一种深耕机耕深监测及异物感知系统技术方案

本发明专利技术涉及作业监测技术领域，具体涉及一种深耕机耕深监测及异物感知系统，包括处理控制单元、深度监测单元、异物感知单元和地形地貌分析单元，所述深度监测单元设置在深耕机的深耕刀具上，用于实时监测深耕刀具的耕作深度，并将监测到的深度信息发送至处理控制单元；所述异物感知单元安装在深耕机的前端，用于感知土壤中的异物，并将感知到的异物信息发送至处理控制单元；所述地形地貌分析单元设置于深耕机的前端，用于实时扫描并分析前方的地形地貌特征；所述处理控制单元根据接收到的深度信息、异物信息以及地形地貌分析结果，本发明专利技术，不仅能提高深耕的效率，还能提高深耕的质量，从而提高农作物的产量，增强农业生产的经济效益。济效益。济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种深耕机耕深监测及异物感知系统


[0001]本专利技术涉及作业监测
，尤其涉及一种深耕机耕深监测及异物感知系统。

技术介绍

[0002]深耕是农业生产中的重要环节，其目的是改善土壤结构，增强土壤的透气性和保水性，从而提高农作物的产量，在深耕过程中，深耕机的作业深度和作业效率是影响深耕效果的两个关键因素。
[0003]现有的深耕机大多数是通过人工操作控制作业深度，这种方法既费时又费力，而且控制精度低，容易导致作业深度偏离预设值，此外，现有的深耕机在遇到地下异物（如石头、根系等）时，往往只能停止作业，然后由人工清除异物，这大大降低了作业效率，同时，对于不同地形地貌的土地，深耕机的作业策略通常需要手动调整，这对操作员的技术要求较高，而且操作难度大。
[0004]另一方面，现有的深耕机大多数是通过机械式的深度控制系统，控制深耕刀具的作业深度，这种深度控制系统的反应速度慢，而且控制精度低，容易受到土壤硬度、湿度和地形地貌等因素的影响，导致深耕深度不稳定，此外，现有的深度控制系统大多数是单一功能的，不能满足深耕机在复杂环境下的作业需求。
[0005]为解决上述问题，有必要开发一种新型的深耕机耕深监测及异物感知系统，以实现自动、精确、智能的深耕深度控制和异物避让。

