技术领域
[0001] 本
发明涉及作物
数据采集技术领域，具体的说，涉及一种近地高通量表型信息采集机器人。
背景技术
[0002] 基因与环境之间复杂的相互作用控制着作物的
生物物理特性，表现为可观察的性状，即作物表型。通过高通量自动化作物表型信息采集与分析，实现对作物性状的
无损检测和量化。近年来，对表型信息获取技术的研究，极大地
加速了对调控作物重要性状信息的挖掘。然而，我国在高通量表型信息获取技术和设备研发方面相对滞后，存在自动化程度低、成本高、信息获取单一等
瓶颈。
[0003] 目前，高通量表型信息采集设备主要搭载在卫星、飞机、无人机、热气球、
飞艇、氢气球等载体上。但是，卫星信息采集系统受天气、能见度以及旋转周期的影响，不能持续高
精度采集信息；无人机信息采集系统具有
稳定性差、续航时间短和载重小等缺点；热气球、飞艇和氢气球等
飞行器方向操控性差，受最低飞行高度限制。而且，上述载体大多搭载单一
传感器进行数据采集，获取信息单一，限制后期数据的耦合处理。
[0004] 为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种近地高通量表型信息采集机器人，能根据作物的垄距和高度调节车体的宽度以及各个传感器的高度，可实时同步采集多源数据，自动化程度高，灵活性强，操作简单，数据
分辨率高，适应能
力强。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：近地高通量表型信息采集机器人，包括车体，车体的左侧设置有设备箱，车体的中间设置有GPS/INS系统和三轴稳定
云台，设备箱的底部设置有朝向地面的第一
超声波传感器，设备箱内设置有
蓄电池和主控系统，三轴稳定云台上安装有第二
超声波传感器、高
光谱仪、三轴
陀螺仪、加速度传感器、多光谱仪、热红外成像仪和
数码相机，第二
超声波传感器朝向前方并与地面呈45度设置，
蓄电池通过变压装置分别与GPS/INS系统、第一超声波传感器、主控系统、三轴稳定云台、第二超声波传感器、高光谱仪、三轴陀螺仪、加速度传感器、多光谱仪、热红外成像仪和数码相机电连接，主控系统分别与GPS/INS系统、第一超声波传感器、三轴稳定云台、第二超声波传感器、高光谱仪、三轴陀螺仪、加速度传感器、多光谱仪、热红外成像仪和数码相机
信号连接。
[0007] 车体包括两个结构相同且左右对称设置的车架，两个车架之间设置有两个宽度调节装置，每个车架均包括第一竖向方管、第二竖向方管、第一
支撑方管、高度调节方管、加强方管、前行走轮、后行走轮和转向机构，第一竖向方管和第二竖向方管的下端分别通过一个第一连接件固定连接在第一支撑方管的上表面, 第一竖向方管、第二竖向方管和第一支撑方管位于同一竖直平面上,第一支撑方管、高度调节方管和加强方管均沿前后方向
水平设置，加强方管通过两个第二连接件分别与第一竖向方管和第二竖直方管可拆卸连接，高度调节方管通过两个第二连接件分别与第一竖向方管和第二竖直方管可拆卸连接，加强方管设置在第一竖向方管和第二竖向方管的上侧部，转向机构安装在第一支撑方管的后侧部，后行走轮转动安装在转向机构上，前行走轮转动安装第一支撑方管的前端，前行走轮和后行走轮的中心处均设置有用于驱动前行走轮和后行走轮转动的
轮毂电机，蓄电池通过变压装置分别与各个轮毂电机电连接，主控系统与各个轮毂电机信号连接。
[0008] 每个宽度调节装置均包括两根宽度调节方管和一根横向连接
套管，宽度调节方管和横向连接套管均沿左右方向水平设置，两根宽度调节方管关于横向连接套管左右对称设置，左侧的宽度调节方管的右端插接在横向连接套管的左端，右侧的宽度调节方管的左端插接在横向连接套管的右端，左侧的宽度调节方管和右侧的宽度调节方管上均沿长度方向开设有两排上下通透的调节通孔，横向连接套管上沿长度方向开设有两排上下通透的限定通孔，左侧的宽度调节方管和右侧的宽度调节方管上的某些调节通孔与横向连接套管上的某些限定通孔分别上下对应且插接有
