一種噴灌機噴灑雨量分布信息動態測試方法及系統的製作方法
2024-04-05 13:46:05
專利名稱：一種噴灌機噴灑雨量分布信息動態測試方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及精準農業機械裝備自動化控制技術領域，特別是涉及一種採用 計算機測量控制技術以及無線自動遙測和遠程數據通訊等技術，對大型噴灌機田間作業的噴灑雨量進行實時監測的噴灌機噴灑雨量分布信息動態測試方法 及系統。
背景技術：
大型移動式噴灌機的噴灑均勻度和噴灌強度通常是在農田噴灌區域布置 有若干個雨量筒，噴灌機噴灌作業移出雨量筒布置區以後，由人工一一稱量各 雨量筒，再按其相應位置分析噴灑的均勻情況和噴灌強度。不僅人員勞動強度 大、工作效率低，而且難以避免發生--些人為誤差。近年來，隨著農業技術的 發展與進步，農田噴灌採用了數位化控制技術，噴灌機噴灑雨量分布信息動態 監測有待進一步解決。發明內容本發明所要解決的技術問題在於提供一種噴灌機噴灑雨量分布信息動態 測試方法及系統，該發明的應用可以實現動態監測噴灌機的噴灑均勻度和噴灌 強度，以便及時調整噴灌機的有關工作參數，指導並提高噴灌機的工作質量； 同時還有利於提高噴灌機測試技術的自動化水平、提供工作效率而降低勞動強 度。為達到上述目的，本發明提供的噴灌機噴灑雨量分布信息動態測試方法， 包括雨量稱重儀布置步驟，在大型噴灌機作業的農田噴灌區域內均勻布置多個 雨量稱重儀；噴灌作業噴灑雨量實時採集步驟，所述大型噴灌機在噴灌區域作業時，所 述雨量稱重儀實時收集噴灑的雨量並獲取所述雨量數據；雨量數據處理步驟，與所述雨量稱重儀無線通訊連接的測量控制中心獲取 所述雨量數據信息，並通過計算處理輸出所述農田噴灌區域內相應採集點的噴 灑雨量數據；生成噴灑雨量分布信息的步驟，根據所述噴灑雨量數據，所述測量控制中 心計算出所述農田噴灌區域的噴灌強度及噴灑均勻度，並得出雨量分布信息數 據。上述測試方法，所述生成噴灑雨量分布信息的步驟包括一實時生成雨量分 布圖的步驟。上述測試方法，所述雨量數據處理步驟進一步包括步驟A,所述測量控制中心以無線通訊方式向所述雨量稱重儀發出讀取雨 量數據信息的採樣指令；步驟B，所述雨量稱重儀作出響應以無線通訊方式向所述計算機系統回傳 雨量數據信息；步驟C，所述計算機系統接收所述雨量稱重儀傳輸的雨量數據進行數據處理。上述測試方法，所述步驟C之後還包括一判斷是否採集完數據分析設定 所需被採用的所有雨量稱重儀數據的步驟，當判斷採集完成時生成雨量分布數 據；當判斷為未採集完時，循環執行所述步驟A。上述測試方法，所述雨量稱重儀布置步驟還包括為所述雨量稱重儀按其擺 放位置設定編號的步驟。上述測試方法，所述雨量分布信息包括噴灑均勻度和噴灌強度。上述測試方法，所述噴灑均勻度採用如下公式formula see original document page 6其中，C^一克裡斯琴森均勻度係數；A—數據分析被採用的雨量稱重儀的數量； g, —第/個雨量稱重儀稱量的雨量的重量值； ;一雨量稱重儀稱量的雨量的重量的平均值。上述測試方法，所述雨量稱重儀稱量的雨量重量平均值^採用如下公式計算formula see original document page 7其中Zt—數據分析被採用的雨量稱重儀的數量；g, —第z'個雨量稱重儀稱量的雨量的重量值；formula see original document page 7上述測量方法，所述噴灌強度採用如下公式計算 formula see original document page 7其中，^一平均噴灌強度；* 一數據分析被採用的雨量稱重儀的數量； / —數據分析被採用的雨量稱重儀的編號； P, —第/個雨量稱重儀所在點噴灌強度。