技术实现思路

[0006]基于上述目的，本专利技术提供了一种深耕机耕深监测及异物感知系统。
[0007]一种深耕机耕深监测及异物感知系统，包括处理控制单元、深度监测单元、异物感知单元和地形地貌分析单元；所述深度监测单元设置在深耕机的深耕刀具上，用于实时监测深耕刀具的耕作深度，并将监测到的深度信息发送至处理控制单元；所述异物感知单元安装在深耕机的前端，用于感知土壤中的异物，并将感知到的异物信息发送至处理控制单元；所述地形地貌分析单元设置于深耕机的前端，用于实时扫描并分析前方的地形地貌特征，该特征包括坡度、硬度和湿度，并将分析结果发送至处理控制单元；所述处理控制单元根据接收到的深度信息、异物信息以及地形地貌分析结果，精细化控制深耕机的工作状态，以实现深耕深度的自适应调整、异物的自动避让以及对复杂地形地貌的智能应对。
[0008]进一步的，所述深度监测单元包括深度传感器、深度信号处理器和深度校准模块；所述深度传感器设置在深耕刀具的下部，用于实时检测深耕刀具与土壤的相对位置；所述深度信号处理器用于处理深度传感器检测到的深度信号，并将处理后的深度
信息发送至处理控制单元；所述深度校准模块用于校准深度传感器，包括使用预先设定的深度参数进行校准，以及使用过往采集的深度数据对深度传感器进行自动校准，以提高深耕深度的监测精度；所述深度传感器为超声波距离传感器。
[0009]进一步的，所述深度校准模块具体为：对于预设深度参数的校准：首先设定一组预设的深度参数，包括最小耕深、最大耕深、预设的工作耕深，然后将该参数输入到深度传感器中，使深度传感器按照预设参数进行深度检测；对于自动校准：首先根据深度传感器在过往深耕作业中采集的深度数据，计算出各深度数据的统计特性，包括平均值、方差和分布特性，然后根据该统计特性，调整深度传感器的检测范围和灵敏度，使深度传感器能够更准确地检测到实际的耕深；对于复杂土质条件下的自适应校准：通过地形地貌分析单元获取的地形地貌特征信息，包括土壤的硬度、湿度，与已知的地质参数对照，调整深度传感器的检测参数，使其能够在不同土质条件下，准确反映实际耕深。
[0010]进一步的，所述处理控制单元包括深度控制器和异物控制器，所述深度控制器根据接收到的深度信息，调整深耕刀具的耕作深度，所述异物控制器根据接收到的异物信息，控制深耕机的运行轨迹，以避开土壤中的异物，所述深度控制器和异物控制器通过调整深耕机的液压系统，来改变深耕刀具的耕作深度和深耕机的运行轨迹。
[0011]进一步的，所述系统还包括一个数据记录单元，该数据记录单元连接处理控制单元，用于记录并储存深耕刀具的耕作深度数据和土壤中异物的检测数据，具体为：数据记录单元按照预设的时间间隔，周期性地记录深耕刀具的耕作深度数据，记录内容包括深度值、深度变化速率和深度变化趋势；数据记录单元记录异物探测器检测到的所有异物数据，包括异物的大小、深度、材质和深耕机对异物的避让策略；数据记录单元还记录深耕机的工作状态数据，包括液压系统的工作参数、深耕机的运行轨迹和运行速度；数据记录单元采用非易失性储存器，在深耕机断电后，避免数据丢失；数据记录单元提供与外部设备的数据接口，用于将储存的数据导出，以便进行数据分析和生成深耕作业报告。
[0012]进一步的，所述处理控制单元包括人工智能处理子模块，该模块采用机器学习算法，根据过往的深度信息和异物信息，自动优化深耕深度的控制策略和异物避让策略，以提高深耕效果和作业效率，具体的：该人工智能处理子模块采用深度强化学习算法，算法目标是根据当前的状态（s），采取某个动作（a），获得最大的未来奖励（R），所述深度强化学习算法基于贝尔曼方程，具体如下：;其中，V(s)是在状态s下，采取最优策略能够获得的最大未来奖励，R(s,a)是在状态s下，采取动作a能够获得的即时奖励，γ是奖励的折扣因子，Σs' P(s'|s,a)是在状态s下，采取动作a后，转移到状态s'的概率；
其中，状态s包括当前的深度信息和异物信息，动作a包括改变深耕深度和改变深耕机的运行轨迹，即时奖励R(s, a)设定为深耕效果和作业效率的某种组合。
[0013]进一步的，所述地形地貌分析单元包括高精度全球定位系统和地形地貌识别算法，具体包括：高精度全球定位系统，用于实时获取深耕机的地理位置，包括经度、纬度和海拔高度；地形地貌识别算法，该算法通过分析连续的GPS数据，用于识别土地的斜度、坡向和曲率特征；地形地貌分析单元通过地形地貌识别算法，预测深耕机前方的地形地貌变化；地形地貌分析单元将识别和预测的地形地貌特征，以地形地貌信息的形式，发送给处理控制单元，处理控制单元可以根据地形地貌信息，调整深耕深度的控制策略和异物避让策略。
[0014]进一步的，所述地形地貌识别算法基于规则的方法，具体包括，斜度计算：斜度是地表最基本的地形地貌特征之一，对于深耕机的作业深度控制和异物避让策略具有重要影响，使用连续两次GPS高度数据计算出斜度，具体来说，假设在t
‑
