车载式马铃薯产量测量方法
技术领域
本发明涉及农用机械技术领域，尤其涉及一种车载式马铃薯产量测量方法。
背景技术
马铃薯在国内被广泛的种植，而随着马铃薯的大面积种植，采用机械化收获马铃薯的设备也逐渐被推广使用。目前，常用的马铃薯收获机通常包括车轮、挖掘铲和输送机构(如中国专利号201410025536.9、201710493954.4、201510193113.2等专利公开的技术方案。而对于收获的马铃薯通常需要进行产量的测量，常规技术中，对于马铃薯农田产量的测量，均采用人工称量的方式，根据农业部《全国粮食高产创建测产验收办法(试行)》进行，即：测产采用随机取样的方法。采用人工称量计算地块中所有位置点的产量，不但费时费力，不适于大面积规模化测产。如何设计一种提高测产效率和精确度的技术是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种车载式马铃薯产量测量方法，实现降低工人的劳动强度，并提高马铃薯产量的测量精确度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种车载式马铃薯产量测量方法，通过车载式马铃薯产量监测系统进行测量，其中，所述车载式马铃薯产量监测系统包括：马铃薯收获机和检测机构，所述马铃薯收获机包括车架、以及设置在所述车架上的车轮、挖掘铲和输送链；所述检测机构包括车速传感器、称重传感器和工控机，所述车速传感器设置在所述车架上用于检测所述车轮的转速，所述称重传感器设置在所述输送链并用于检测所述输送链上输送的马铃薯的重量，所述车速传感器和所述称重传感器分别与所述工控机连接；
所述测量方法包括：
通过车速传感器检测车架的行进速度，计算出单位时间内的收割面积，然后，通过称重传感器检测输送链上输送的马铃薯的重量，计算出单位时间内马铃薯的收货质量，工控机通过计算出的收割面积和收获质量计算出马铃薯单位面积产量。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：通过配置检测机构，检测机构通过车速传感器来检测车轮的转速，进而获得车架的行进速度，而通过称重传感器可以称量输送链上运输的马铃薯的重量，通过获得车速和马铃薯的输送重量，便可以自动计算出收货区域内马铃薯的产量，而无需人工称量收获的马铃薯，实现降低工人的劳动强度，并提高马铃薯产量的测量精确度。
说明书附图
图1为本发明车载式马铃薯产量监测系统的电控原理图；
图2为本发明车载式马铃薯产量监测系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1-图2所示，本发明提供一种车载式马铃薯产量监测系统，包括：马铃薯收获机1和检测机构2，马铃薯收获机1包括车架11、以及设置在车架11上的车轮12、挖掘铲13和输送链14；
检测机构2包括车速传感器22、称重传感器23和工控机21，车速传感器22设置在车架11上用于检测车轮12的转速，称重传感器23设置在输送链14并用于检测输送链14上输送的马铃薯的重量，车速传感器22和称重传感器23分别与工控机21连接。
具体而言，在实际使用过程中，马铃薯收获机1则用于在种植地内进行马铃薯的挖掘和输送，马铃薯收获机1可以通过牵引车牵引前进。其中，挖掘铲13将种植地内的马铃薯挖出，然后通过输送链14向外输送，有关马铃薯收获机1的具体结构形式，在此不做限制和赘述。而在马铃薯收获机1挖掘收获马铃薯的过程中，同步利用检测机构2进行相关参数的检测。
具体的，检测机构2通过车速传感器22对车轮12的转速进行检测，而车速传感器22的可以采用转速传感器的方式，进而获得车架11的行进速度。同时，对于输送链14上输送的马铃薯则可以通过称重传感器23进行检测称重，这样，便可以获得所收获的马铃薯的重量信息。工控机21根据车速传感器22和称重传感器23检测获得的信息，便可以计算出单位时间，单位面积内的马铃薯收获量。
进一步的，检测机构2还包括北斗/GPS双模定位模块24，北斗/GPS双模定位模块24集成设置在工控机21中。具体的，工控机21集成设置有北斗/GPS双模定位模块24，利用北斗/GPS双模定位模块24可以实时检测车架11所在的地理位置。工控机21利用北斗/GPS双模定位模块24检测的地理位置信息，并配合车速传感器22和称重传感器23检测的相关信息，便可以计算获得对应地理区域种植区域内的马铃薯收获量。
