本发明专利技术属于植保技术领域，涉及一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统与方法，主要包括激振装置、音频采集器、数据采集模块、控制器、电源等。激振装置和音频采集器可通过伸缩式激振装置支撑杆和音频采集器支撑杆调整高度，实现对不同高度冠层叶密度的测量；数据采集模块用于储存音频采集器获取的音频信号；控制器与数据采集模块实时通讯，能够对音频信号进行傅里叶变换、滤波、特征参数提取等处理，同时基于构建的叶密度估测模型实现对果树冠层叶密度的估测；上位机可以实时显示处理过程中的音频信号的时域与频域波形、音频特征参数、获取的果树冠层叶密度等。本发明专利技术能够为果园精量施药的冠层特征精确识别提供理论依据。量施药的冠层特征精确识别提供理论依据。量施药的冠层特征精确识别提供理论依据。
【技术实现步骤摘要】
一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统与方法
[0001]本专利技术涉及果园植保
，具体说是一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统与方法。
技术介绍
[0002]现有的用于果树的精量(全方位)风送施药作业过程中，果树冠层特征的实时检测是实现精量风送施药的首要问题。
[0003]现有研究中，果树冠层特征主要选取冠层体积、叶墙面积等指标，一般采用“传感器扫描/采集
→
求解几何方程
→
拟合树冠轮廓”的方法，简化了树冠非对称、多孔隙的结构，忽略了主要受药对象是相对稀疏的叶片这一客观事实。
[0004]叶面积体密度(以下简称“叶密度”)是指作物某一高度上单位体积内叶面积的总和，相比于冠层体积、叶墙面积等指标，更能表征冠层长势与受药对象数量，而现有研究很少涉及在线测量冠层叶密度的方法。
[0005]专利CN103528920A提供公开了一种叶面积体密度的测量装置与方法，其给出的叶面积体密度测量装置，包括半导体激光器、扩束器、控制器、电源电路，以及接收传感器、探杆，所述探杆为叶面积体密度测量装置主体框架，呈鱼叉结构，平行的两个直杆为叶面积体密度测量装置的光学探测部分，两个直杆的距离为50cm或者100cm，其中一个直杆末端安装一个或者多个半导体激光器，激光器发射的光束垂直指向安装在另外一个直杆末端的接收传感器。从其工作过程以及工作原理分析，实际上仍是利用传感器信号反演叶密度，受限于传感器精度以及环境因素影响，测量结果的精度容易受到影响，很难满足在植保作业过程中在线测量的要求。
[0006]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于：针对果树冠层不同叶密度下受激振发出声音的不同，提供一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统与方法，以解决施药作业过程中叶密度获取困难的问题，实现对果树冠层叶密度的快速预测，满足果树精量风送施药的需要。
[0008]为达到以上目的，本专利技术采用的具体技术方案如下所述：
[0009]一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统，其特征在于，包括激振装置1、激振装置支撑杆2、音频采集器3、音频采集器支撑杆4、支撑轮5、数据采集模块6、控制器7、电源8、移动平台9和上位机10；
[0010]所述的激振装置1通过激振装置支撑杆2固定安装在移动平台9的后端，用于迫使果树冠层树叶和枝干晃动并产生音频；
[0011]所述的音频采集器3通过音频采集器支撑杆4安装在移动平台9的前端，用于对音频信号的采集；
[0012]音频采集器3与数据采集模块6通讯，将采集到的音频信号实时传输到数据采集模块6中；
[0013]所述的控制器7与数据采集模块6连接，用于对音频信号进行滤波、傅里叶变换、特征参数提取等处理，获取音频信号的特征参数，并进一步基于叶密度估测模型获取冠层的实际叶密度，实现对果树冠层叶密度的估测；
[0014]激振装置支撑杆2和音频采集器支撑杆4采用可伸缩式设计，能够调节激振装置1和音频采集器3的高度，实现对果树冠层不同高度位置的叶密度估测；
[0015]激振装置1的安装位置离地面的高度h1和音频采集器3的安装位置离地面的高度h2满足以下条件：
[0016][0017]其中，L为激振装置支撑杆2与音频采集器支撑杆4的水平距离，α为风吹动装置覆盖角度的一半；
[0018]所述的上位机10安装在移动平台9的上部，可与控制器7通讯，将控制器7对音频信号处理得到的音频特征参数以及果树冠层叶密度估测值进行直观显示；
[0019]所述的电源8、数据采集模块6和控制器7安装在移动平台9的底部置物台上；
[0020]所述的控制器7通过驱动机构调整支撑轮5的行驶速度和方向，从而实现移动平台9的移动控制；所述的控制器7通过驱动机构调整音频采集器支撑杆4的伸缩升降，从而实现音频采集器3的高度控制；所述的控制器7通过驱动机构调整激振装置支撑杆2的伸缩升降，从而实现激振装置1的高度控制；
[0021]所述的电源8为激振装置1、音频采集器3、数据采集模块6、控制器7、上位机10进行供电。
