專利名稱：機載式作物氮素信息高密度無損采集方法
技術領域：
本發明涉及一種機載式作物氮素信息采集方法，屬于作物生產技術領域，是基于 作物冠層反射光譜的機械化、高密度、無損快捷地獲取農田作物生長過程中動態實時 氮素信息的技術方法，用于精確農業。二、 背景技術精確農業在發達國家發展十分迅速，是農業可持續發展的重要途徑。精確農業就 是依據田間作物的實際生長狀況，精細準確地確定并實施生產管理措施，優化資源投 入、提高資源利用效率，改善環境，取得良好的經濟和環境效益。由此可見，準確全 面和高密度地采集田間作物的實時生長信息是精確農業實施的首要條件和決策依據。田間作物信息的采集與獲取方式主要包括基于便攜式儀器的選點手工采集方 式、基于機載式的農機作業連續采集方式、基于多平臺遙感的采集方式和基于無線傳 感網絡的采集方式。其中，基于便攜式儀器的選點手工采集是獲取農田信息的最原始 方式，該方式不僅需要消耗大量的人力，而且數據信息采集量有限，存在以"點"代 "面"的偏差，較難滿足當前生產實際需求；基于遙感平臺的采集技術可周期性的重 訪觀測，但無法實現過程觀測，只能獲得瞬時的空間"面"數據信息，且需要農田的 環境信息支持才能實現定量化解析；基于無線傳感網絡的采集方式能夠自動獲取農田 的多"點"信息，但難以獲取大范圍的"面"上信息。機載式連續采集能夠以機械化 的作業方式高密度獲取大范圍農田的"面"上信息，是目前實際生產中迫切需要的較 適用的農業信息裝備。氮素營養在作物光合生產能力中起到關鍵作用，它是氨基酸、蛋白質、核酸等生 命物質合成的重要組成部分，在提高作物光合作用能力、增強同化物生產等方面起著 重要作用，是影響作物生長發育、經濟產量和品質形成的最主要的可調控營養元素。 因而氮肥管理成為優質、高效、高產、安全作物生產中最為重要的管理措施之一。近 IO年來，農業生產的氮肥投入量逐年增加，世界氮肥施用量增加了 14.2%。而我國是 氮肥消耗量最大的國家，近20多年間化肥用量增加了 183.1%。氮肥投入的大量增加， 致使氮肥的利用效率降低，由于土壤中的淋洗作用，氮素大部分進入地下水和地表水，造成水體污染，水資源和農田生態環境遭到破壞。作物氮素信息的機械化、高密度無 損采集是精確農業的重要技術支撐之一，其目的是為了實時掌握作物氮素營養，及時 指導氮肥的定量管理和精確投入。許多學者曾嘗試利用肥料深施技術和化肥精量施播技術來提高氮肥的利用效率， 并研制了與拖拉機配套的化肥深施機和精量施肥機等。但由于缺乏田間作物的氮素營 養實時準確的信息支撐，上述機械在施肥作業時得不到有效的信息支持和指導，很難達到精準施肥和提高氮素利用率的目的。因此，相關施肥技術和機械也沒有得到廣泛 推廣和應用。隨著資源與環境問題的不斷突顯，如何在提高氮肥利用效率和降低生產 成本的同時減少對農業生態環境的污染，是目前迫切需要解決的問題。采用機載式作 物氮素信息高密度無損采集方法，能夠借助拖拉機實現快速、全面、準確的田間作物 氮素營養信息采集，為施肥機械實施精確施肥提供實時有效的信息支持。本申請發明 ——"機載式作物氮素信息高密度無損采集方法"正是在這一技術背景下得到實施的。 在國外，日本研制生產了便攜式葉綠素計，用于作物氮素營養的估測和指導施肥， 但在生產應用中其讀數值(SPAD值)受到作物品種、生育期和生長環境等因素的影 響較大，必須建立校正曲線或改進算法以提高其診斷精度，這就需要實驗室的測試配 合，不適合于機載式實時信息采集的使用；美國俄克拉荷馬州立大學(Oklahoma State University)開展了機載作物冠層光譜信息采集的研究和變量精確施肥試驗，但沒有 涉及到機載式作物氮素信息采集方法。