1时刻和t时刻，深耕机的GPS高度分别为h(t
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1)和h(t)，移动距离为d(t)，那么，斜度S(t)可以用下面的公式计算：;坡向计算：坡向是指斜坡的方向，对于深耕机的作业方向控制具有重要影响，使用连续两次GPS方向数据计算出坡向，具体来说，假设在t
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1时刻和t时刻，深耕机的GPS方向分别为θ(t
‑
1)和θ(t)，那么，坡向D(t)可以用下面的公式计算：;曲率计算：曲率是指地表的弯曲程度，对于深耕机的作业轨迹控制具有重要影响，我们可以使用连续三次GPS位置数据计算出曲率，具体来说，假设在t
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2时刻、t
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深耕机耕深监测及异物感知系统，其特征在于，包括处理控制单元、深度监测单元、异物感知单元和地形地貌分析单元；所述深度监测单元设置在深耕机的深耕刀具上，用于实时监测深耕刀具的耕作深度，并将监测到的深度信息发送至处理控制单元；所述异物感知单元安装在深耕机的前端，用于感知土壤中的异物，并将感知到的异物信息发送至处理控制单元；所述地形地貌分析单元设置于深耕机的前端，用于实时扫描并分析前方的地形地貌特征，该特征包括坡度、硬度和湿度，并将分析结果发送至处理控制单元；所述处理控制单元根据接收到的深度信息、异物信息以及地形地貌分析结果，精细化控制深耕机的工作状态，以实现深耕深度的自适应调整、异物的自动避让以及对复杂地形地貌的智能应对。2.根据权利要求1所述的一种深耕机耕深监测及异物感知系统，其特征在于，所述深度监测单元包括深度传感器、深度信号处理器和深度校准模块，所述深度传感器设置在深耕刀具的下部，用于实时检测深耕刀具与土壤的相对位置；所述深度信号处理器用于处理深度传感器检测到的深度信号，并将处理后的深度信息发送至处理控制单元；所述深度校准模块用于校准深度传感器，包括使用预先设定的深度参数进行校准，以及使用过往采集的深度数据对深度传感器进行自动校准，以提高深耕深度的监测精度；所述深度传感器为超声波距离传感器。3.根据权利要求2所述的一种深耕机耕深监测及异物感知系统，其特征在于，所述深度校准模块具体为：对于预设深度参数的校准：首先设定一组预设的深度参数，包括最小耕深、最大耕深、预设的工作耕深，然后将该参数输入到深度传感器中，使深度传感器按照预设参数进行深度检测；对于自动校准：首先根据深度传感器在过往深耕作业中采集的深度数据，计算出各深度数据的统计特性，包括平均值、方差和分布特性，然后根据该统计特性，调整深度传感器的检测范围和灵敏度，使深度传感器能够更准确地检测到实际的耕深；对于复杂土质条件下的自适应校准：通过地形地貌分析单元获取的地形地貌特征信息，包括土壤的硬度、湿度，与已知的地质参数对照，调整深度传感器的检测参数，使其能够在不同土质条件下，准确反映实际耕深。4.根据权利要求1所述的一种深耕机耕深监测及异物感知系统，其特征在于，所述处理控制单元包括深度控制器和异物控制器，所述深度控制器根据接收到的深度信息，调整深耕刀具的耕作深度，所述异物控制器根据接收到的异物信息，控制深耕机的运行轨迹，以避开土壤中的异物，所述深度控制器和异物控制器通过调整深耕机的液压系统，来改变深耕刀具的耕作深度和深耕机的运行轨迹。5.根据权利要求1所述的一种深耕机耕深监测及异物感知系统，其特征在于，所述系统还包括一个数据记录单元，该数据记录单元连接处理控制单元，用于记录并储存深耕刀具的耕作深度数据和土壤中异物的检测数据，具体为：数据记录单元按照预设的时间间隔，周期性地记录深耕刀具的耕作深度数据，记录内
容包括深度值、深度变化速率和深度变化趋势；数据记录单元记录异物探测器检测到的所有异物数据，包括异物的大小、深度、材质和深耕机对异物的避让策略；数据记录单元还记录深耕机的工作状态数据，包括液压系统的工作参数、深耕机的运行轨迹和运行速度；数据记录单元采用非易失性储存器，在深耕机断电后，避免数据丢失；数据记录单元提供与外部设备的数据接口，用于将储存的数据导出，以便进行数据分析和生成深耕作业报告。6.根据权利要求1所述的一种深耕机耕深监测及异物感知系统，其特征在于，所述处理控制单元包括人工智能处理子模块，该模...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宏然，邵长敏，潘潇，郑强，武永杨，王建军，张廷宇，李建，单雷，
申请(专利权)人：济宁中堃农业机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：