[0022]在上述技术方案的基础上，所述的一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统，采用的果树冠层叶密度估测方法，包括以下步骤：
[0023]S1：将叶密度估测系统移动到冠层估测位置，调整激振装置1和音频采集器3的高度，系统开启；
[0024]S2：激振装置1迫使果树冠层估测位置的枝叶晃动，使“枝
‑
叶”、“叶
‑
叶”之间相互摩擦产生音频；
[0025]S3：音频采集器3采集原始音频信号；
[0026]S4：将原始音频信号传输到数据采集模块6进行储存；
[0027]S5：控制器7对数据采集模块6中的原始音频信号进行傅里叶变换、滤波等预处理，获取去除风声、环境噪声等干扰音频后的果树冠层实际音频信号；
[0028]S6：控制器7对果树冠层实际音频信号作进一步处理，从而得到音频信号的短时能量、特征频率、过零率等特征参数；
[0029]S7：以音频特征参数作为输入，导入到基于音频特征参数的叶密度估测模型中；
[0030]S8：获取果树冠层叶密度；
[0031]S9：上位机10实时显示处理过程中的音频特征参数、获取的果树冠层叶密度、以及音频信号的时域与频域波形等特征。
[0032]在上述技术方案的基础上，所述的果树冠层叶密度估测方法中，所述基于音频特
征参数的叶密度估测模型采用数学建模方法或机器学习方法等构建，具体如下：
[0033]方式一：基于音频特征参数的叶密度估测模型采用数学建模方法构建时，利用公式2所示数学关系表达式，构建叶密度F与音频特征参数T
i
之间的函数关系；
[0034]F＝K
i
·
T
i
+B
ꢀꢀꢀ
(2)
[0035]其中T
i
为控制器7对音频信号处理获取的音频特征参数，T
i
＝[t1,t2,t3,
…
,t
n
]T
，K
i
为音频特征参数的系数，K
i
＝[k1,k2,k3,
…
,k
n
]，B为阈值补偿参数；
[0036]方式二：基于音频特征参数的叶密度估测模型采用机器学习方法构建时，机器学习方法构建预测模型一般包括输入层、隐含层和输出层，以控制器7对音频信号处理获取的音频特征参数T
i
作为输入，叶密度F作为输出，构建多输入单输出的预测模型，实现对果树冠层叶密度的预测。
[0037]本专利技术所述的一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统与方法，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统，其特征在于，包括激振装置(1)、激振装置支撑杆(2)、音频采集器(3)、音频采集器支撑杆(4)、支撑轮(5)、数据采集模块(6)、控制器(7)、电源(8)、移动平台(9)和上位机(10)；所述的激振装置(1)通过激振装置支撑杆(2)固定安装在移动平台(9)的后端，用于迫使果树冠层树叶和枝干晃动并产生音频；所述的音频采集器(3)通过音频采集器支撑杆(4)安装在移动平台(9)的前端，用于对音频信号的采集；音频采集器(3)与数据采集模块(6)通讯，将采集到的音频信号实时传输到数据采集模块(6)中；所述的控制器(7)与数据采集模块(6)连接，用于对音频信号进行滤波、傅里叶变换、特征参数提取等处理，获取音频信号的特征参数，并进一步基于叶密度估测模型获取冠层的实际叶密度，实现对果树冠层叶密度的估测；激振装置支撑杆(2)和音频采集器支撑杆(4)采用可伸缩式设计，能够调节激振装置(1)和音频采集器(3)的高度，实现对果树冠层不同高度位置的叶密度估测；激振装置(1)的安装位置离地面的高度h1和音频采集器(3)的安装位置离地面的高度h2满足以下条件：其中，L为激振装置支撑杆(2)与音频采集器支撑杆(4)的水平距离，α为风吹动装置覆盖角度的一半；所述的上位机(10)安装在移动平台(9)的上部，可与控制器(7)通讯，将控制器(7)对音频信号处理得到的音频特征参数以及果树冠层叶密度估测值进行直观显示；所述的电源(8)、数据采集模块(6)和控制器(7)安装在移动平台(9)的底部置物台上；所述的控制器(7)通过驱动机构调整支撑轮(5)的行驶速度和方向，从而实现移动平台(9)的移动控制；所述的控制器(7)通过驱动机构调整音频采集器支撑杆(4)的伸缩升降，从而实现音频采集器(3)的高度控制；所述的控制器(7)通过驱动机构调整激振装置支撑杆(2)的伸缩升降，从而实现激振装置(1)的高度控制；所述的电源(8)激振装置(1)、音频采集器(3)、数据采集模块(6)、控制器(7)、上位机(10)进行供电。2.如权利要求1所述的一种基于激振音频的果树冠层叶密度估测系统，其特征在于，所述的估测系统采用的果树冠层叶密度估测方法，包括以下步骤：S1：将叶密度估测系统移动到冠层估测位置，调整激振装置(1)和音频采集器(3)的高度，系统开启；...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑永军，江世界，李文伟，杨圣慧，谭彧，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。