在國內，潘君劍等申請的發明專利"一種智能 農機載高光譜采集方法"(CN200410009914.0)，用于獲取田間高光譜信息，未涉及 作物氮素信息的機械化采集方法；曹衛星等所獲得授權的國家發明專利——"便攜式 多通道作物葉片氮素營養指標無損監測裝置"(ZL2007100193409)，未涉及機載式的 作物氮素營養信息采集方法。三、發明方案 技術問題本發明的目的在于提供一種適用于拖拉機田間連續作業的機載式作物氮素信息 高密度無損采集方法，能夠實時高密度的采集田間作物的氮素營養信息，為實現精準 施肥提供可靠的信息支持和決策依據。技術方案機載式作物氮素信息高密度無損采集方法(如圖1)，包括采用(作物氮素信息)傳感變送器采集作物冠層葉片氮素信息、采用隨動自適應平衡調節器自動調整保持傳 感變送器在適宜采集的姿態、采用可調懸掛支架懸掛并調節傳感變送器使之處于適宜 采集的位置和方位、采用(作物氮素信息)無線接收器接收和存儲發自傳感變送器的 氮素信息；傳感變送器通過螺釘緊固在隨動自適應平衡調節器上，隨動自適應平衡調 節器連接在可調懸掛支架的頂部末端，可調懸掛支架與拖拉機的底盤連接固定，無線 接收器安裝在拖拉機駕駛室的儀表盤面板上，傳感變送器與無線接收器之間通過無線 通訊方式實現信息數據的發送、接收和存儲，其主要特征在于
1)采用傳感變送器采集作物氮素信息，并以無線信號發送所采集到的氮素信息； 傳感變送器主要由傳感器、變換器和發送器組成(圖2);用傳感器采集4個氮素敏 感波段的作物冠層葉片反射光譜輻射量及其相應波段的背景光譜輻射量，并將各自的 輻射量轉化為相應的電信號量參數；用變換器將來自傳感器的電信號量參數換算為作 物冠層葉片的氮素營養信息，并將其轉化為數字信號；用發送器將來自變換器的氮素 營養信息的數字信號打包，并按照通訊協議發出無線信號；
傳感器采用四特征敏感波段、八通道設計(圖2);每個特征敏感波段包含2個 通道，分別采集該特征敏感波段的作物冠層反射光譜輻射量及其相應波段的背景光譜 輻射量，并分別轉化為相應的電信號參量五r和五w這4個氮素特征敏感波段分別為 546證、660nm、 710nm禾口 810nm;
來自傳感器的電信號量進入變換器，按照式(1)計算4個波段的反射率i "
^i-MM^1 (i)
式(1)中，X代表氮素敏感波段參數，分別為546nm、 660nm、 710nm和810nm;
^為積分響應度標定系數，由室內的傳感器積分響應度標定系統標定得到；fe為光學 幾何修正系數，在農田采集作業前由標準白板標定后得到；
變換器按照式(2)和式(3)的氮素模型計算作物葉片的氮素含量并轉化為數字 信號；按照式(4)和式(5)的氮素模型計算作物葉片的氮積累量并轉化為數字信號； 按照式(6)和式(7)的氮素模型計算作物的葉面積指數并轉化為數字信號；
節W (810,710) = ^~"^~ (2)
"810 + "710
氮含量LNC:丄iVC = 0.1858 xe""5x柳w (3)
7Dr/(810,660) = ^810 一 A660 ( 4)
氮積累量LNA:丄A^4 = 24.451 x e615""" (5)
Dn(810,546) = "810 -"546 (6)
葉面積指數LAI:丄J/ = 17.688 x DF/ 18581 (7)
2) 采用隨動自適應平衡調節器(圖1)連接傳感變送器，拖拉機在田間行駛作
業過程中會發生傾斜和顛簸，隨動自適應平衡調節器發揮隨動調節作用，自動維持傳
