用于测量作物或牧草的表面形貌的产品和方法技术

本发明专利技术涉及用于测量作物或牧草表面形貌的产品和方法。在优选实施方式中，本发明专利技术的产品和方法可以用于测量固定测量设备周围的作物和牧草植物的平均表面形貌。

Products and methods for measuring the surface morphology of crops or pastures

The invention relates to products and methods for measuring the surface morphology of crops or forages. In the preferred embodiment, the product and method of the invention can be used for measuring the average surface morphology of crops and forage plants around the fixed measuring device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量作物或牧草的表面形貌的产品和方法
本专利技术涉及用于测量作物和牧草表面形貌(profile，轮廓、分布)的产品和方法。在优选实施方式中，本专利技术的产品和方法可以用于测量固定测量设备周围的作物和牧草植物的平均表面形貌。背景研究表明，对于小牧场中牧草的数量而言存在用以使草生长最大化的理想范围——并且该数量可以简单地测量为牧草高度，但也可以以每公顷干物质的公斤数(去除所有水后通常是野草和三叶草)来测量。测量干物质唯一的直接方式是截取样地，在烤炉中干燥植物，然后称量结果。实践中，由于涉及到时间，这很少使用。替代地，农民利用其它装置推出该值。这些包括：向牧草上扔一定重量的圆盘并测量其离地面多远才停下，使用附接至移动车辆或手杖的超声传感器，或拖动拱形阵列的光发射器(如机器保护装置中使用的那些)通过牧草以检测草高度。估计的是，畜牧工人特别地通常每周要花费2-4小时来测量他们可用的牧草的数量，使得他们可以对他们的奶牛轮流经过不同的小牧场进行优化，以最大化总牧草生长。有利的是，无需依靠当前使用的耗时的方法就可以准确确定作物或牧草的数量。本专利技术的目的是解决前述问题中的一个或多个，或者至少为公众提供有用的选择。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的设备，设备包括与支撑构件耦接的传感器构件，支撑构件被配置成可拆卸地安装至基质，其中，支撑构件被配置成：i)使传感器构件在基质上方与该基质间隔开第一距离；以及ii)使传感器构件在作物或牧草的冠层上方与该冠层间隔开第二距离；并且其中，传感器构件包括：i)光发射构件，光发射构件被配置成发射光，作物或牧草的冠层反射该光；以及ii)光检测传感器，光检测传感器被配置成检测从光发射构件发射的被作物或牧草的冠层反射的光的至少一部分，以使得能测量作物或牧草的冠层的表面形貌。通过测量设备周围的作物或牧草的冠层的表面形貌，相信可以计算下述值：·作物或牧草高度；·作物或牧草密度；·作物或牧草代谢能(ME)；和/或·作物或牧草干质量含量。传感器构件可以包括多个光发射构件，诸如众多光发射构件。在传感器构件包括多个光发射构件的那些实例中，光发射构件可以沿不同方向定向。例如，多个光发射构件可以定向成从传感器构件径向向外地并朝向基质发射光。该光发射构件或每个光发射构件可以以相对于竖直面、水平面、基质的平均坡面(slope，斜坡、坡度)和/或作物或牧草的冠层的平均坡面成已知角度的方式从传感器构件径向向外发射光。设备可以包括成行且成不同角度的众多光发射构件，从而以相对于竖直面、水平面、基质的平均坡面和/或作物或牧草的冠层的平均坡面成一系列角度的方式从传感器构件径向向外发射光。传感器构件可以包括多个光检测传感器，诸如众多光检测传感器。在一些实施方式中，传感器构件可以包括集成单元，集成单元一体地包括光发射构件和光检测传感器二者。传感器构件可以包括多个这种集成单元，诸如众多光发射构件。有利地，由许多即用的现成的这种集成单元。基质通常是作物或牧草生长所在的土地。最简单的来说，设备可以用于通过确定第一距离和第二距离之间的差来测量基质上方的作物或牧草的冠层的表面形貌。在一些实施方式中，第一距离由支撑构件的尺寸预定，该支撑构件使传感器构件在基质上方与基质间隔开第一距离。在一些实施方式中，通过沿支撑构件可拆卸地安装至基质的位置的方向从传感器构件发射光并检测从光发射构件发射的被作物或牧草的冠层反射的光的至少一部分来确定第二距离。检测被发射的光所花费的时间可以用于确定距离，特别地其中假定光以光在真空中的速度移动(大约3.00×108m/s)，使用下述等式：d2＝t/2×3.00×108式中：d2＝第二距离(m)t＝检测被发射的光所花费的时间(s)然后该信息可以用于确定作物或牧草高度为第一距离和第二距离之间的差。本专利技术能进行更复杂的应用，如下文所述。在一些实施方式中，设备本身可以包括处理装置(处理器)，处理装置能计算作物或牧草的冠层的形貌。处理装置还可以处理传感器构件进行的光发射和检测所提供的信息，诸如通过确定第一距离和第二距离之间的差。