本发明专利技术涉及一种温室草莓冠层三维重构与测量装置及方法，它包括一设置在温室桁架上的行走机构，行走机构的控制端连接电控箱的一输出端，电控箱的输入端连接超声波传感器组；电控箱的另一输出端连接上位机，超声波传感器组将采集到的温室草莓植株的冠层轮廓点三维坐标数据经电控箱传输至上位机内进行数据处理；电控箱由电机控制模块和MCU主控板构成，MCU主控板输出端分别连接电机控制模块、超声波传感器组和上位机，MCU主控板与超声波传感器组和上位机进行信息交互，由MCU主控板向各部件发送工作命令，并将超声波传感器组采集到的数据传输至上位机。本发明专利技术测量精度较高、能够满足温室自动化施药、肥料精准施用和果产预估诉求，可以广泛应用于代农业装备与计算机测控领域中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种温室草莓冠层测量装置及方法，特别是关于一种用于现代农业装备与计算机测控领域中的温室草莓冠层三维重构与测量装置及方法。
技术介绍
温室草莓反季上市早、果实单果大、经济效益高，已成为现代化草莓种植的主导方式。同时，温室草莓种植的快速发展极大地增强了对相应设施农业新技术的需求，而草莓冠层三维重构和测量在温室自动化施药、肥料精准施用和果产预估等温室草莓精细管理中具有重要的研究意义，但是由于温室草莓冠层形状的不规则性和复杂性，常规方法无法有效地进行植株的冠层测量。目前采用的测量方法为手工测量或目测估算，其测量值与实际值偏差较大，其测量精度达不到温室自动化施药、肥料精准施用和果产预估的诉求，同时耗费大量人力物力。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种测量精度较高、能够满足温室自动化施药、肥料精准施用和果产预估诉求的温室草莓冠层三维重构与测量装置及方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种温室草莓冠层三维重构与测量装置，其特征在于它包括一设置在温室桁架上的行走机构、电控箱、超声波传感器组和上位机；所述行走机构的控制端连接所述电控箱的一输出端，所述电控箱的输入端连接所述超声波传感器组；所述电控箱的另一输出端连接所述上位机，所述超声波传感器组将采集到的温室草莓植株的冠层轮廓点三维坐标数据经所述电控箱传输至所述上位机内进行数据处理；所述电控箱由电机控制模块和MCU主控板构成，所述MCU主控板输出端分别连接所述电机控制模块、超声波传感器组和上位机，所述MCU主控板与所述超声波传感器组和上位机进行信息交互，由所述MCU主控板向各部件发送工作命令，并将所述超声波传感器组采集到的数据传输至所述上位机。所述行走机构由导轨、滑轮和步进电机构成，所述导轨沿垄方向设置在温室桁架上，所述步进电机驱动所述滑轮在所述导轨上沿垄方向运动。所述超声波传感器组由五个超声波传感器和桅杆构成，所述五个超声波传感器并联在所述桅杆上，经所述桅杆与所述电控箱连接。如上述装置的温室草莓冠层三维重构与测量方法，其包括以下步骤1)MCU主控板向电机控制模块、超声波传感器组和上位机发送工作命令，由超声波传感器组采集温室草莓植株的冠层轮廓点三维坐标数据；2)超声波传感器组中各个超声波传感器同时测量其与作物冠层间的最短距离，得到垂直于垄向的草莓植株的冠层不规则截面边界点信息，经电控箱传输至上位机；3)上位机采用MATLAB平台，将接收到的边界点信息数据通过interplO函数一维插值进行拟合，得到冠层不规则边界的拟合曲线、4次多项式拟合表达式及截面面积；4)超声波传感器组在行走机构上沿垄向移动测量，由上位机得出冠层各截面的轮廓拟合曲线及面积，再通过SUrf函数中的三次样条二维插值法进行插值，生成温室草莓冠层曲面函数，得出温室草莓冠层三维重构与体积值。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术由于采用电控箱、行走机构、超声波传感器组和上位机构成，可实现测量的自动控制，行走机构可以沿导轨行走，由电控箱控制其实现前进、后退和返回功能，采集的数据经过上位机处理后可得到温室草莓冠层轮廓点三维坐标。2、本专利技术由于采用5个超声波传感器进行测量可达到最优测量效果，并采用三次样条插值法产生最光滑的拟合曲线结果，其轮廓曲线4次多项式拟合的最大残差模及截面面积估算的误差也最小，测量精度较高。3、本专利技术由于在上位机内采用interplO函数、surf函数进行温室草莓冠层曲面拟合并计算温室草莓冠层体积，采用该系统试验与实际测量结果对比，结果表明该方法具有较好的重复性，测量结果相一致，能够用于温室草莓冠层三维重构和体积测量，满足温室自动化施药、肥料精准施用和果产预估诉求。本专利技术可以广泛应用于代农业装备与计算机测控领域中。附图说明图1是本专利技术测量装置垂直于垄向时的整体结构示意图；图2是本专利技术测量装置平行于垄向时的整体结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1、图2所示，本专利技术的温室草莓冠层三维重构与测量装置包括一设置在温室I桁架上的行走机构2、电控箱3、超声波传感器组4和上位机。