感變送器處于平衡和平行于地面的姿態；隨動自適應平衡調節器主要由萬向球面調節 器、垂桿、垂桿套筒、緊固螺釘、平衡塊和平衡塊位置調節螺桿組成(圖3);平衡 塊調節螺桿和傳感變送器均通過螺絲固定在垂桿套筒的兩個相互平行的相對面上，在 靜態時，調節平衡塊與傳感變送器的相對距離，確保作傳感變送器處于靜態平衡和平 行于底面的姿態；還可以依據作業要求和田間實際情況，轉動垂桿套筒將傳感變送器 調節到適宜的方位后，用緊固螺釘定位固定；在田間動態作業時，萬向球面調節器隨 拖拉機起伏而自動調節，確保傳感變送器處于動態平衡和平行于地面的姿態；
3) 采用可調懸掛支架將拖拉機與裝有傳感變送器的隨動自適應平衡調節器連接 成整體；可調懸掛支架由套筒、定位螺桿、豎桿和斜桿組成(圖1和圖4);斜桿的 長度為4 m，能夠確保傳感變送器與拖拉機保持足夠距離，避免拖拉機對信息采集的 邊際影響；套筒固定在拖拉機基座上，可以實現2個方面的調節，g卩①依據作物 高度和監測需求，豎桿在套筒內作上下移動，將傳感變送器調節到適宜高度后通過定 位螺桿緊固，調節高度范圍為2 4 m;②豎桿可在套筒內作200°轉動，可以將可 調懸掛支架連同隨動自適應平衡調節器與傳感變送器在拖拉機左側-前方-右側的 180°范圍內任意調節方位，依據太陽方位和拖拉機的行駛方向將傳感變送器調節到合 適的方位后通過定位螺桿緊固；
4) 采用無線接收器接收并存儲來自傳感變送器發出的氮素信息無線信號；無線 接收器固定在駕駛室儀表盤的面板上(如圖1)，以方便用戶的操作；無線接收器與 傳感變送器的距離較遠，兩者之間采用ZIGBEE無線協議的通訊方式，其通訊格式為
8(a)無線接收器向傳感變送器發送測試指令格式: 起始位 命令字節 0xFF 0xFF 0
前五字節異或和校驗碼
(b)傳感變送器正確接收到測試指令的確認格式 起始位 變送器應答命 0xFF 0xFF 0xFF
前五字節異或和校驗碼
(C)傳感變送器向無線接收器發送氮素數據信息格式: 起始位 信息類型字節 氮素數據值
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(d)無線接收器接收到傳感變送器數據信息的確認格式 起始位 主機應答命令 0xFF 0xFF 0xFF
前五字節異或和校驗碼
字節
有益效果
本發明是精確農業信息采集技術集成創新成果。農田信息采集方法和設備是精確 農業的基礎和支撐。精確作業的農業機械裝備只有得到信息采集方法的有力支撐才能 得到快速發展。精確農業技術與裝備的應用，不僅能夠實現農業資源高效利用，提高 農業生產綜合效益和國際競爭力；而且有利于實現農業機械化和信息化的融合和交 叉，以信息技術改造傳統農業機械，提升農業機械的技術創新能力和高技術含量，促 進我國農業現代化和可持續發展。
1) 氮素營養信息的獲取是田間作物信息采集的重要內容，采用本發明能夠以機 械化的作業方式連續、高密度地獲取大范圍農田作物"面"上的氮素信息，提供作物 氮素營養的科學運籌和精確施肥所需的信息和數據支持，不僅有助于確保作物產量和 品質目標，而且還能提高氮肥利用效率、降低生產成本、減少農業"面"源污染，促 進農業清潔生產，從而產生巨大的社會、經濟和生態效益。本發明正是田間作物氮肥 精確施用和動態調控所迫切需求的關鍵方法和技術，也是精確農作和數字農業的重要 技術支撐。
2) 本發明克服了基于便攜式氮素監測儀的釆集方法所存在的耗費人力、數據信 息采集量有限、以"點"代"面"偏差等不足；并避免了基于遙感平臺的采集方法所 存在的無法實現過程觀測，只能獲得瞬時的空間"面"數據信息的缺陷；更解決了基 于無線傳感網絡的采集方法所存在的難以獲取大范圍的"面"上信息的問題。本發明 能夠實現過程監測、以機械化的作業方式高密度獲取大范圍農田作物"面"上的信息， 是最適宜于農業實際生產的農業信息裝備。
