沟形外轮廓测绘方法及沟形外轮廓测绘装置 |
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| 申请号 | CN201710712581.5 | 申请日 | 2017-08-18 | 公开(公告)号 | CN107504949A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 河南科技大学; | 发明人 | 邱兆美; 马延武; 贺智涛; 马淏; 金鑫; 姬江涛; 王俊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种沟形外轮廓测绘方法及沟形外轮廓测绘装置。沟形外轮廓测绘方法，使多个并排横跨在待测绘沟形上方的测距 传感器 沿着待测绘沟形的延伸方向移动，各个测距传感器在移动的过程中检测其与待测绘沟形的外轮廓对应的各个检测点之间的距离，以测距传感器在待测绘沟的宽度方向上的 位置 为X轴坐标、以测距传感器组件的移动距离为Y轴坐标、以测距传感器测得的高度值为Z轴坐标得出以所述Y轴坐标为基准的各个检测点的三维坐标，根据不同Y轴坐标下的各个检测点的三维坐标绘制得出待测绘沟形的外轮廓，该测绘方法能够准确地测得沟形截面的外轮廓参数，从而方便根据沟形的外轮廓参数计算分析触土部件的作业 质量 以及牵引比能耗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.沟形外轮廓测绘方法，其特征在于：使多个并排横跨在待测绘沟形上方的测距传感器沿着待测绘沟形的延伸方向移动，各个测距传感器在移动的过程中检测其与待测绘沟形的外轮廓对应的各个检测点之间的距离，以测距传感器在待测绘沟的宽度方向上的位置为X轴坐标、以测距传感器组件的移动距离为Y轴坐标、以测距传感器测得的高度值为Z轴坐标得出以所述Y轴坐标为基准的各个检测点的三维坐标，根据不同Y轴坐标下的各个检测点的三维坐标绘制得出待测绘沟形的外轮廓。 |
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| 说明书全文 | 沟形外轮廓测绘方法及沟形外轮廓测绘装置技术领域[0001] 本发明涉及一种沟形外轮廓测绘方法及沟形外轮廓测绘装置。 背景技术[0002] 在播种机开沟器、深松铲等触土部件作业过程中，作业之后的沟形参数是评价触土部件作业质量的重要指标。沟形形状能够反应触土部件对土壤的扰动情况，从而反应触土部件的工作质量，而且沟形形状在一定程度上是影响播种质量及作业后出现的“跑墒”现象的重要因素。另外，沟形的截面面积则和牵引比能耗相关，而牵引比能耗则和作业阻力有关，因此沟形的形状还能够从侧面反映触土部件的作业性能。沟形参数包括沟形外轮廓的形状参数以及沟形相对于待测地面的深度参数。 [0003] 由此可知，作业后的沟形参数对播种机器的整体性能、农业生产活动的质量和作物的产量等方面有着直接的影响。因此，亟需一种能够对触土部件作业后的沟形参数进行测绘的测绘方法。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种能够对触土部件作业后的沟形参数进行测绘的沟形外轮廓测绘方法；同时，本发明还提供了一种能够对触土部件作业后的沟形参数进行测绘的沟形外轮廓测绘装置。 [0005] 为实现上述目的，本发明的沟形外轮廓测绘方法采用如下技术方案： [0006] 沟形外轮廓测绘方法的技术方案1：沟形外轮廓测绘方法，使多个并排横跨在待测绘沟形上方的测距传感器沿着待测绘沟形的延伸方向移动，各个测距传感器在移动的过程中检测其与待测绘沟形的外轮廓对应的各个检测点之间的距离，以测距传感器在待测绘沟的宽度方向上的位置为X轴坐标、以测距传感器组件的移动距离为Y轴坐标、以测距传感器测得的高度值为Z轴坐标得出以所述Y轴坐标为基准的各个检测点的三维坐标，根据不同Y轴坐标下的各个检测点的三维坐标绘制得出待测绘沟形的外轮廓，该测绘方法能够准确地测得沟形截面的外轮廓参数，从而方便根据沟形的外轮廓参数计算分析触土部件的作业质量以及牵引比能耗。 [0007] 沟形外轮廓测绘方法的技术方案2，在沟形外轮廓测绘方法的技术方案1的基础上：在待测绘沟形的上方设置两排以上的测距传感器，任意相邻两排的测距传感器在待测绘沟形的延伸方向上错开。 [0008] 沟形外轮廓测绘方法的技术方案3，在沟形外轮廓测绘方法的技术方案1或2的基础上：将所述测距传感器安装在架体上并将架体与作业装置连接以通过作业装置带动测距传感器移动。 [0009] 沟形外轮廓测绘方法的技术方案4，在沟形外轮廓测绘方法的技术方案1或2的基础上：进行测绘前对测距传感器的高度进行标定，以待测地面的高度为Z轴的原点。 [0011] 沟形外轮廓测绘装置采用如下技术方案： [0012] 沟形外轮廓测绘装置的技术方案1：沟形外轮廓测绘装置，包括用于与作业装置连接以由作业装置牵引沿待测绘沟形延伸方向移动的架体，所述架体包括用于横跨在待测绘沟的上方的横梁，所述横梁上并排设有多个用于在移动过程中检测其与待测绘沟形外轮廓对应的各个检测点之间距离的测距传感器，所述沟形外轮廓测绘装置还包括用于检测架体随作业装置向前运动的距离的作业测距单元，以测距传感器在待测绘沟的宽度方向上的位置为X轴坐标、以测距传感器组件的移动距离为Y轴坐标、以测距传感器测得的高度值为Z轴坐标得出以所述Y轴坐标为基准的各个检测点的三维坐标，根据不同Y轴坐标下的各个检测点的三维坐标绘制得出待测绘沟形的外轮廓，这样能够准确地测得沟形截面的外轮廓参数，从而方便根据沟形的外轮廓参数计算分析触土部件的作业质量以及牵引比能耗。 [0013] 沟形外轮廓测绘装置的技术方案2，在沟形外轮廓测绘装置的技术方案1的基础上：所述架体上的横梁设有两个以上，横梁上的测距传感器在待测绘沟形的延伸方向上错开。 [0014] 沟形外轮廓测绘装置的技术方案3，在沟形外轮廓测绘装置的技术方案1或2的基础上：所述沟形测绘装置还包括用于处理所述测距传感器以及作业测距单元的数据的数据处理系统，以及安装在架体上的、用于将所述数据处理系统的数据向外传输的无线传输模块。 [0015] 沟形外轮廓测绘装置的技术方案4，在沟形外轮廓测绘装置的技术方案1或2的基础上：所述作业测距单元包括作业速度传感器及作业计时器。 [0017] 图1为本发明的沟形外轮廓测绘装置的实施例的结构示意图； [0018] 图2为图1的俯视图； [0019] 图3为图1中的测距传感器的原理示意图； [0020] 附图中：1、底座；3、控制单元；4、数据采集及无线传输装置；5、安装杆；6、超声波单元；7、立柱；8、横梁；11～1i、第一组超声波测距传感器；21～2i、第二组超声波测距传感器。 具体实施方式[0021] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。 [0022] 本发明的沟形外轮廓测绘方法的具体实施例：使多个并排横跨在待测绘沟形上方的测距传感器沿着待测绘沟形的延伸方向移动，各个测距传感器在移动的过程中检测其与待测绘沟形的外轮廓对应的各个检测点之间的距离，以测距传感器在待测绘沟的宽度方向上的位置为X轴坐标、以测距传感器组件的移动距离为Y轴坐标、以测距传感器测得的高度值为Z轴坐标得出以所述Y轴坐标为基准的各个检测点的三维坐标，根据不同Y轴坐标下的各个检测点的三维坐标绘制得出待测绘沟形的外轮廓。 [0023] 在待测绘沟形的上方设置两排以上的测距传感器，任意相邻两排的测距传感器在待测绘沟形的延伸方向上错开。 [0024] 将所述测距传感器安装在架体上并将架体与作业装置连接以通过作业装置带动测距传感器移动 [0025] 进行测绘前对测距传感器的高度进行标定，以待测地面的高度为Z轴的原点。 [0026] 所述测距传感器为超声波测距传感器。 [0027] 在实际测量时，还可以另外设置行走装置，使行走装置带着测绘装置运动。 [0028] 本发明的沟形外轮廓测绘装置的具体实施例，如图1至图3所示，沟形外轮廓测绘装置包括用于与作业装置连接的架体，架体包括两个底座1以及在两个底座1上对应设置的立柱7。两个横梁8前后相对设置在两个立柱7的上端，这两个横梁8均设置在立柱7的上端靠近外部的位置处，使立柱7的上端围成框形结构，有利于增强结构强度。