基于处方图的变量作业机械的田间实时控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于处方图的变量作业机械的田间实时控制方法，它包括作业过程中机械槽轮转速的控制：S1、获取播种施肥机当前位置和处方图；S2、将位置数据结合加载的处方图文件，一起代入基于空间位置关系的处方值生成模型，得到当前位置所在处方图的地块编号以及相应处方值，作为初始作业量；S3、使用时间滞后模型修正，输出最终作业量。本发明专利技术能够根据农机位置数据和处方图文件实时生成处方值的所在地块判读模型，充分利用GIS技术处理空间关系的优势，快速准确地对农机所在地块实时判读，得到当前位置对应的处方值，并发送给变量作业机械，改变槽轮转速，实现变量作业。

Field real-time control method of variable operation machinery based on prescription chart

【技术实现步骤摘要】
基于处方图的变量作业机械的田间实时控制方法
本专利技术属于精确农业领域，具体是一种基于处方图的变量作业机械的田间实时控制方法。
技术介绍
作为精确农业领域的重要组成部分，变量播种施肥技术能实现物料的按需投入、变量实施，提高种子和化肥的利用率。而目前对于变量播种施肥技术的研究主要是放在硬件机械的优化以及作业处方图的生成上，比如变量播种施肥机械的驱动结构改造、肥箱结构的改造和槽轮结构的改造等，对于如何基于处方图实现变量作业机械的田间实时控制，真正实现农机农艺的结合方面的研究较少。精确农业(PrecisionAgriculture)是集3S技术(RS、GIS、GPS)、作物栽培管理技术、农业智能装备技术等于一身的新型农业生产和管理模式。作为精确农业的重要组成部分，精确播种施肥技术能够基于农田差异在每一个目标单元上按需变量作业，从而大幅地降低农业活动成本，显著提高农业作业的经济效益和生态效益。而传统的施肥方式是在一个区域内或一个地块内使用一个平均施肥量。由于土壤肥力在地块不同区域差别较大，所以平均施肥在肥力低而其它生产性状好的区域往往肥力不足，而在某种养分含量高而丰产性状不好的区域则引起过量施肥，其结果是浪费肥料资源，影响产量，污染环境。处方图是保存作业信息的重要载体，它能够反应出田块内部不同区域播种或者施肥的空间差异性，从而指导变量播种施肥机实施田间精确作业，极大地提高种子、化肥等物料的利用率，带来可观的经济效益和生态效益。而变量作业机械是装配变量作业控制系统和执行结构的智能农机，能够控制槽轮不同的开度/转速来实现物料的变量投入。目前对于处方图的生成模型以及变量作业机械的研究较多，对于如何基于处方图实现变量作业机械的田间实时控制的研究较少。很多对于变量作业机械的控制，只是简单地手动输入一个固定作业量，实现变量作业，这种作业方式割裂了农机和处方图的关系，没有真正实现农机农艺的结合。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中存在的问题，提出了一种基于处方图的变量作业机械的田间实时控制方法。技术方案：一种基于处方图的变量作业机械的田间实时控制方法，它包括作业过程中机械槽轮转速的控制，所述作业过程中机械槽轮转速的控制包括以下步骤：S1、获取播种施肥机当前位置和处方图；S2、将位置数据结合加载的处方图文件，一起代入基于空间位置关系的处方值生成模型，得到当前位置所对应的处方值，作为初始作业量；S3、使用时间滞后模型修正，输出最终作业量。优选的，所述处方值生成模型的处方值生成步骤为：S2-1、读取处方图文件；S2-2、获取处方图文件的要素集，得到地块集合S2-3、根据农机位置，依次取出集合中的地块对象；S2-4、判断地块对象是否存在：若不存在，则将处方值设为0，并进行S2-6；若存在，则进行S2-5；S2-5、判断农机位置所处点与地块是否包含：若不包含，则返回S2-3；若包含，则将地块对象的处方属性作为返回值，进行S2-6；S2-6、返回当前农机位置对应的处方值。优选的，S2-5中，利用点面拓扑关系判断算法，对农机位置与处方图里多边形拓扑关系进行判断。优选的，所述时间滞后模型为：其中：td为滞后时间，L为滞后距离，L1为GPS接收天线到物料箱中心的距离，H1为排料管在垂直方向的投影距离，α为排料口与地面垂直方向的夹角，g为重力加速度，t为物料颗粒从排料口到地面所用时间。优选的，所述物料颗粒从排料口到地面所用时间t的求解方法为：t＝t1+t2+t3+t4其中：t1为智能控制软件获取参数、进行计算、发送数据至播种施肥机的控制终端，控制终端发送控制信号至变量作业机械的时间总和，为常数；t2为播种施肥机构响应时间，为常数；t3为物料颗粒从排料管下滑的时间；t4为物料颗粒离开排料口到接触地面的时间。优选的，t3和t4分别通过下式获得：式中：α为排料口与地面垂直方向的夹角，g为重力加速度，H1为排料管在垂直方向的投影距离，H2为排料口距离地面的垂直高度。