3) 本發明將氮素模型融入傳感變送器的變換器中，變換器直接將傳感器采集到的氮素特征光譜信息數據轉化為氮素信息，具有直接實時、快速無損地獲取作物生長 過程中的氮素信息的優勢。
4) 本發明采用隨動自適應平衡技術，解決了拖拉機田間作業過程常見的傾斜和 顛簸破壞傳感變送器平衡姿態保持的難題，確保傳感變送器在田間作業過程中始終保 持平衡和平行于地面的適宜姿態，保證了采集結果的穩定性。采用可調懸掛支架連接 拖拉機、隨動自適應平衡器和傳感變送器，既能夠依據作物的高度將傳感變送器調節 到適宜的采集高度，又能夠依據拖拉機行駛方向和太陽方位，轉動懸掛支架以調節傳 感器與拖拉機之間的相對方位，確保傳感變送器處于信息采集適宜的方位，保證了采 集結果的可靠性。
5) 本發明采用信息無線發送和接收技術，解決了有線傳輸的信號線干擾隨動自 適應平衡器-傳感變送器的自適應平衡的問題。以機械化連續作業方式高密度的采集 作物氮素信息，信息大而密集，采用無線傳輸和接收技術，解決了大信息量的實時傳 輸和存儲問題，實現采集、發送、接收和存儲一體化。
四
圖1機載式作物氮素信息高密度無損采集系統示意圖
圖2傳感變送器示意圖
圖3隨動自適應平衡調節器示意圖
圖4拖拉機處于某一方向的+2(^極限傾斜時，萬向球面調節器、垂桿的狀態以及傳感變送 器的水平姿態
圖5拖拉機處于某一方向的-20Q極限傾斜時，萬向球面調節器、垂桿的狀態以及傳感變 送器的水平姿態
圖6傳感變送器工作流程 圖7信息傳送與接收工作流程
圖中1、無線接收器2、斜桿3、萬向球面調節器4、傳感變送器5、緊固螺釘草藥6、 垂桿套筒 7、垂桿8、平衡塊9、平衡塊位置調節螺桿10、豎桿11、定位螺桿12、套筒 五具體實施例方式
1)采用隨動自適應平衡調節器連接傳感變送器。隨動自適應平衡調節器由萬向 球面調節器3、垂桿7、垂桿套筒6、緊固螺釘5、平衡塊8和平衡塊位置調節螺桿9 組成；平衡塊調節螺桿9和傳感變送器4均通過螺絲固定在垂桿套筒6的兩個相互平 行的相對面上，在靜態時，調節平衡塊8與傳感變送器4的相對距離，確保作傳感變送器4處于靜態平衡和平行于底面的姿態；還可以依據作業要求和田間實際情況，轉 動垂桿套筒6將傳感變送器4調節到適宜的方位后，用緊固螺釘5定位固定；在田間 動態作業時，萬向球面調節器3隨拖拉機起伏而自動調節，確保傳感變送器4處于動 態平衡和平行于地面的姿態；
2) 采用可調懸掛支架將拖拉機與裝有傳感變送器的隨動自適應平衡調節器連接 成整體。可調懸掛支架由套筒12、定位螺桿ll、豎桿10和斜桿2組成；斜桿2的長 度為4m，套筒12固定在拖拉機基座上，可以實現2個方面的調節，g卩①依據作 物高度和監測需求，豎桿IO在套筒12內作上下移動，將傳感變送器調節到適宜高度 后通過定位螺桿ll緊固，調節高度范圍為2 4m;②豎桿10可在套筒12內作200° 轉動，可以將可調懸掛支架連同隨動自適應平衡調節器與傳感變送器4在拖拉機左側 -前方-右側的180°范圍內任意調節方位，依據太陽方位和拖拉機的行駛方向將傳感 變送器4調節到合適的方位后通過定位螺桿11緊固。
3) 系統硬件組裝與調整。首先將可調懸掛支架的豎桿10插入套筒12內，將可 調懸掛支架在套筒12下移至最低高度并轉動豎桿10調節至最適安裝方位后，用定位 螺桿11初步固定；其次再將傳感變送器安裝在隨動自適應平衡調節器的垂桿套筒6 上，用緊固螺釘5定位固定；然后將裝有傳感變送器的隨動自適應平衡調節器懸掛固 定于可調懸掛支架的斜桿2頂部末端。