行走机构2的控制端连接电控箱3的输入输出端，电控箱3的输入输出端连接超声波传感器组4 ;电控箱3的输入输出端连接上位机(图中未示出)，超声波传感器组4将采集到的温室草莓植株的冠层轮廓点三维坐标数据经电控箱3传输至上位机内进行数据处理，得到草莓冠层三维轮廓图像及草莓冠层体积数据。行走机构2由导轨5、滑轮和步进电机构成，导轨5沿垄方向设置在温室桁架上，步进电机驱动滑轮在导轨5上沿垄方向运动。电控箱3由电机控制模块和MCU主控板构成，MCU主控板输出端分别连接电机控制模块、超声波传感器组4和上位机，M⑶主控板与超声波传感器组4和上位机进行信息交互，由MCU主控板向各部件发送工作命令，并将超声波传感器组4采集到的数据传输至上位机。超声波传感器组4由五个超声波传感器6和桅杆7构成，五个超声波传感器6并联在桅杆7上，经桅杆7与电控箱3连接。本专利技术的温室草莓冠层三维重构与测量方法包括以下步骤DMCU主控板向电机控制模块、超声波传感器组4和上位机发送工作命令，由超声波传感器组4采集温室草莓植株的冠层轮廓点三维坐标数据；2)超声波传感器组4中各个超声波传感器6同时测量其与作物冠层间的最短距离，得到垂直于垄向的草莓植株的冠层不规则截面边界点信息，经电控箱3传输至上位机；3)上位机采用MATLAB平台，将接收到的边界点信息数据通过interpl O函数一维插值进行拟合，便可得到冠层不规则边界的拟合曲线、4次多项式拟合表达式及截面面积；4)超声波传感器组4在行走机构2上沿垄向移动测量，进而由上位机得出冠层各截面的轮廓拟合曲线及面积，再通过surf函数中的三次样条二维插值法进行插值，生成温室草莓冠层曲面函数，得出温室草莓冠层三维重构与体积值。下面通过具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例在北京市昌平区草莓种植基地随机选取的日光温室中进行，草莓温室大棚长80m，宽8m，顶高3. 2m,占地640m2，试验地为沙质壤土, pH值6. 5，土质优良，肥力中等，灌溉时用地下水。采用高垄栽培，垄宽76cm，垄高18cm，垄沟宽30cm，南北走向，覆盖地膜，每垄种植2行，行距45cm，株距12cm，每640m2定植10 000左右株。供试品种为“全明星”草莓，该品种早熟、高产、抗病性强且品质好。测量试验在5月进行，草莓处于加速生长期，根系生长缓慢，部分根枯死，同时开始抽生少量匍匐茎。日光温室中，风速Om/s，温度25. 8°C，相对湿度75%，大气压力101. 3kPa。在该试验中采用本专利技术的温室草莓冠层三维重构与测量方法对“全明星”草莓冠层进行验证试验，结果表明该方法具有较好的重复性，并与实际测量结果相一致，能够用于温室草莓冠层三维重构和体积测量。综上所述，本专利技术在使用时，行走机构2的速度由电控箱3中的电机控制模块和MCU主控板控制，主要搭载超声波传感器组7进行可移动连续测量，其速度在O 21m/min可调，行走方向可设定为前进、后退和自动返回三种模式。超声波传感器组4采集到的温室草莓冠层数据传输至上位机后，在上位机内得到温室草莓轮廓数据，重构草莓冠层三维轮廓图像，拟合轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种温室草莓冠层三维重构与测量装置，其特征在于：它包括一设置在温室桁架上的行走机构、电控箱、超声波传感器组和上位机；所述行走机构的控制端连接所述电控箱的一输出端，所述电控箱的输入端连接所述超声波传感器组；所述电控箱的另一输出端连接所述上位机，所述超声波传感器组将采集到的温室草莓植株的冠层轮廓点三维坐标数据经所述电控箱传输至所述上位机内进行数据处理；所述电控箱由电机控制模块和MCU主控板构成，所述MCU主控板输出端分别连接所述电机控制模块、超声波传感器组和上位机，所述MCU主控板与所述超声波传感器组和上位机进行信息交互，由所述MCU主控板向各部件发送工作命令，并将所述超声波传感器组采集到的数据传输至所述上位机。
【技术特征摘要】
1.一种温室草莓冠层三维重构与测量装置，其特征在于:它包括一设置在温室桁架上的行走机构、电控箱、超声波传感器组和上位机；所述行走机构的控制端连接所述电控箱的一输出端，所述电控箱的输入端连接所述超声波传感器组；所述电控箱的另一输出端连接所述上位机，所述超声波传感器组将采集到的温室草莓植株的冠层轮廓点三维坐标数据经所述电控箱传输至所述上位机内进行数据处理； 所述电控箱由电机控制模块和MCU主控板构成，所述MCU主控板输出端分别连接所述电机控制模块、超声波传感器组和上位机，所述MCU主控板与所述超声波传感器组和上位机进行信息交互，由所述MCU主控板向各部件发送工作命令，并将所述超声波传感器组采集到的数据传输至所述上位机。2.如权利要求1所述的一种温室草莓冠层三维重构与测量装置，其特征在于:所述行走机构由导轨、滑轮和步进电机构成，所述导轨沿垄方向设置在温室桁架上，所述步进电机驱动所述滑轮在所述导轨上沿垄方向运动。3.如权利要求1或2所述的一种温室草莓冠层三维重构...
【专利技术属性】
技术研发人员：祁力钧，梁霞，李慧，冀荣华，王沛，王俊，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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