螺栓销，左侧的两根宽度调节方管的左侧和右侧的两根宽度调节方管的右侧均通过第三连接件与相应侧的高度调节方管可拆卸连接，左侧的两根宽度调节方管之间以及右侧的两根宽度调节方管之间均通过两个第三连接件可拆卸连接有一根沿前后方向水平设置的第二支撑方管，两根第二支撑方管之间通过第三连接件可拆卸连接有一根沿左右方向水平设置的第三支撑方管，第三支撑方管的中部通过第二连接件可拆卸连接有第三竖向方管，第三竖向方管的上侧通过第二连接件可拆卸连接有沿前后方向水平设置的悬臂方管，在特殊采集环境下可以调整为沿左右方向，GPS/INS系统在悬臂方管的上表面前部和后部分别设置有一个，三轴稳定云台设置在悬臂方管的下表面前部。
[0009] 第一连接件包括沿前后方向设置的第一水平套管和第一竖向套管，第一水平套管套装在第一支撑方管上，第一竖向套管的下端固定连接在第一水平套管的上表面，第一竖向方管和第二竖向方管的下端均对应插接在相应的第一竖向套管中；第二连接件包括沿前后方向设置的第二水平套管和第二竖向套管，第二水平套管的侧部和第二竖向套管的侧部固定连接，第二水平套管的四周开设有四个上下通透的连接通孔，第二竖向套管的四周开设有四个前后通透的连接通孔；
第三连接件包括沿前后方向设置的第三水平套管和沿左右方向设置的第四水平套管，第三水平套管和第四水平套管的四周均开设有四个上下通透的连接通孔。
[0010] 第一竖向方管和第二竖向方管上均沿长度方向开设有两排前后通透的连接通孔，第三竖向方管上沿长度方向开设有两排左右通透的连接通孔，高度调节方管、加强方管、第二支撑方管、第三支撑方管和悬臂方管上均沿长度方向开设有两排上下通透的连接通孔，第二竖向套管套装在第一竖向方管上，第一竖向方管上的四个连接通孔与第二竖向套管上的对应四个连接通孔前后对应且插接有螺栓销，第二竖向套管套装在第二竖向方管上，第二竖向方管上的四个连接通孔与第二竖向套管上的对应四个连接通孔前后对应且插接有螺栓销，第二竖向套管套装在第三竖向方管上，第三竖向方管上的四个连接通孔与第二竖向套管上的对应四个连接通孔前后对应且插接有螺栓销，第二水平套管套装在高度调节方管上，高度调节方管上的四个连接通孔与第二水平套管上的对应四个连接通孔上下对应且插接有螺栓销，第二水平套管套装在加强方管上，加强方管上的四个连接通孔与第二水平套管上的对应四个连接通孔上下对应且插接有螺栓销，第二水平套管套装在悬臂方管上，悬臂方管上的四个连接通孔与第二水平套管上的对应四个连接通孔上下对应且插接有螺栓销，第二水平套管套装在第三支撑方管上，第三支撑方管上的四个连接通孔与第二水平套管上的对应四个连接通孔上下对应且插接有螺栓销，第三水平套管套装在高度调节方管上，高度调节方管上的四个连接通孔与第三水平套管上的对应四个连接通孔上下对应且插接有螺栓销，第三水平套管套装在第二支撑方管上，第二支撑方管上的四个连接通孔与第三水平套管上的对应四个连接通孔上下对应且插接有螺栓销，第四水平套管套装在宽度调节方管上，宽度调节方管上的四个连接通孔与对应第四水平套管上的四个连接通孔上下对应且插接有螺栓销，第四水平套管套装在第三支撑方管上，第三支撑方管上的四个连接通孔与第四水平套管上的对应四个连接通孔上下对应且插接有螺栓销。
[0011] 转向机构包括
前叉、步进电机、转向
横杆和两根拉杆，前叉竖直设置，前叉的叉头朝下，第一支撑方管的后端设有铰接座，铰接座上开设有上下通透的铰接孔，前叉的直杆向上穿过铰接孔并与铰接孔转动配合，后行走轮的轮轴转动安装在前叉的叉头上，步进电机固定连接在第一支撑方管的上表面中部，步进电机的动力轴竖直朝上，转向横杆的中部固定安装在步进电机的动力轴上端，转向横杆的两端分别转动安装有摆动