松開可調懸掛支架豎桿10與套筒12的定位螺桿，依據作物高度和信息采集要求， 將豎桿10上升至適宜高度；隨后依據太陽實際方位和拖拉機行駛方向，轉動豎桿IO 將傳感變送器4調節至適宜方位后，擰緊定位螺桿ll以固定豎桿IO。通過旋動平衡 塊8，其能夠在平衡塊位置調節螺桿9上前進或后退，以改變平衡塊8與傳感變送器 4之間的相對距離，仔細旋調該相對距離，以確保傳感變送器4處于靜態水平狀態。
在做完上述調整后，再仔細觀察傳感變送器4的方位是否滿足信息采集要求，如 果方位不合適，則松開隨動自適應平衡調節器的垂桿套筒6上的緊固螺釘5，轉動垂 桿套筒6，調節至適宜方位后，擰緊緊固螺釘5定位固定。
將無線接收器1安裝于拖拉機儀表盤的面板上，檢查傳感變送器4與無線接收器 l之間的無線通訊是否正常。
拖拉機在田間過程中會產生傾斜和顛簸，隨動自適應平衡調節器發揮調節自動 功能，自動保持傳感變送器4處于平衡和平行于地面的適宜姿態。拖拉機的在平面內 任意方向的傾斜角度范圍為±20°內，隨動自適應平衡調節器能夠在這一角度范圍內
11自動調整，維持傳感變送器4處于動態平衡和平行于地面的姿態。圖4所示為拖拉機 處于某一方向的+2()G極限傾斜時，萬向球面調節器3、垂桿7的狀態以及傳感變送器 4的水平姿態；圖5所示為拖拉機處于某一方向的-2()G極限傾斜時，萬向球面調節器 3、垂桿7的狀態以及傳感變送器4的水平姿態。
4)采用傳感變送器4采集作物氮素信息，并以無線信號發送所采集到的氮素信 息。傳感變送器4主要由傳感器、變換器和發送器組成；用光學傳感器采集4個氮素 敏感波段的作物冠層葉片反射光譜輻射量及其相應波段的背景光譜輻射量，并將各自 的輻射量轉化通過光電探測器件轉換為為相應的電信號量參數；
傳感器采用四特征敏感波段、八通道設計；每個特征敏感波段包含2個通道，分 別采集該特征敏感波段的作物冠層反射光譜輻射量及其相應波段的背景光譜輻射量， 并分別轉化為相應的電信號參量^和五w這4個特征敏感波段分別為546nm、660nm、 710nm禾B 810nm;
來自傳感器的電信號量進入變換器，按照式(1)計算4個波段的反射率L， & =&xA:2xf (1)
式(1)中，A代表氮素敏感波段參數，分別為546nm、 660nm、 710nm和810nm; ^為積分響應度標定系數，由室內的傳感器積分響應度標定系統(DR600，北京卓立 漢光儀器有限公司)標定得到；fo為光學幾何修正系數，在農田采集作業前由標準白 板(MFB99-35-08，中科院安徽光學精密機械研究所)標定后得到；
用變換器將來自傳感器的電信號量參數換算為作物冠層葉片的氮素營養信息，并 將其轉化為數字信號；
變換器按照式(2)和式(3)的氮素模型計算作物葉片的氮素含量并轉化為數字 信號；按照式(4)和式(5)的氮素模型計算作物葉片的氮積累量并轉化為數字信號； 按照式(6)和式(7)的氮素模型計算作物的葉面積指數并轉化為數字信號；
層〃 (810,710) - ~~~ (2)
氮含量LNC:丄WC = 0.1858 xZ.°145xw"" (3)
(810,660)
660
(4)
12氮積累量LNA:￡7V^ = 24.451 xe6151x"F/ (5)
"n(810,546)=尺810 - "^546 (6)
葉面積指數LAI:丄^/ = 17.688 x DP7 18581 (7)
用發送器將來自變換器的氮素營養信息的數字信號通過c語言程序打包處理，并
按照通訊協議發出無線信號；
