多功能智能探測與土壤水含量檢測裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種多功能智能探測與土壤水含量檢測裝置，屬于智能農業環境技術領域。本實用新型專利技術包括智能移動機器人平臺、以及設置在其上的探地雷達和多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；其中智能移動機器人平臺用于實時探測待檢測區域的環境信息并發送給多功能智能探測與土壤水含量檢測儀，探地雷達用于采集待檢測區域的土壤信息并發送給多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；多功能智能探測與土壤水含量檢測儀基于預置的規劃方式確定當前的最優探測路線并反饋給智能移動機器人平臺，從而控制器檢測運動路線；以及基于采集的土壤信息進行土壤水含量分析儀并實時顯示。本實用新型專利技術的實施，實現了全智能的土壤水含量檢測分析，提高檢測精度與效率。

Multifunctional Intelligent Detection and Soil Water Content Detection Device

【技術實現步驟摘要】
多功能智能探測與土壤水含量檢測裝置
本技術屬于智能農業環境
，具體涉及一種多功能智能探測與土壤水含量檢測儀。
技術介紹
目前，基于探地雷達土壤水含量分析儀受到廣泛應用，因為相比于烘干法、中子法、時域反射儀法和遙感測定等這些中能作用于小區域、對土壤具有一定破壞性的方法，基于探地雷達土壤水含量分析儀不僅解決了中等區域土壤濕含量檢測技術缺失的問題，而且還具有準確、快速方便的特點。探地雷達是通過介質介電常數和速度的變化來反映土壤的體積水含量。因為土壤水含量直接決定了土壤的介電常數，土壤介電常數則決定了雷達的電磁波在土壤中的傳播速度，利用探地雷達探測的數據來估計雷達波速，可準確計算出土壤水含量，因此，探地雷達是無損探測，與烘干法等需要取樣方法以及中子法等定點檢測的方法相比，更快捷方便。盡管基于探地雷達的土壤水含量檢測系統突破了傳統土壤水含量檢測方法，但目前應用的探地雷達需要在地面拖動雷達才可檢測土壤水含量，是一件又耗時又耗力的工作，而且人拖或車載探地雷達進行水含量檢測時探測路線是人為規劃的，會導致重復檢測、漏檢等問題，從而導致檢測精度不高，消耗大等問題。
技術實現思路
本技術的專利技術目的在于：針對上述存在的問題，提供一種多功能智能探測與土壤水含量分析系統。本技術的多功能智能探測與土壤水含量檢測儀包括：智能移動機器人平臺、探地雷達和多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；其中，多功能智能探測與土壤水含量檢測儀和探地雷達設置在所述智能移動機器人平臺上；所述智能移動機器人平臺包括傳感器、承載結構、移動控制模塊和移動執行結構；其中，傳感器用于感知待檢測區域的環境信息，主要是待檢測區域的地面環境信息，如地面平坦情況，是否有障礙物等；并將感知的環境信息發送給多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；承載結構用于放置探地雷達和多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；移動控制模塊用于接收來自多功能智能探測與土壤水含量檢測儀反饋的最優探測路線，并基于驅動移動執行結構按照所述最優探測路線移動智能移動機器人平臺；所述探地雷達用于采集土壤數據并發送給多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；所述多功能智能探測與土壤水含量檢測儀包括智能探測路線規劃模塊和土壤水含量分析模塊；其中智能探測路線規劃模塊包括多個路徑規劃子模塊和路徑篩選子模塊；每個路徑規劃子模塊內置不同的局部路徑規劃方式，用于基于當前輸入的環境信息確定智能移動機器人平臺的局部路徑規劃結果，并發送給路徑篩選子模塊；所述路徑篩選子模塊從多個局部路徑規劃結果中選擇最短路徑長度作為當前最優探測路線并反饋給智能移動機器人平臺的移動控制模塊；其中，局部路徑規劃是指：在移動機器人所處的運行環境完全不知或者部分未知的情況下，按照一定的策略確定從起始點運動到目標點的運動路線(運動路徑)。常用的局部路徑規劃方法(策略)包括彈性法、人工勢場法、模糊控制邏輯法、神經網絡算法塊、遺傳算法等。本技術中，可設置五個路徑規劃子模塊，具體為：彈性帶路徑規劃模塊、人工勢場法路徑規劃模塊、模糊控制邏輯法路徑規劃模塊、神經網絡算法路徑規劃模塊和遺傳算法路徑規劃模塊。