块，摆动块的转动轴竖直设置，两根拉杆同高且均沿前后方向水平设置，两根拉杆关于第一支撑方管左右对称，两根拉杆的前端分别与相应侧的摆动块固定连接，前叉的直杆上端固定连接有一块水平转向板，水平转向板关于前叉的直杆中心对称，两根拉杆的后端分别与水平转向板的左右两侧铰接，蓄电池通过变压装置与步进电机电连接，主控系统与步进电机信号连接。
[0012] 本发明相对
现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明具有以下优点：1.能根据作物的垄距、高度和类型调节车体的宽度以及各个传感器的高度和
角度通过调节宽度调节方管在横向连接套管中的插接长度调节左右两个车架之间的距离，进而调节车体的宽度，通过高度调节方管以及第三竖向方管的高度调节三轴稳定云台的高度，进而调节两个GPS/INS系统、高光谱仪、三轴陀螺仪、加速度传感器、多光谱仪、热红外成像仪和数码相机的高度，保证各个传感器正常工作，收集的数据准确，调节时，只需将各个螺栓销拆掉，即可进行相应的调节工作，调节完成后，再将各个螺栓销安装在相应的连接通孔、调节通孔和限定通孔中固定。
[0013] 2.可实时同步采集多源数据车体上搭载有两个GPS/INS系统，而且设置有三轴稳定云台，三轴稳定云台上安装有高光谱仪、三轴陀螺仪、加速度传感器、多光谱仪、热红外成像仪和数码相机，主控系统分别与三轴稳定云台、高光谱仪、三轴陀螺仪、加速度传感器、多光谱仪、热红外成像仪、数码相机连接，如此，主控系统能够控制三轴稳定云台、高光谱仪、三轴陀螺仪、加速度传感器、多光谱仪、热红外成像仪、数码相机，实现实时、同步获取高清数码影像、多光谱影像、高光谱影像、热红外影像以及GPS
定位信息和INS
姿态参数等数据的功能。
[0014] 3.自动化程度高主控系统分别与四个轮毂电机和两个步进电机连接，控制四个轮毂电机和两个步进电机的转动，用户可以通过主控系统规划行走路线。
[0015] 4.整体装置运行和维护成本低相比于卫星和飞机平台，该近地高通量表型信息采集机器人采用的产品材料简单、价格低、花费少，整体装置易检测和维修，出现问题能实时检修维护。
[0016] 5.灵活性强，操作简单三轴稳定云台能够最大限度的降低采集过程中由于晃动对结果产生的影响，同时根据GPS/INS系统、三轴陀螺仪和加度速传感器，通过主控系统可以实时获取该近地高通量表型信息采集机器人的准确
位置以及INS姿态等信息；三轴稳定云台根据三轴陀螺仪和加度速传感器提供的信息不断进行调整，使高光谱仪、多光谱仪、热红外成像仪、数码相机的状态维持稳定；从而使数据耦合性高，方便后期影像和
数据处理，提高
图像处理精度。
[0017] 6. 数据分辨率高，适应能力强相比于卫星和飞机平台，该近地高通量表型信息采集机器人不易受天气因素影响，可以近距离获取多源数据，高光谱仪、多光谱仪、热红外成像仪、数码相机的成像
质量高，分辨率高，而且该近地高通量表型信息采集机器人的
载荷能力大、续航能力强，能搭载多种传感器且保证各个传感器长时间同时工作。
附图说明
[0018] 图1是本发明的结构示意图。
[0019] 图2是图1中A处局部放大图。
[0020] 图3是图1中B处局部放大图。
[0021] 图4是本发明中第二连接件的结构示意图。
[0022] 图5是本发明中第三连接件的结构示意图。
[0023] 图6是本发明在特殊采集环境下的结构示意图。
[0024] 图7是本发明中变压装置的原理图。
[0025] 图8是本发明中自动控速模块原理图。
[0026] 图9是本发明中传感器的选择及参数设置原理图。
[0027] 图10是本发明中时间配准模块原理图。