為進一步實現上述目的，本發明還提供了一種應用上述噴灌機噴灑雨量分 布信息動態測試方法的系統，包括遠程測量控制中心及若干布置于田間噴灌 區的雨量稱重儀，所述遠程測量控制中心包括計算機系統、無線通訊單元及 天線；所述計算機系統通過無線通訊單元和天線接收所述雨量稱重儀傳輸的數 據並進行數據處理；所述每個雨量稱重儀包括單片機、雨量筒、稱重傳感器、 供電電源、無線通訊單元及天線。所述雨量筒收集雨水，通過稱重傳感器稱重， 輸出雨量數據信息給所述單片機進行數據處理，處理結果通過所述無線通訊單 元和天線傳輸給所述測量控制中心的計算機系統。與現有技術相比，本發明應用於變量控制噴灌機的噴灌作業時，通過動態 監測噴灑雨量的分布信息，實時反饋噴灌情況，有效地指導變量控制噴灌機實 施精準噴灌，實現數位化作業的精準要求。其不僅能快速地獲取噴灑雨量的分 布信息，實時形成一個農田噴灌區域噴灑雨量分布圖，動態監測噴灌機的噴灑 均勻度和噴灌強度，以便及時調整噴灌機的有關工作參數，指導並提高噴灌機 的工作質量，還能提高噴灌機測試技術的自動化水平和工作效率、大大地降低 了勞動強度。
圖1為本發明測量系統構成框圖；圖2為本發明測量系統構成及功能框圖； 圖3為本發明中雨量稱重儀組成框圖； 圖4為本發明測量方法流程圖； 圖5為本發明測量系統控制程序流程圖；圖6為噴灌機噴灑雨量分布信息動態測試田間布局示意圖； 圖7無線數傳雨量稱重儀外形示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的描述以更詳細了解本發明 的具體實施方式
，但並不作為對本發明權利要求的限制。參考圖1及圖2，示出了本發明測量系統的構成及其功能，本發明的噴灌 機噴灑雨量分布信息動態測試系統包括遠程測量控制中心10及若干布置于田 間噴灌區的基於無線數傳的雨量稱重儀11 (如圖6和圖7所示)，所述遠程 測量控制中心IO進一步包括計算機系統101、無線通訊單元102及天線103; 所述計算機系統通過無線通訊單元102和天線103接收所述雨量稱重儀傳輸的 雨量數據並進行數據處理。參考圖3，所述每個雨量稱重儀11進一步包括 單片機IIO、雨量筒lll、稱重傳感器112、供電電源113、無線通訊單元114 及天線115。所述雨量筒111收集雨水通過稱重傳感器112稱重輸出雨量數據 信息給單片機110進行數據處理，處理結果通過無線通訊單元114和天線115 傳輸給所述測量控制中心的計算機系統101。所述遠程測量控制中心10用於 對整個測量過程的監視和控制，其通過依次巡檢並採集田間雨量稱重儀的雨量 重量值而計算出噴灌區域相關測點的噴灌強度和噴灑均勻度，還能同時繪製出 田間雨量分布圖，並進行數據存儲和列印，實時顯示測量結果和田間雨量分布 情況，實現輔助變量噴灌機進行數位化作業。所述若干布置于田間噴灌區的基 於無線數傳的雨量稱重儀11用於實時收集盛放雨水和動態稱量雨水的重量， 並響應所述測量控制中心10的採樣指令通過無線傳輸方式輸出稱重數據。參考圖4，示出了本發明測量系統的測量控制程序流程，本發明的噴灌機 噴灑雨量分布信息動態測試方法包括步驟S21，在大型噴灌機13作業的農田噴灌區域均勻布置多個雨量稱重 儀ll;步驟S22，所述大型噴灌機13在噴灌區域作業時，所述雨量稱重儀ll實時收集噴灑的雨量並獲取所述雨量數據；
步驟S23，與所述雨量稱重儀11無線通訊連接的測量控制中心10獲取所 述雨量數據信息，並通過計算處理輸出所述農田噴灌區域內相應採集點的噴灑 雨量數據；
步驟S24，根據所述噴灑雨量數據，所述測量控制中心10計算出所述農 田噴灌區域的噴灌強度及噴灑均勻度並得出雨量分布信息數據。