5)采用無線接收器1接收并存儲來自傳感變送器發出的氮素信息無線信號。無 線接收器固定在駕駛室儀表盤的面板上，以方便用戶的操作；無線接收器與傳感變送 器的距離較遠，兩者之間采用ZIGBEE無線協議的通訊方式，其通訊格式為
(a) 無線接收器向傳感變送器發送測試指令格式
起始位 命令字節 OxFF OxFF OxFF 前五字節異或和校驗碼
(b) 傳感變送器正確接收到測試指令的確認格式
起始位 變送器應答命 OxFF OxFF OxFF 前五字節異或和校驗碼
令字節
(C)傳感變送器向無線接收器發送氮素數據信息格式
起始位 信息類型字節 氮素數據值 前五字節異或和校驗碼
(d)無線接收器接收到傳感變送器數據信息的確認格式 起始位 主機應答命令 OxFF OxFF OxFF 前五字節異或和校驗碼。
字節
權利要求
1、一種機載式作物氮素信息高密度無損采集方法，其特征在于，1)采用傳感變送器采集作物氮素信息，并以無線信號發送所采集到的氮素信息；傳感變送器主要由傳感器、變換器和發送器組成；用傳感器采集多個氮素敏感波段的作物冠層葉片反射光譜輻射量及其相應波段的背景光譜輻射量，并將各自的輻射量轉化為相應的電信號量參數；傳感器采用四特征敏感波段、八通道設計；每個特征敏感波段包含2個通道，分別采集該特征敏感波段的作物冠層反射光譜輻射量及其相應波段的背景光譜輻射量，并分別轉化為相應的電信號參量Er和Eb；這4個特征敏感波段分別為546nm、660nm、710nm和810nm；來自傳感器的電信號量進入變換器，按照式(1)計算4個波段的反射率Rλ，<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>λ</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mfrac> <msub><mi>E</mi><mi>r</mi> </msub> <msub><mi>E</mi><mi>b</mi> </msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式(1)中，λ代表氮素敏感波段參數，分別為546nm、660nm、710nm和810nm；k1為積分響應度標定系數，由室內的傳感器積分響應度標定系統標定得到；k2為光學幾何修正系數，在農田采集作業前由標準白板標定后得到；用變換器將來自傳感器的電信號量參數換算為作物冠層葉片的氮素營養信息，并將其轉化為數字信號；變換器按照式(2)和式(3)的氮素模型計算作物葉片的氮素含量并轉化為數字信號；按照式(4)和式(5)的氮素模型計算作物葉片的氮積累量并轉化為數字信號；按照式(6)和式(7)的氮素模型計算作物的葉面積指數并轉化為數字信號；<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>NDVI</mi> <mrow><mo>(</mo><mn>810,710</mn><mo>)</mo> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>R</mi> <mn>810</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>710</mn></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>R</mi> <mn>810</mn></msub><mo>+</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>710</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>氮含量LNCLNC＝0.1858×e4.0145×NDVI(3)DVI(810，660)＝R810-R660 (4)氮積累量LNALNA＝24.451×e6.151×DVI(5)DVI(810，546)＝R810-R546 (6)葉面積指數LAILAI＝17.688×DVI1.8581(7)用發送器將來自變換器的氮素營養信息的數字信號打包，并按照通訊協議發出無線信號；2)采用無線接收器接收并存儲來自傳感變送器發出的氮素信息無線信號；無線接收器固定在駕駛室儀表盤的面板上，以方便用戶的操作；無線接收器與傳感變送器的距離較遠，兩者之間采用ZIGBEE無線協議的通訊方式，其通訊格式為(a)無線接收器向傳感變送器發送測試指令格式起始位命令字節0xFF0xFF0xFF前五字節異或和校驗碼(b)傳感變送器正確接收到測試指令的確認格式起始位變送器應答命0xFF0xFF0xFF前五字節異或和校驗碼令字節(c)傳感變送器向無線接收器發送氮素數據信息格式起始位信息類型字節氮素數據值前五字節異或和校驗碼(d)無線接收器接收到傳感變送器數據信息的確認格式起始位主機應答命令0xFF0xFF0xFF前五字節異或和校驗碼。字節
2、 根據權利要求1所述的一種機載式作物氮素信息高密度無損采集方法，其特 征在于，采用隨動自適應平衡調節器連接傳感變送器，隨動自適應平衡調節器由萬向 球面調節器、垂桿、垂桿套筒、緊固螺釘、平衡塊和平衡塊位置調節螺桿組成；平衡 塊調節螺桿和傳感變送器均通過螺絲固定在垂桿套筒的兩個相互平行的相對面上，在 靜態時，調節平衡塊與傳感變送器的相對距離，確保作傳感變送器處于靜態平衡和平 行于底面的姿態；還可以依據作業要求和田間實際情況，轉動垂桿套筒將傳感變送器 調節到適宜的方位后，用緊固螺釘定位固定；在田間動態作業時，萬向球面調節器隨 拖拉機起伏而自動調節，確保傳感變送器處于動態平衡和平行于地面的姿態。
3、 根據權利要求1或2所述的一種機載式作物氮素信息采集方法,其特征在于， 采用可調懸掛支架將拖拉機與裝有傳感變送器的隨動自適應平衡調節器連接成整體； 可調懸掛支架由套筒、定位螺桿、豎桿和斜桿組成；斜桿的長度為4ra，套筒固定在拖拉機基座上，可以實現2個方面的調節，S卩①依據作物高度和監測需求，豎桿 在套筒內作上下移動，將傳感變送器調節到適宜高度后通過定位螺桿緊固，調節高度 范圍為2 4 m;②豎桿可在套筒內作200°轉動，可以將可調懸掛支架連同隨動自 適應平衡調節器與傳感變送器在拖拉機左側-前方-右側的180°范圍內任意調節方位，依據太陽方位和拖拉機的行駛方向將傳感變送器調節到合適的方位后通過定位螺桿 緊固。
全文摘要
本發明涉及一種機載式作物氮素信息高密度無損采集方法，屬于作物生產技術領域。主要包括采用作物氮素信息傳感變送器采集作物冠層葉片氮素信息、采用隨動自適應平衡調節器自動調整保持傳感變送器在適宜采集的姿態、采用可調懸掛支架懸掛并調節傳感變送器使之處于適宜采集的位置和方位、采用作物氮素信息無線接收器接收和存儲發自傳感變送器的氮素信息。機載式作物氮素信息連續采集方法能夠實現以機械化的作業方式高密度獲取大范圍農田的“面”上信息，是目前實際生產中迫切需要的較適用的農業信息裝備。
文檔編號G01N21/31GK101666741SQ200910034988
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者霞 姚, 徐志剛, 曹衛星, 艷 朱, 焦學磊, 田永超 申請人:南京農業大學