[0028] 图11是本发明中影像重叠度处理模块的计算原理图。
具体实施方式
[0029] 以下结合附图进一步说明本发明的
实施例。
[0030] 如图1-图11所示，近地高通量表型信息采集机器人，包括车体，车体的左侧设置有设备箱1，车体的中间设置有GPS/INS系统2和三轴稳定云台3，设备箱1的底部设置有朝向地面的第一超声波传感器，设备箱1内设置有蓄电池4和主控系统5，三轴稳定云台3上安装有第二超声波传感器、高光谱仪6、三轴陀螺仪7、加速度传感器8、多光谱仪9、热红外成像仪10和数码相机11，第二超声波传感器朝向前方并与地面呈45度设置，高光谱仪6、多光谱仪9、热红外成像仪10的镜头均竖直朝向地面，并且可进行轻微调节，蓄电池4通过变压装置44分别与GPS/INS系统2、第一超声波传感器、主控系统5、三轴稳定云台3、第二超声波传感器、高光谱仪6、三轴陀螺仪7、加速度传感器8、多光谱仪9、热红外成像仪10和数码相机11电连接，主控系统5分别与GPS/INS系统2、第一超声波传感器、三轴稳定云台3、第二超声波传感器、高光谱仪6、三轴陀螺仪7、加速度传感器8、多光谱仪9、热红外成像仪10和数码相机11信号连接。
[0031] 车体包括两个结构相同且左右对称设置的车架，两个车架之间设置有两个宽度调节装置，每个车架均包括第一竖向方管12、第二竖向方管13、第一支撑方管14、高度调节方管15、加强方管16、后行走轮17、前行走轮18和转向机构，第一竖向方管12和第二竖向方管13的下端分别通过一个第一连接件19固定连接在第一支撑方管14的上表面, 第一竖向方管12、第二竖向方管13和第一支撑方管14位于同一竖直平面上,第一支撑方管14、高度调节方管15和加强方管16均沿前后方向水平设置，加强方管16通过两个第二连接件20分别与第一竖向方管12和第二竖向方管13可拆卸连接，高度调节方管15通过两个第二连接件20分别与第一竖向方管12和第二竖直方管可拆卸连接，加强方管16设置在第一竖向方管12和第二竖向方管13的上侧部，转向机构安装在第一支撑方管14的后侧部，后行走轮17转动安装在转向机构上，前行走轮18转动安装第一支撑方管14的前端，后行走轮17和前行走轮18的中心处均设置有用于驱动后行走轮17和前行走轮18转动的轮毂电机21，蓄电池4通过变压装置44分别与各个轮毂电机21电连接，主控系统5与各个轮毂电机21信号连接。
[0032] 每个宽度调节装置均包括两根宽度调节方管22和一根横向连接套管23，宽度调节方管22和横向连接套管23均沿左右方向水平设置，两根宽度调节方管22关于横向连接套管23左右对称设置，左侧的宽度调节方管22的右端插接在横向连接套管23的左端，右侧的宽度调节方管22的左端插接在横向连接套管23的右端，左侧的宽度调节方管22和右侧的宽度调节方管22上均沿长度方向开设有两排上下通透的调节通孔24，横向连接套管23上沿长度方向开设有两排上下通透的限定通孔，左侧的宽度调节方管22和右侧的宽度调节方管22上的某些调节通孔24与横向连接套管23上的某些限定通孔分别上下对应且插接有螺栓销25，左侧的两根宽度调节方管22的左侧和右侧的两根宽度调节方管22的右侧均通过第三连接件26与相应侧的高度调节方管15可拆卸连接，左侧的两根宽度调节方管22之间以及右侧的两根宽度调节方管22之间均通过两个第三连接件26可拆卸连接有一根沿前后方向水平设置的第二支撑方管27，两根第二支撑方管27之间通过第三连接件26可拆卸连接有一根沿左右方向水平设置的第三支撑方管28，第三支撑方管28的中间通过第二连接件20可拆卸连接有第三竖向方管29，第三竖向方管29的上侧通过第二连接件20可拆卸连接有沿前后方向水平设置的悬臂方管30，GPS/INS系统2在悬臂方管30的上表面前部和后部分别设置有一个，三轴稳定云台3设置在悬臂方管30的下表面前部，并且可以沿悬臂方管30前后移动。