在其他实施方式中，设备可以与单独的处理装置通信，单独的处理装置可以位于基站中。处理装置可以位于信息服务器中，诸如中央计算机。设备还可以包括用于存储数据的数据存储构件。数据可以：·无线传输至基站进行分析；·无线传输至中间主单元，然后从主单元传输至基站。这种通信模式是特别优选的，以减少设备的电力负荷。例如，子设备可以通过蓝牙、广域网(WAN；包括LPWAN，诸如LoRaWAN)、无线局域网(WLAN)、Wi-Fi和/或移动电话(诸如GSM和UMTS)与主单元无线通信。优选地，子设备使用低功率通信模式诸如蓝牙与主单元通信。然后，主单元可以使用远程、可能大功率的通信模式诸如LoRaWAN与基站(诸如信息服务器，诸如中央计算机)通信。·通过在设备中插入数据连接(有线通信)以连接例如膝上型电脑或智能电话来检索数据；或者·通过与设备进行无线连接(无线通信)以连接例如膝上型电脑或智能电话来检索数据。设备还可以包括算法作为软件的一部分，当作物或牧草高度的值、作物或牧草密度的值和/或作物或牧草干质量含量的值高于或低于预定限值时，该算法发出警报。在第二方面，本专利技术提供用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的系统，系统包括：a)用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的设备，设备包括与支撑构件耦接的传感器构件，支撑构件被配置成可拆卸地安装至基质，其中，支撑构件被配置成：i)使传感器构件在基质上方与基质间隔开第一距离；以及ii)使传感器构件在作物或牧草的冠层上方与冠层间隔开第二距离；并且其中，传感器构件包括：i)光发射构件，光发射构件被配置成发射光，作物或牧草的冠层反射该光；以及ii)光检测传感器，光检测传感器被配置成检测从光发射构件发射的被作物或牧草的冠层反射的光的至少一部分，以使得能测量作物或牧草的冠层的表面形貌；以及b)与设备分开的处理装置。一般，系统将包括用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的多个设备。通常，系统将包括用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的众多设备。在第三方面，本专利技术提供了测量众多区域内的作物或牧草的冠层的表面形貌的设备阵列，该阵列包括用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的众多设备，众多设备中的每个设备独立地包括与支撑构件耦接的传感器构件，支撑构件被配置成可拆卸地安装至基质，其中，支撑构件被配置成：i)使传感器构件在基质上方与基质间隔开第一距离；以及ii)使传感器构件在作物或牧草的冠层上方与冠层间隔开第二距离；并且其中，传感器构件包括传感器，传感器被配置成检测从传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的设备，所述设备包括与支撑构件耦接的传感器构件，所述支撑构件被配置成可拆卸地安装至所述基质，其中，所述支撑构件被配置成：/ni)使所述传感器构件在所述基质上方与所述基质间隔开第一距离；以及/nii)使所述传感器构件在所述作物或牧草的所述冠层上方与所述冠层间隔开第二距离；/n并且其中，所述传感器构件包括：/ni)光发射构件，所述光发射构件被配置成发射光，所述作物或牧草的所述冠层反射所述光；以及/nii)光检测传感器，所述光检测传感器被配置成检测从所述光发射构件发射的、被所述作物或牧草的所述冠层反射的光的至少一部分，以使得能测量所述作物或牧草的所述冠层的表面形貌。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170421 NZ 7312331.用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的设备，所述设备包括与支撑构件耦接的传感器构件，所述支撑构件被配置成可拆卸地安装至所述基质，其中，所述支撑构件被配置成：
i)使所述传感器构件在所述基质上方与所述基质间隔开第一距离；以及
ii)使所述传感器构件在所述作物或牧草的所述冠层上方与所述冠层间隔开第二距离；
并且其中，所述传感器构件包括：
i)光发射构件，所述光发射构件被配置成发射光，所述作物或牧草的所述冠层反射所述光；以及
ii)光检测传感器，所述光检测传感器被配置成检测从所述光发射构件发射的、被所述作物或牧草的所述冠层反射的光的至少一部分，以使得能测量所述作物或牧草的所述冠层的表面形貌。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，对所述冠层的表面形貌的测量用于计算：
·作物或牧草高度；
·作物或牧草密度；
·作物或牧草代谢能(ME)；和/或
·作物或牧草干质量含量。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述传感器构件包括多个光发射构件。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述传感器构件包括众多光发射构件。