本实施例中作业装置指的是开沟器的触土部件，实际上还可以将测绘装置的架体安装在开沟器的架体上。 [0029] 两个安装杆5安装在两个立柱7的上端且处于两个横梁8之间，每个安装杆5上均沿安装杆5的延伸方向间隔设置有多个超声波测距传感器，其中处于前侧的安装杆5上的传感器为第一组超声波测距传感器，处于后侧的安装杆5上传感器为第二组超声波测距传感器。这两组超声波测距传感器在前后方向上错开，此处所述的错开指的是两组超声波传感器在前后方向上的投影错开，这样就对沟形外轮廓在宽度方向提供多个测量点，提高了测绘精度。 [0030] 在测绘装置处在待测沟形的长度方向的任意位置时，待测绘沟形都具有与每组超声波测距传感器中的超声波测距单元对应的检测点，这些检测点实际上就是待测绘沟形的外轮廓上的各个点，得出了这些检测点的坐标也就得出了待测绘沟形的外轮廓的形状。两组超声波测距传感器在前后方向上的距离为L，每组超声波测距传感器中相邻两个超声波之间的距离ΔL＝2cm。在架体上还设置有用于检测架体随作业装置向前运动的距离的作业测距单元，作业测距单元包括计时器以及用于检测架体随着作业装置移动的速度的速度传感器，通过计时器和速度传感器的数值即可得出架体向前移动的距离。 [0031] 沟形外轮廓测绘装置还包括数据采集及无线传输装置4，数据采集及无线传输装置包括数据处理系统和无线传输模块，数据处理系统包括数据采集装置，数据采集装置用于采集各个传感器的信号并将这些信号传输给相应的数据处理装置，无线传输模块用于将数据处理装置处理过的信号传递给计算机测绘平台，通过计算机测绘平台绘制出待测绘沟形的三维模型。 [0032] 使用该沟形测绘参数测绘装置进行沟形参数测绘的方法为，将沟形测绘装置连接在作业装置上，使测绘装置能够随着作业装置向前运动，进行测绘前，先通过对超声波测距传感器进行标定，测得初始状态下超声波测距传感器相对于待测地面的高度，标定此时超声波测距传感器测得距离值为Z轴的原点。测绘时，测绘装置随着作业装置移动，每组超声波单元6都对其对应的沟形的外轮廓的距离进行检测。数据采集装置中的数据采集单元采集到架体向前移动的速度V2、架体的运行时间t1、超声波单次往返时间t3。数据处理单元根据架体向前移动的速度V2和架体的运行时间t1计算第一组超声波测距传感器在Y轴上的坐标信息：X1j＝V2t1j，t1j＝t1；第二组超声波测距传感器在Y轴上的坐标信息：X2j＝V2t2j，为超声波测距传感器以速度V2移动排间隔L所用时间；t1j和t2j对应的时刻相同时(t1j和t2j对应的时刻为Y轴方向相同位置时)，所对应的沟形的外轮廓位置处于同一沟形截面内。 [0033] 根据超声波单次往返时间t3，结合超声波在空气中传播速度V3，计算超声波测距传感器距离待测沟形的外轮廓的距离： 并计算当前Z方向坐标信息：z＝ΔH-H，H为超声波测距传感器距离待测地面的高度值，同时以每个超声波测距传感器在安装杆5上的位置为X轴的坐标值，以超声波测距传感器向前移动的距离为Y轴的坐标值，最终输出各个超声波测距传感器对应的检测点的三维坐标值(X，Y，Z)。 [0034] 无线发送单元将经过数据处理单元计算的三维坐标值(X，Y，Z)发送给计算机智能测绘平台，计算机根据传输的数据，绘制沟形的外轮廓的三维坐标，得出待测绘沟形的外轮廓，同时根据 计算沟形截面面积；计算机沟形智能测绘平台与打印机相连，可根据需要，打印任一时刻附有沟形相关参数信息的沟形截面形状图和某一工作过程的三维立体图，同时对一定范围内异常沟形形状发出警报，实时监测作业质量。该测绘方法能够准确地测得沟形截面的外轮廓参数，从而方便根据沟形的外轮廓参数计算分析触土部件的作业质量以及牵引比能耗。 [0035] 在本发明的沟形外轮廓测绘装置的其他实施例中，还可以采用激光测距传感器、红外测距传感器或者其他类型的测距传感器进行距离的测量；还可以在架体上设置一个安装杆，此时为保证测绘精度需要在这一个安装杆上紧密排列设置多个测距传感器，当然，还可以设置三个、四个、五个或者其他数量个安装杆，每个安装杆上都设置测距传感器，从而进一步提高测绘精度。 |
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