[发明专利]智能除草机及其刀苗距优化方法、刀苗信息优化系统

说明书

技术领域

本发明涉及智能锄草领域，更具体涉及一种智能除草机及其刀苗距优化方法、刀苗信息优化系统。

背景技术

农田草害频发，目前以化学除草为主的除草方式已带来杂草抗药性、食品安全和生态环境污染等严重问题；而人工除草成本高、效率低。智能化、自动化机械锄草在摒弃化学除草的同时可大幅提高工作效率，将成为发展可持续农业的重要技术手段。

国内外都进行智能机械锄草技术的研究，基本原理是实时定位作物的位置信息，通过实时准确控制机械手运动完成“躲避作物苗锄掉杂草”的目的。实时定位作物苗位置信息可通过机器视觉、地理种子地图获得，这种方法应用较为广泛且精度较高。应用机器视觉对作物和杂草进行识别，视觉采集设备，例如PC机，采集视觉信息并处理得出当前作物苗与锄草末端执行器的水平距离，即刀苗距。通过当前刀苗距和前进速度信息实时计算锄草刀转速，控制锄草刀位于苗间位置时处于锄草状态，在苗位置时处于避苗状态。为实现机器视觉准确定位作物苗信息，国内外研究人员做了大量的视觉算法研究，通过采用哈弗变换、卡尔曼滤波、图像免分割分析、灰度值求和等方法都是获得了较为理想的图像处理效果。

在实际试验过程中，刀苗距信息易受周围环境、光线、盲区等因素的影响，无法得到连续的、精准的刀苗距。具体现象如下：1)由于机械振动和图像采集处理等原因，刀苗距会在真实值上下波动，较大范围的波动会影响测量和控制精度；2)由于光线变化或阴影遮挡等原因，导致当前作物突然从视觉视场中消失，那么当前作物与锄草刀的刀苗距信息将丢失，给出下一棵作物与锄草刀的刀苗距信息，无法得到连续的刀苗距；3)由于存在视觉盲区(由于图像采集需求和机械安装等原因，相机视场内看不到锄草刀中心点位置，相机视场下边缘到锄草刀中心的距离为视觉盲区，如图1所示)，当前作物一旦进入视觉盲区，即离开相机视场范围，视觉系统将发送下一棵作物与锄草刀的刀苗距信息，而当前作物信息丢失，造成无法得到精确的刀苗距。

以上问题影响当前作物与锄草刀刀苗距信息的准确性，从而影响锄草刀转速的控制精度，最终反映到锄草作业效果，增加伤苗率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何快速、精确的检测智能除草机的连续的刀苗距。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能除草机的刀苗距优化方法，所述方法包括以下步骤：

S1、计算当前采集的视觉刀苗距与上一次采集的视觉刀苗距的差；所述视觉刀苗距是由智能除草机的视觉采集设备采集到的作物苗与锄草刀之间的距离；

S2、获取当前采集视觉刀苗距与上一次采集视觉刀苗距之间的时间段内的锄草刀前进的位移；

S3、根据所述视觉刀苗距的差以及所述锄草刀前进的位移确定锄草刀当前的可信前进位移；

S4、根据锄草刀当前的所述可信前进位移以及上一次优化得到的锄草刀的优化刀苗距得到锄草刀当前的所述优化到苗距。

优选地，所述步骤S3中可信前进位移利用如下步骤计算：

S31、计算相对偏差

其中，e_r为所述相对偏差，ΔL_C为所述锄草刀前进的位移，ΔL_S为所述当前采集的视觉刀苗距与上一次采集的视觉刀苗距的差；

S32、计算锄草刀当前的所述可信前进位移

其中，ΔL为锄草刀当前的所述可信前进位移，a为预定偏差阀值。

优选地，所述步骤S4中，锄草刀当前的所述优化到苗距利用如下公式计算：

L＝L′-ΔL

其中，L为锄草刀当前的所述优化刀苗距，L′为上一次优化得到的锄草刀的优化刀苗距，ΔL为锄草刀当前的所述可信前进位移。

一种智能除草机的刀苗信息优化系统，所述刀苗信息优化系统包括视觉采集设备、位移传感器以及优化单元；

所述视觉采集设备用于采集锄草刀的视觉刀苗距，并传递给所述优化单元；

所述位移传感器用于采集所述锄草刀前进的位移，并传递给所述优化单元；

所述优化单元用于计算当前采集的视觉刀苗距与上一次采集的视觉刀苗距的差；获取当前采集视觉刀苗距与上一次采集视觉刀苗距之间的时间段内的锄草刀前进的位移；并根据所述视觉刀苗距的差以及所述锄草刀前进的位移确定锄草刀当前的可信前进位移；根据锄草刀当前的所述可信前进位移以及上一次优化得到的锄草刀的优化刀苗距得到锄草刀当前的所述优化到苗距。