所述步驟S21還包括步驟S210:為所述雨量稱重儀按其擺放位置設定編 號X,的步驟。其中/=1,2，3......A:，可賦初始值/=1。
所述步驟S23進一步包括
步驟S231，所述測量控制中心以無線通訊方式向所述雨量稱重儀X,發出採 樣指令讀取雨量稱重儀X,的雨量數據信息；
步驟S232,所述雨量稱重儀X,作出響應並以無線通訊方式向所述計算機系 統回傳數據； …
步驟S233，判斷是否採集完所有數據分析設定所需的雨量稱重儀數據。當 判斷/等於A:時，輸出測量結果並賦初始值/=1;當判斷!'小於&時，/二!'+1， 循環執行步驟S231繼續進行數據採集。
下面以平移噴灌機為例參考電動大型噴灌機試驗方法的機械行業標準 JB/T 6280.2-1992，以雨量稱重儀稱量的雨水質量代替標準公式中雨量筒的噴 灌水深，進一步說明噴灑均勻度和噴灌強度的具體計算方法。
G)噴灑均勻度的計算首先，說明雨量稱重儀的布置。雨量稱重儀與噴灌機水管路平行的直線布 置，每排雨量稱重儀的布置應超過噴灌機的有效長度，雨量稱重儀的排距應不 大於50m，噴灌機供水渠、主驅動臺車等運行路面不能種植作物的地域不放置 雨量稱重儀。
其次，噴灑均勻度係數用克裡斯琴森(J.E.Christiansen)均勻度係數表示， 按以下公式計算
formula see original document page 9其中，Q g,一克裡斯琴森均勻度係數，單位％;數據分析被採用的雨量稱重儀的數量；-第f個雨量稱重儀稱量的雨量的重量值，單位:g;雨量稱重儀稱量的雨量的重量的平均值^=^~，單位g。1=1(2)根據下面公式進行噴灌強度的計算^ =其中，7—平均噴灌強度，單位g/h; & 一數據分析被採用的雨量稱重儀的數量；/一數據分析被採用的雨量稱重儀的編號，/ = 1， 2， 3……hp,—第/個雨量稱重儀的點噴灌強度，單位g/h。 (3)雨量分布圖的繪製 根據雨量稱重儀實時回傳到測量控制中心的重量數據gi、 &、 &……&， 計算機系統執行雨量分布圖的繪製程序，快速產生並顯示對應時段的雨量分布 平面圖。為了使離散點的數據形成較為平滑的曲線，繪圖時採用了反距離加權平方 法進行了插值處理。所述的反距離加權平方法(Inverse distance squared):是把估算點與實測 點間的距離作為權重因子，估算點與實測點間的距離越近，其權重越大，反之 越小；權重值由距離平方的反比給出。表達式為式中，G為估算點的雨:/-1L值，g,是第/個雨量稱重儀稱量的雨量重量值，《是估算點到第/個雨量稱重儀布置點的距離。雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在 不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明 作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的 權利要求的保護範圍。
權利要求
1. 一種噴灌機噴灑雨量分布信息動態測試方法，其特徵在於，包括如下步驟雨量稱重儀布置步驟，在大型噴灌機作業的農田噴灌區域內均勻布置多個雨量稱重儀；噴灌作業噴灑雨量實時採集步驟，所述大型噴灌機在噴灌區域作業時，所述雨量稱重儀實時收集噴灑的雨量並獲取所述雨量數據；雨量數據處理步驟，與所述雨量稱重儀無線通訊連接的測量控制中心獲取所述雨量數據信息，並通過計算處理輸出所述農田噴灌區域內相應採集點的噴灑雨量數據；生成噴灑雨量分布信息的步驟，根據所述噴灑雨量數據，所述測量控制中心計算出所述農田噴灌區域的噴灌強度及噴灑均勻度，並得出雨量分布信息數據。