[0033] 在特殊采集环境下可将GPS/INS系统2和三轴稳定云台3设置在车体的侧面，只需将第三竖向方管29移动至第三支撑方管28的右侧部，悬臂方管30沿左右方向水平设置即可，如图6所示。第一连接件19包括沿前后方向设置的第一水平套管31和第一竖向套管32，第一水平套管31套装在第一支撑方管14上，第一竖向套管32的下端固定连接在第一水平套管31的上表面，第一竖向方管12和第二竖向方管13的下端均对应插接在相应的第一竖向套管32中；第二连接件20包括沿前后方向设置的第二水平套管33和第二竖向套管34，第二水平套管33的侧部和第二竖向套管34的侧部固定连接，第二水平套管33的四周开设有四个上下通透的连接通孔35，第二竖向套管34的四周开设有四个前后通透的连接通孔35；
第三连接件26包括沿前后方向设置的第三水平套管36和沿左右方向设置的第四水平套管37，第三水平套管36和第四水平套管37的四周均开设有四个上下通透的连接通孔35。
[0034] 第一竖向方管12和第二竖向方管13上均沿长度方向开设有两排前后通透的连接通孔35，第三竖向方管29上沿长度方向开设有两排左右通透的连接通孔35，高度调节方管15、加强方管16、第二支撑方管27、第三支撑方管28和悬臂方管30上均沿长度方向开设有两排上下通透的连接通孔35，第二竖向套管34套装在第一竖向方管12上，第一竖向方管12上的四个连接通孔35与第二竖向套管34上的对应四个连接通孔35前后对应且插接有螺栓销
25，第二竖向套管34套装在第二竖向方管13上，第二竖向方管13上的四个连接通孔35与第二竖向套管34上的四个连接通孔35前后对应且插接有螺栓销25，第二竖向套管34套装在第三竖向方管29上，第三竖向方管29上的四个连接通孔35与第二竖向套管34上的对应四个连接通孔35前后对应且插接有螺栓销25，第二水平套管33套装在高度调节方管15上，高度调节方管15上的四个连接通孔35与第二水平套管33上的对应四个连接通孔35上下对应且插接有螺栓销25，第二水平套管33套装在加强方管16上，加强方管16上的四个连接通孔35与第二水平套管33上的四个连接通孔35上下对应且插接有螺栓销25，第二水平套管33套装在悬臂方管30上，悬臂方管30上的四个连接通孔35与第二水平套管33上的对应四个连接通孔
35上下对应且插接有螺栓销25，第二水平套管33套装在第三支撑方管28上，第三支撑方管
28上的四个连接通孔35与第二水平套管33上的对应四个连接通孔35上下对应且插接有螺栓销25，第三水平套管36套装在高度调节方管15上，高度调节方管15上的四个连接通孔35与第三水平套管36上的对应四个连接通孔35上下对应且插接有螺栓销25，第三水平套管36套装在第二支撑方管27上，第二支撑方管27上的四个连接通孔35与第三水平套管36上的对应四个连接通孔35上下对应且插接有螺栓销25，第四水平套管37套装在宽度调节方管22上，宽度调节方管22上的四个连接通孔35与第四水平套管37上的对应四个连接通孔35上下对应且插接有螺栓销25，第四水平套管37套装在第三支撑方管28上，第三支撑方管28上的四个连接通孔35与第四水平套管37上的对应四个连接通孔35上下对应且插接有螺栓销25。