5.根据权利要求3或权利要求4所述的设备，其中，所述光发射构件沿不同的方向定向。


6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述光发射构件被定向成从所述传感器构件径向向外地并朝向所述基质发射光。


7.根据权利要求4至6中任一项所述的设备，其中，所述光发射构件被定向成以相对于竖直面、水平面、所述基质的平均坡面和/或所述作物或牧草的所述冠层的平均坡面成一系列角度的方式从所述传感器构件径向向外地发射光。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，所述传感器构件包括多个光检测传感器。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，所述传感器构件包括众多光检测传感器。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述传感器构件包括集成单元，所述集成单元一体地包括光发射构件和光检测传感器二者。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其中，所述传感器构件包括多个集成单元，每个集成单元均一体地包括光发射构件和光检测传感器二者。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，所述传感器构件包括众多集成单元，每个集成单元均一体地包括光发射构件和光检测传感器二者。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中，所述基质是所述作物或牧草生长所在的土地。


14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，还包括处理装置，所述处理装置能计算所述作物或牧草的所述冠层的形貌。


15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述处理装置处理由所述传感器构件进行的对光的发射和检测所提供的信息。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的设备，还包括数据存储构件，所述数据存储构件用于存储由所述光检测传感器生成的数据。


17.根据权利要求1至16中任一项所述的设备，还包括无线电通信模块。


18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述无线电通信模块被配置成通过蓝牙、无线局域网(WLAN)、Wi-Fi和/或移动电话(诸如GSM和UMTS)进行无线通信。


19.根据权利要求1至18中任一项所述的设备，还包括报警模块，所述报警模块被配置成在作物或牧草高度的值、作物或牧草密度的值和/或作物或牧草干质量含量的值高于或低于预定限值时发出警报。


20.用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的系统，所述系统包括：
a)用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的设备，所述设备包括与支撑构件耦接的传感器构件，所述支撑构件被配置成可拆卸地安装至所述基质，其中，所述支撑构件被配置成：
i)使所述传感器构件在所述基质上方与所述基质间隔开第一距离；以及
ii)使所述传感器构件在所述作物或牧草的所述冠层上方与所述冠层间隔开第二距离；
并且其中，所述传感器构件包括：
i)光发射构件，所述光发射构件被配置成发射光，所述作物或牧草的所述冠层反射所述光；以及
ii)光检测传感器，所述光检测传感器被配置成检测从所述光发射构件发射的、被所述作物或牧草的所述冠层反射的光的至少一部分，以使得能测量所述作物或牧草的所述冠层的表面形貌；以及
b)与所述设备分开的处理装置。


21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述设备还包括无线电通信模块。


22.根据权利要求20或权利要求21所述的系统，其中，所述处理装置位于包括无线电通信模块的基站中，并且所述基站被配置成与所述设备无线地通信。


23.根据权利要求20至22中任一项所述的系统，其中，所述处理装置位于包括无线电通信模块的中央计算机中，并且所述中央计算机被配置成与所述设备无线地通信。


24.根据权利要求21至23中任一项所述的系统，其中，所述无线电通信模块或每个无线电通信模块被独立地配置成通过蓝牙、广域网(WAN；包括LPWAN，诸如LoRaWAN)、无线局域网(WLAN)、Wi-Fi和/或移动电话(诸如GSM和UMTS)进行无线通信。


25.根据权利要求20至24中任一项所述的系统，其中，所述系统包括多个用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的设备。


26.根据权利要求20至25中任一项所述的系统，其中，所述系统包括众多用于测量生长在基质上的作物或牧草的冠层的表面形貌的设备。


27.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·阿索尔·巴顿，
申请(专利权)人：发茂特有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰;NZ