2、 根據權利要求1所述的測試方法，其特徵在於，所述生成噴灑雨量分 布信息的步驟包括一實時生成雨量分布圖的步驟。
3、 根據權利要求1或2所述的測試方法，其特徵在於，所述雨量數據處 理步驟進一步包括步驟A，所述測量控制中心以無線通訊方式向所述雨量稱重儀發出讀取雨 量數據信息的採樣指令；步驟B，所述雨量稱重儀作出響應以無線通訊方式向所述計算機系統回傳雨量數據信息；步驟C,所述計算機系統接收所述雨量稱重儀傳輸的雨量數據進行數據處理。
4、 根據權利要求3所述測試方法，其特徵在於，所述步驟C之後還包括 一判斷是否採集完數據分析設定所需被採用的所有雨量稱重儀數據的步驟，當 判斷採集完成時生成雨量分布數據；當判斷為未採集完時，循環執行所述步驟 A。
5、 根據權利要求1所述的測試方法，其特徵在於，所述雨量稱重儀布置 步驟還包括為所述雨量稱重儀按其擺放位置設定編號的步驟。
6、 根據權利要求1所述的測試方法，其特徵在於，所述雨量分布信息包括噴灑均勻度和噴灌強度。
7、 根據權利要求5所述的測試方法，其特徵在於，所述噴灑均勻度採用如下公式formula see original document page 3其中，C^一克裡斯琴森均勻度係數；* 一數據分析被採用的雨量稱重儀的數量-，g, —第/個雨量稱重儀稱量的雨量的重量值；;一雨量稱重儀稱量的雨量的重量的平均值。
8、根據權利要求6所述測試方法，其特徵在於，所述雨量稱重儀稱量的雨量重量平均值^採用如下公式計算formula see original document page 3，其中ik一數據分析被採用的雨量稱重儀的數ig,水雨量稱重儀稱量的雨量的重量值;
9、根據權利要求5所述的測量方法，其特徵在於，所述噴灌強度採用如下公式計算:formula see original document page 3其中，？一平均噴灌強度；* 一數據分析被採用的雨量稱重儀的數量；/一數據分析被採用的雨量稱重儀的編號；p, —第/個雨量稱重儀所在點噴灌強度。 10、 一種應用上述噴灌機噴灑雨量分布信息動態測試方法的系統，其特徵 在於，包括遠程測量控制中心及若干布置于田間噴灌區的雨量稱重儀，所述 遠程測量控制中心包括計算機系統、無線通訊單元及天線；所述計算機系統 通過無線通訊單元和天線接收所述雨量稱重儀傳輸的數據並進行數據處理；所 述每個雨量稱重儀包括單片機、雨量筒、稱重傳感器、供電電源、無線通訊 單元及天線。所述雨量筒收集雨水通過稱重傳感器稱重輸出雨量數據信息給所述單片機進行數據處理，處理結果通過所述無線通訊單元和天線傳輸給所述測 量控制中心的計算機系統。
全文摘要
本發明公開了一種噴灌機噴灑雨量分布信息動態測試方法，包括雨量稱重儀布置步驟，在大型噴灌機作業的農田噴灌區域內均勻布置多個雨量稱重儀；噴灌作業噴灑雨量實時採集步驟，所述大型噴灌機在噴灌區域作業時，所述雨量稱重儀實時收集噴灑的雨量並獲取所述雨量數據；雨量數據處理步驟，與所述雨量稱重儀無線通訊連接的測量控制中心獲取所述雨量數據信息，並通過計算處理輸出所述農田噴灌區域內相應採集點的噴灑雨量數據；生成噴灑雨量分布信息的步驟，根據所述噴灑雨量數據，所述測量控制中心計算出所述農田噴灌區域的噴灌強度及噴灑均勻度，並得出雨量分布信息數據。該發明的應用可以實現動態監測噴灌機的噴灑均勻度和噴灌強度。
文檔編號G01M99/00GK101226107SQ20071006290
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月19日 優先權日2007年1月19日
發明者張小超, 胡小安 申請人:中國農業機械化科學研究院