[0035] 转向机构包括前叉38、步进电机39、转向横杆40和两根拉杆41，前叉38竖直设置，前叉38的叉头朝下，第一支撑方管14的后端设有铰接座42，铰接座42上开设有上下通透的铰接孔，前叉38的直杆向上穿过铰接孔并与铰接孔转动配合，后行走轮17的轮轴转动安装在前叉38的叉头上，步进电机39固定连接在第一支撑方管14的上表面中部，步进电机39的动力轴竖直朝上，转向横杆40的中部固定安装在步进电机39的动力轴上端，转向横杆40的两端分别转动安装有摆动块43，摆动块43的转动轴竖直设置，两根拉杆41同高且均沿前后方向水平设置，两根拉杆41关于第一支撑方管14左右对称，两根拉杆41的前端分别与相应侧的摆动块43固定连接，前叉38的直杆上端固定连接有一块水平转向板45，水平转向板45关于前叉38的直杆中心对称，两根拉杆41的后端分别与水平转向板45的左右两侧铰接，蓄电池4通过变压装置44与步进电机39电连接，主控系统5与步进电机39信号连接。
[0036] 本发明中的信号连接可以采用
控制电缆连接，也可以采用无线传输控制。
[0037] 下面具体阐述本发明中主要传感器及主控系统的模块的具体工作原理：（1）三轴稳定云台3
三轴稳定云台3上搭载高光谱仪6、三轴陀螺仪7、加速度传感器8、多光谱仪9、热红外成像仪10和数码相机11。根据各个传感器的大小和重量以及三轴稳定云台3的空间大小，将各个传感器位置进行布设时，三轴稳定云台3能满足数码相机11、高光谱仪6、多光谱仪9、热红外成像仪10的三个活动
自由度：绕X、Y、Z轴转动，三轴稳定云台3的每个轴心都安装有稳定电机，当近地高通量表型信息采集机器人发生倾斜时，三轴陀螺仪7和加速度传感器8会感应到这种变化，并将变化进行量化转化为
电信号，发送给主控系统，由主控系统进行处理后迅速将
控制信号传输给稳定电机，让相应的稳定电机增加与倾斜相反方向的动力，防止数码相机11、高光谱仪6、多光谱仪9、热红外成像仪10跟着近地高通量表型信息采集机器人“倾斜”，从而避免数码相机11、高光谱仪6、多光谱仪9、热红外成像仪10发生抖动，保证影像清晰稳定。为了实现数码相机11多角度拍摄，在数码相机11底部使了一个多功能底座，能够满足数码相机11进行多角度拍摄。多功能底座为现有技术不再进行介绍。
[0038] （2）高光谱仪6高光谱仪6为Cubert S185机载高光谱成像仪，Cubert S185机载高光谱成像仪采用革命性的画幅式高光谱成像技术，是目前高速成像光谱仪的最轻版本；画幅式高光谱成像技术融合了高光谱数据的精确性和快照成像的高速性，能够瞬间获得在整个视场范围内精确的高光谱图像。Cubert S185机载高光谱成像仪可以最简便地在1/1000秒内获得整个高光谱立方体数据，配套功能强大的测量及数据处理
软件，不需要IMU即可实现无人机遥感测量；Cubert S185机载高光谱成像仪可随UAV按预设航线自动测量，快速获得大面积高光谱图像，可通过软件自动快速拼接。
[0039] （3）多光谱仪9多光谱仪9为Parrot Sequoia多光谱相机，Parrot Sequoia多光谱相机包含四个1200万
像素的感应器，可以拍摄4种谱段的数据（
近红外、红外、红、绿），质量为72g，搭配的日光照度计质量为35g，采用WIFI配置模式，拥有64GB存储容量，功耗5W。Parrot Sequoia多光谱相机是农业遥感专用4通道多光谱相机，由多光谱传感器和光照传感器两部分组成。光照传感器能够接受太阳光照，其作用是获取并记录当前光照状况，并自动校准相机输出，保证光谱测量的精度；多光谱传感器能拍摄作物的遥感影像数据。
[0040] （4）热红外成像仪10热红外成像仪10为PI450热红外成像仪，PI450热红外成像仪是USB
接口在线式的热红外像仪，该热红外成像仪操作方便，体积小巧，已被广泛应用于研发工作、材料分析和农业育种等方面。
[0041] （5）GPS/INS系统2 GPS/INS系统2在悬臂方管30的上表面前部和后部分别设置有一个，GPS/INS系统由GPS全球卫星导航和INS惯性