优选的，它还包括播种施肥机作业状态的实时控制，所述播种施肥机作业状态的实时控制包括三个步骤：首先智能控制软件向播种施肥机发送指令；然后播种施肥机根据接收到的指令，并反馈一个相同的指令给智能控制软件；最后智能控制软件向播种施肥机发送处方指令。优选的，播种施肥机作业状态包括开始作业、停止作业和继续作业。优选的，利用串口实现对播种施肥机作业状态的实时控制。本专利技术的有益效果1、机械槽轮转速的实时控制。能够根据农机位置数据和处方图文件实时生成处方值的所在地块判读模型，充分利用GIS技术处理空间关系的优势，快速准确地对农机所在地块实时判读，得到当前位置对应的处方值，并发送给变量作业机械，改变槽轮转速，实现变量作业。2、机械作业状态的实时控制。利用串口实现播种施肥机作业状态的控制，包括开始作业、停止作业、继续作业等。附图说明图1为作业量动态生成流程图图2为作业处方图图3为处方值生成模型图图4为时间滞后模型修正模型中农机结构示意图图5为优选的作业机械田间实时控制图图6为开始作业控制原理图图7为停止作业控制原理图具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此：本专利技术提供了一种基于处方图的变量作业机械田间实时控制的解决方法，既包括作业过程中机械槽轮转速的控制，即作业量的动态生成。优选的方案中，又包括播种施肥机作业状态的实时控制。对于作业量的动态生成，技术路线如图1所示，将处方图和农机位置数据代入处方值生成模型，得到一个初始作业量，然后利用时间滞后模型对作业量进行修正，生成最终目标作业量。详细步骤如下：首先获取农机(播种施肥机)当前位置的经纬度信息(33.0853634N，119.8845040E)，将位置数据结合加载的处方图文件一起代入基于空间位置关系的处方值生成模型，得到当前位置所在处方图的地块编号以及相应处方值，作为初始作业量。我们用到的处方图文件格式是由ESRI公司提供的Shapefile格式，Shapefile文件是ArcGIS的基础文件类型，主要用来存储点、线、多边形等几何对象的坐标信息和属性信息。Shapefile格式文件至少包含3个文件，他们的后缀是：shp、dbf、shx。其中“.shp”文件主要存储地理形状和位置信息，“.dbf”文件存储属性信息，而“.shx”文件则是索引文件。处方图文件如图2所示，其中每个地块颜色的不同代表处方值的大小，颜色越绿表示处方值越小，应施物料越少，颜色越红表示处方值越大，应施物料越多(受专利审查指南规定限制，附图2无法显示颜色，可在审查意见答复中补充原彩色图)。表1为处方图文件的部分属性表信息，表中每一行数据对应处方图里的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于处方图的变量作业机械的田间实时控制方法，其特征在于它包括作业过程中机械槽轮转速的控制，所述作业过程中机械槽轮转速的控制包括以下步骤：/nS1、获取播种施肥机当前位置和处方图；/nS2、将位置数据结合加载的处方图文件，一起代入基于空间位置关系的处方值生成模型，得到当前位置所对应的处方值，作为初始作业量；/nS3、使用时间滞后模型修正，输出最终作业量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于处方图的变量作业机械的田间实时控制方法，其特征在于它包括作业过程中机械槽轮转速的控制，所述作业过程中机械槽轮转速的控制包括以下步骤：
S1、获取播种施肥机当前位置和处方图；
S2、将位置数据结合加载的处方图文件，一起代入基于空间位置关系的处方值生成模型，得到当前位置所对应的处方值，作为初始作业量；
S3、使用时间滞后模型修正，输出最终作业量。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述处方值生成模型的处方值生成步骤为：
S2-1、读取处方图文件；
S2-2、获取处方图文件的要素集，得到地块集合
S2-3、根据农机位置，依次取出集合中的地块对象；
S2-4、判断地块对象是否存在：若不存在，则将处方值设为0，并进行S2-6；若存在，则进行S2-5；
S2-5、判断农机位置所处点与地块是否包含：若不包含，则返回S2-3；若包含，则将地块对象的处方属性作为返回值，进行S2-6；
S2-6、返回当前农机位置对应的处方值。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于S2-5中，利用点面拓扑关系判断算法，对农机位置与处方图里多边形拓扑关系进行判断。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述时间滞后模型为：






其中：td为滞后时间，L为滞后距离，L1为GPS接收天线到物料箱中心的距离，H1为排料管在垂直方向的投...

【专利技术属性】
技术研发人员：田永超，张小虎，欧阳真，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32