更进一步的，检测机构2还包括温度传感器25和振动传感器26，所述温度传感器25设置在车架11上并用于检测温湿度，所述振动传感器设置在车架11上并用于检测振动强度。温湿传感器25能够检测车架11所在环境的温湿度，进而可以参考温湿度对马铃薯产量所产生的影响。而对于振动传感器26则可以检测工作过程中，车架11所产生的振动强度，进而根据振动传感器26检测到的振动强度来修正称重传感器23的测量值，进而提供测量精度。
本发明还提供一种上述车载式马铃薯产量监测系统的测量方法，包括：通过车速传感器检测车架的行进速度，计算出单位时间内的收割面积，然后，通过称重传感器检测输送链上输送的马铃薯的重量，计算出单位时间内马铃薯的收货质量，工控机通过计算出的收割面积和收获质量计算出马铃薯单位面积产量。
具体的，上述实施例中的车载式马铃薯产量监测系统在种植地中进行马铃薯收获操作过程中，通过车速传感器检测车架的行进速度，通过车速可以计算出收获马铃薯区域的面积；再通过称重传感器检测输送链上输送的马铃薯的重量，进而计算出收获马铃薯区域内的马铃薯重量。根据计算出的收获面积和马铃薯重量，便可以计算出单位面积内的马铃薯产量，进而在收获马铃薯的同时，实现在线测量。
优选地，为了针对不同区域对应的计算不同区域马铃薯的产量，则测量方法还包括：通过北斗/GPS双模定位模块检测车架所在地理区域；
根据公式：
具体的，马铃薯产量是通过车载式马铃薯产量监测系统进行收获测量，并记录马铃薯的收获质量和收割面积。测产系统工作时，数据采集则不是连续的，而是隔一段时间采一次数据，设系统的采样周期为T，并将每次采样作为一个收获小区，则第i个采样小区的马铃薯单位面积产量则根据上述公式便可以获得第i个采样小区的单位面积产量。而通过对系统采集的数据进行处理后，利用百度地图编辑工具，最后生成产量单点图和产量分布图。
优选地，由于采用称重传感器在测量过程中，称重传感器检测的称重信号会受到车架运行时产生的振动影响，进而导致称重传感器的检测精度下降。则需要对称重传感器检测的称重信号进行处理，实际的收获机振动等干扰信号为随机信号。目前的滤波都是采用单一低通滤波或针对提前测定的固定频率干扰信号进行滤波，普适性差，滤波效果难以保证，为此，提出一种自适应低通带阻两级滤波方法，具体过程如下：
对称重传感器采集的称重信号进行振动滤波处理，具体为：
根据公式：
根据公式：mi(k)＝filter(hLP(k),hBS(k),w(k),x(k))，进行频域自适应滤波处理；其中，mi(k)为称重信号x(n)经傅里叶变换和频域自适应滤波后得到的频域马铃薯重量信号序列；hLP(k)为低通滤波器参数；hBS(k)为带阻滤波器参数；w(k)为自适应滤波器参数。
根据公式：
进行离散傅里叶反变换，计算出滤除振动影响后修正的马铃薯质量；其中，mi(n)为时域马铃薯重量信号序列，mi是序列中的第i个马铃薯重量信号,是mi(n)数列中的一个；
具体的，为有效滤除称重传感器信号中的收获机振动等干扰信号，系统采用压电式振动传感器实时采集的时域振动信号d(n)，进而，对采集的时域振动信号d(n)进行1024点DFT运算(快速傅里叶变换)，具体依照如下公式：
进一步的，可以从频谱图中找出高频干扰频谱和幅值较大的低频干扰频率分量。
然后，基于振动信号频率，设计自适应低通巴特沃斯滤波器和带阻椭圆滤波器。
(1)低通滤波器：
上限截止频率为fLP。
(2)带阻滤波器：
上限截止频率fBS1和下限截止频率fBS2。
(3)自适应滤波器：
由参数可调的数字滤波器和自适应算法两部分构成。输入信号x(k)通过参数可调的数字滤波器后，得到输出信号y(k)，与参比信号d(k)比较，形成误差信号e(k)，对数字滤波器参数进行调节。即根据公式w(k+1)＝w(k)+2μe(k)x(k)，计算获得。其中，收敛因子μ＝0.0026。w(k+1)用于调整数字滤波器下一组滤波参数。
然后，对动态应变称重传感器采集的称重信号x(n)进行FFT变换x(k)。
经上述滤波器实时自适应滤波，得到滤波后的称重信号频谱mi(k)。
mi(k)＝filter(hLP(k),hBS(k),w(k),x(k))；
(4)对滤波后的称重信号频谱进行IDFT运算(快速傅里叶反变换)，导到时域称重信号mi(n)。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