导航系统融合而成，运行时，由INS的陀螺仪和加速计输出测量数据并及时地传送给车载计算机，通过INS惯性导航系统的力学编排、GPS滤波、GPS/INS滤波等计算，及时获取主要传感器的三维信息：主要传感器的六个方位坐标元素，从而实现GPS与INS的联合定位导航，能够获取传感器的多源化、高精度的位置信息。
[0042] （6）主控系统5为了实现自动化控制，设计了一个主控系统5。主控系统5包括六个模块：自动控速模块、自动避障模块、自动转向模块、路线规划模块、影像重叠度处理模块、时间配准模块。
[0043] 首先在地面站上选择测区范围，然后调用主要传感器的选择与参数输入模块，进行主要传感器的选择和参数输入（影像的重叠度、传感器高度、传感器的工作
频率），随后主控系统5会自动调用影像重叠度处理模块进行影像重叠度处理，自动生成合适的行进速度，并将处理后的信息传给路线规划模块，由路线规划模块规划合适的行进轨迹，完成后就可以发送主控命令，让近地高通量表型信息采集机器人开始工作。在行进过程中，时间配准模块会根据影像重叠度处理模块处理的信息，控制各个传感器进行自动采集数据。并且自动避障模块会实时获取周围信息传送给主控系统5，由主控系统5分析当存在危险因素，及时进行避障。
[0044] （7）蓄电池4和变压装置44蓄电池4采用两块轻便、高储能的36V锂电池，供电过程安全稳定，并且轻便的锂电池还能大幅降低了
车身自重，降低空间占有率。因车体要搭载多种传感器，每个传感器的工作
电压不统一，为了给各个传感器提供合适的电压，变压装置44采用多源输出变压设备，能够输出多种电压，保证各个传感器的正常工作。搭载的过载保护模块能够在电压异常时及时断电，确保各个传感器工作过程的绝对安全，输出端设置了多种输出端口，能够匹配不同接口的传感器。蓄电池4和变压装置44为整个装置提供电力保障。
[0045] （8）自动控速模块为了自动控制车速，主控系统5连接轮毂电机21的信号线和方向线，轮毂电机21上的
驱动器电源线通过变压装置44与蓄电池4相连，采用共阳或共阴接法，轮毂电机21上的驱动器可以调节轮毂电机21的工作模式。通过在编程中控制方向接口和信号接口的电频，从而实现
驱动轮毂电机21的目的。当信号接口输出一个电脉冲，轮毂电机21前进一个步距角（步距角由轮毂电机21设计结构所决定）。调节信号接口高低点平的延迟时间，即相邻步进角发生的时间，就可以实现调节车速的功能。
[0046] （9）路线规划模块首先在计算机上调取数据采集范围的二维平面图，用户根据需要设置勘测的范围和出发点，然后进行自主路径规划。整个路线是沿平行于边界的航线来回行进，并且两个路线间的距离（即两行道之间的距离）也可调整，保证计算机自动规划的路线与田垄间距相匹配。
当路线规划完成后，由GPS/INS系统2实时获取机器人位置，并能够实时在屏幕显示出机器人的位置。根据规划的航线，计算机实时计算机器人实际位置与图上的位置，当两点出现偏差时，自动分析出两点最快纠偏路径，然后通过
算法处理后输出驱动指令，并发送给主控系统5，进而控制轮毂电机21和步进电机39转动，实现机器人行走和转向。
[0047] （10）自动避障模块对于地形相对复杂的田地，为避免损坏各个传感器和三轴稳定云台等设备，增加了避障功能。本功能利用朝向前方的第二超声波传感器，由第二超声波传感器主动发送超声波，实时对前方的路况进行探测。构建的超声波模块既是发送超声信号的设备也是接收超声信号的设备，模块根据发送和接收超声波时间差乘以声速可得出前方物体离模块的距离。首先，设置一个安全距离，如果第二超声波传感器所得距离等于或小于标准距离，则说明有障碍，自动避障模块向主控系统5发送停止行进命令。而朝向前方并与地面呈45度的第一超声传感器主要应对地形不平整问题，第一超声波设置一个安全距离。若第一超声波计算得到的距离大于安全距离，则说明有前方有坑，自动避障模块向主控系统5发送停止行进指令，主控系统5则直接向轮毂电机21的驱动器发送停止命令。
