M为连续采样的最大次数；j为每组距离扫描数据中的数据对应序号，N为每组距离扫描数据的个数；对每个第三滚珠滑块间歇位置采集的M组距离扫描数据按对应距离数据位置求均值，得到该第三滚珠滑块间歇位置的一组距离测量数据{(dj)|j＝1,2…N}；4b)将步骤4a)中得到的一组距离测量数据按照极坐标与直角坐标转换公式转换成直角坐标系下的一组坐标数据集，转换后的一组坐标数据集为{(yj,zj)|j＝1,2…N}，其中(yj,zj)为dj在N＝j时所转换的二维直角坐标点；4c)对步骤4b)中获得的一组坐标数据集通过线性回归消除倾斜趋势后，计算厢面平整度DV；厢面平整度DV计算过程如下：计算时首先提取已消除倾斜趋势的单组距离测量数据在厢面内的有效数据zj，则厢面平整度可表示为其中，N为厢面内数据点个数，z为每个厢面内各点距离zj的平均值；4d)重复步骤4a)～4c)，得到所有第三滚珠滑块间歇位置的厢面平整度数值{(DVk)|k＝1,2,…A+1}，再进行均值处理，测量完成后完整厢面的平整度为各距离测量数据所得平整度的平均值，即与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术采用激光扫描仪测量农田作业地表轮廓参数，通过电动丝杆装置带动激光扫描仪沿直线导轨移动，通过一次架设测量系统，可获得多个测量区域内地表剖面线上的高度分布数据，从而提高了测量精度和测量效率；2)用倾角传感器和调平电机能够自动调节直线导轨使其水平布置，确保激光扫描仪测量数据的准确性，免除数据后处理中系统误差修正的程序；3)用非接触式测量方法，避免了传统接触式测量方法的不足，适用于多种农业测量工况；4)该测量系统采用拼接方式，容易拆装，人为因素造成测量误差几率小。附图说明图1为本专利技术农田地表平整度测量系统整体结构示意图；图2为图1中第一支撑装置结构示意图；图3为图2中第一滚珠滑块结构示意图；图4为图1中第二支撑装置结构示意图；图5为图4中第二滚珠滑块结构示意图；图6为图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农田地表平整度测量系统，其特征在于：包括第一支撑装置(10)、第二支撑装置(70)、激光扫描装置(40)、电动丝杆装置(60)、直线导轨(20)及控制器(50)；其中，所述支撑装置(10)安装在所述直线导轨(20)一端，所述第二支撑装置(70)安装在所述直线导轨(20)另一端，所述激光扫描装置(40)可滑动地安装在所述直线导轨(20)上且位于所述第一支撑装置(10)和所述第二支撑装置(70)之间，所述电动丝杆装置(60)的一端与所述第一支撑装置(10)相连、所述电动丝杆装置(60)的另一端与所述第二支撑装置(70)相连，所述电动丝杆装置(60)、所述第一支撑装置(10)及所述激光扫描装置(40)均与所述控制器(50)电连。

【技术特征摘要】
1.一种农田地表平整度测量系统，其特征在于：包括第一支撑装置(10)、第二支撑装置(70)、激光扫描装置(40)、电动丝杆装置(60)、直线导轨(20)及控制器(50)；其中，所述支撑装置(10)安装在所述直线导轨(20)一端，所述第二支撑装置(70)安装在所述直线导轨(20)另一端，所述激光扫描装置(40)可滑动地安装在所述直线导轨(20)上且位于所述第一支撑装置(10)和所述第二支撑装置(70)之间，所述电动丝杆装置(60)的一端与所述第一支撑装置(10)相连、所述电动丝杆装置(60)的另一端与所述第二支撑装置(70)相连，所述电动丝杆装置(60)、所述第一支撑装置(10)及所述激光扫描装置(40)均与所述控制器(50)电连。2.根据权利要求1所述农田地表平整度测量系统，其特征在于：还包括安装在所述直线导轨(20)上且与所述直线导轨(20)平行布置的倾角传感器(30)。3.根据权利要求1或2所述农田地表平整度测量系统，其特征在于：所述第一支撑装置(10)包括第一触地杆(11)、通过第一锁紧连接套(12)与所述第一触地杆(11)相连的第一连接杆(13)、固定安装在所述第一连接杆(13)顶端的调平电机(14)、与所述调平电机(14)输出轴相连的调平丝杆(15)、与所述调平丝杆(15)通过螺纹配合的调平叉(16)及与所述调平叉(16)相连的第一滚珠滑块(17)；所述第一滚珠滑块(17)包括第一滚珠滑块本体(173)、固定在所述第一滚珠滑块本体(173)下端的第一支撑轴承(172)及固定在所述第一支撑轴承(172)下端的第一轴承(171)，所述第一滚珠滑块本体(173)安装在所述直线导轨(20)上。4.根据权利要求3所述农田地表平整度测量系统，其特征在于：所述调平叉(16)与所述第一轴承(171)通过销钉(80)铰接。5.根据权利要求1或2所述农田地表平整度测量系统，其特征在于：所述第二支撑装置(70)包括第二触地杆(71)、通过第二锁紧连接套(72)与所述第二触地杆(71)相连的第二连接杆(73)、安装在所述第二连接杆(73)顶端的第二滚珠滑块(77)、安装在所述第二滚珠滑块(77)侧部的角度尺(74)及安装在所述角度尺(71)指针(75)下端的吊线坠(76)；所述第二滚珠滑块(77)包括第二滚珠滑块本体(773)、在所述第二滚珠滑块本体(773)下端的步进电机安装孔位(772)及固定在所述步进电机安装孔位(772)下端的第二销孔(771)，所述第二滚珠滑块本体(773)安装在所述直线导轨(20)上。6.根据权利要求1或2所述农田地表平整度测量系统，其特征在于：所述激光扫描装置(40)包括第三滚珠滑块(42)和安装在第三滚珠滑块(42)下端的激光扫描仪(41)；所述第三滚珠滑块(42)包括第三滚珠滑块本体(421)及在所述第三滚珠滑块本体(421)下端的丝杆螺纹孔(422)，所述第三滚珠滑块本体(421)安装在所述直线导轨(20)上且沿所述直线导轨(20)滑动。7.根据权利要求1或2所述农田地表平整度测量系统，其特征在于：所述电动丝杆装置(60)包括步进电机(61)及通过膜片联轴器(63)与所述步进电机(61)输出轴相连的丝杆(62)，其中，所述步进电机(61)安装在所述第二滚珠滑块本体(773)下端的步进电机安装孔位(772)上且丝杆(62)的自由端依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖庆喜，刘立超，舒彩霞，廖宜涛，张青松，魏国粱，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42