[0048] （11）采集传感器的选择及参数设置为了应对多种数据采集要求，操作者可以任意选择采集机器人安装的四个采集传感器(高光谱仪、多光谱仪、热红外成像仪、数码相机）中的一个或者多个进行采集工作。首先，要进行参数设置，每个传感器参数对应不同的标志位。在进行参数设置前需先发送选择命令（选择模块），主控系统5接收命令后进行解析，再切换到相应的模块参数的设置界面，等待计算机响应，然后进一步设置对应模块的相关参数，完成数据采集前的准备工作。
[0049] （12）时间配准模块为了实现各个传感器同步工作，必须进行时间配准处理。首先，计算机作为发送控制命令和最终显示采集数据的平台，主控系统5负责分析计算机命令并直接控制各个传感器的工作，计算机和主控系统5则通过蓝牙或路由器通信，由于各个传感器各自集成且通信协议各不相同，故需设置一套统一的通信协议，再由USB转串口模块与主控系统5通信，受主控系统5控制。主控系统5中设置不同标志位，收到计算机发送的命令，通过改变标志位来实现控制各个传感器的状态。然后在计算机上设置总
控制器，控制主控系统5的各个模块的选择、各个传感器的参数的调整（包括高光谱仪6、多光谱仪9、热红外成像仪10、数码相机11的参数调整）、车速和路径设置等，计算机也是最终显示数据的平台，主控系统5根据来自计算机的指令直接控制各个传感器、轮毂电机和步进电机，调整车速和路径。上述是时间配准的准备工作，然后使用一个
定时器，设置最小时间为定时器计算量度（如若各个传感器的
采样周期都是微秒级别，设置一微秒为定时器量度），若四个传感器相互之间存在整数比，则设置最小公因数为定时器量度，其次设置四个标志位表示是否观测数据。如果接到打开传感器的信号，标志位置显示1，接收到关闭传感器的信号，标志位置显示0，由四个传感器设置四个数组存放数据，在中断函数中先检测是否到采样周期，如果到采样周期，则检测标志位是否置1，如果置1，则接受数据并将接收到的采样数据放进设置的一个数组，假设在长周期相邻两次更新状态时间内，短周期更新n次，如果标志位都为1，对小周期的n次数据用最小二乘法估算出一个近似值，与长周期第二次测量的值作为一组数据存入长周期设置的数组中。然后可将短采样周期的数组清空。若长周期标志位为1，则将短周期的n次数据计算得来的近似值存入长周期数组，依次类推。
[0050] （13）影像重叠度处理模块Ⅰ.机器人行进速度和单一传感器航向重叠度关系模型的建立
根据图11可知，重叠度计算公式：
（13-1）
Px是航线方向在地面上的重叠长度；
Lx是传感器沿航线方向在地面上的投影长度。
[0051] 图11中的箭头表示机器人的行进方向。
[0052] 从图11中可以得出： （13-2）
B是两个摄站间的距离，也称为摄影基线；
lx为传感器像幅沿着航线方向的边长长度；
m是传感器摄影影像比例尺的分母。
（13-3）
W是机器人相对于地面的速度；
τ是传感器摄影时间间隔。
[0053] 由上式得： （13-4）
H是传感器距离地面或者被测物体的高度；
f是传感器的焦距；
分析上式（13-3）和（13-4）得出机器人相对于地面的速度和传感器影像重叠度的关系式：
（13-5）
其中：
（13-6）
Ⅱ.机器人行进速度和多传感器航向重叠度关系模型的建立
影像数据后处理对影像重叠度有要求，而且各个传感器的参数不一样，导致Ps值不相同，为了满足后期数据处理要求，在重叠度确定的情况下，根据所用传感器的参数求得各个传感器所对应的Psi值，取Ps=min（Psi），得到：
（13-7）
即可以得到同时兼顾传感器影像重叠度和传感器参数不一致情况下的机器人相对于地面的行进速度W。
[0054] 以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