進一步的，智能探測路線規劃模塊還包括障礙物檢測模塊、約束條件選擇模塊；其中障礙物檢測模塊基于內置的目標對象檢測器，對智能移動機器人平臺的圖像采集裝置傳輸的圖像信息進行障礙物檢測處理，并將障礙物檢測結果反饋給約束條件選擇模塊；例如若監測到障礙物，則基于A接口向約束條件選擇模塊發送觸發信號；否則基于B接口向約束條件選擇模塊發送觸發信號；所述約束條件選擇模塊基于障礙物檢測結果選擇局部路徑規劃的約束條件，并發送給每個路徑規劃子模塊：若監測到障礙物，則對應的局部路徑規劃的約束條件為：探測區域邊界約束、路徑不重復約束、區域覆蓋約束和不碰撞障礙物約束；否則對應的局部路徑規劃的約束條件為：探測區域邊界約束、路徑不重復約束和區域覆蓋約束；從而保證待探測區域內的所有地方都被檢測到，且不碰撞可能存在的障礙物。所述土壤水含量分析模塊包括雜波抑制模塊、土壤水含量檢測模塊、存儲單元和顯示模塊；所述雜波抑制模塊，用于對當前輸入的土壤數據進行雜波抑制處理，并將處理后的土壤數據存儲至存儲單元；具體的，雜波抑制模塊包括三個雜波抑制子模塊：直耦雜波抑制子模塊、地表雜波抑制子模塊和地下非均勻雜波抑制子模塊，其中直耦雜波抑制子模塊用于生成能對消探地雷達的天線直耦回波信號中的雜波信號的第一抑制信號；地表雜波抑制子模塊用于生成能對消地表回波信號中的雜波信號的第二抑制信號；地下非均勻雜波抑制子模塊用于生成能對消地下介質非均勻產生回波信號中的雜波信號的第三抑制信號；即各雜波抑制子模塊用于生成對應回波信號中的雜波信號相位接近相反、幅度基本一致的抑制信號，通過耦合器實現對雜波信號的實時對消；所述土壤水含量檢測模塊，從存儲單元讀取雜波抑制模塊處理后的土壤數據，執行探地雷達波速估計處理，并基于探地雷達波速估計結果計算土壤水含量檢測結果并通過顯示模塊輸出顯示；其中，土壤水含量檢測模塊包括多個雷達波速估計子模塊和運算處理模塊，各雷達波速估計子模塊分別內置不同的雷達波束估計方法，用于確定對應當前讀取的土壤數據的探地雷達波速估計結果并發送給運算處理模塊；所述運算處理模塊基于預置的每種探地雷達波速估計結果的權值，對接收的多種探地雷達波速估計結果進行加權融合(例如通過加法器和乘法器實現加權融合運算)，并將融合結果輸出至顯示模塊，作為最終的探地雷達波速估計結果；以及基于預置的雷達波速與土壤水含量的映射關系，計算土壤水含量檢測結果并輸出至顯示模塊。具體的，本技術包括三個雷達波速估計子模塊：基于霍夫變換方法的雷達波速估計子模塊、基于曲線擬合方法的雷達波速估計子模塊和基于合成孔徑成像技術的雷達波速估計子模塊。本技術在探測區域工作時，通過傳感器在智能移動機器人平臺感知周圍的環境后，多功能智能探測與土壤水含量檢測儀為智能移動機器人平臺規劃最優探測路線，從而控制智能移動機器人平臺實現全自動最優探測，并且基于探地雷達探測到的土壤數據，在多功能智能探測與土壤水含量檢測儀的顯示屏上實時輸出土壤水含量數值等分析結果。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：(1)本技術的多功能智能探測與土壤水含量檢測儀與已有的探地雷達和智能移動機器人平臺結合可實現全自動探測與水含量檢測，提高檢測精度，節省人力。(2)本技術對環境具有自適應性，可用于復雜環境的智能探測與土壤水含量檢測。(3)本技術可廣泛應用其他領域，例如：水文和氣候模型的邊界參數檢測、植被水分研究、旱情監測、農作物估產等；可用于智能農業、指導農業生產、選種播種和農業的智能準確灌溉；可用于指導沙化區人工林營造。附圖說明圖1是本技術的系統結構示意圖；圖2是具體實現方式的結構圖。具體實施方式為使本技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合實施方式和附圖，對本技術作進一步地詳細描述。參見圖1和圖2，本技術的多功能智能探測與土壤水含量檢測裝置，包括智能移動機器人平臺、以及設置在其上的探地雷達和多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；其中，多功能智能探測與土壤水含量檢測儀通過通信接口1接收來自探地雷達的土壤行數據本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.多功能智能探測與土壤水含量檢測裝置，其特征在于，包括智能移動機器人平臺、探地雷達和多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；其中，多功能智能探測與土壤水含量檢測儀和探地雷達設置在所述智能移動機器人平臺上；所述智能移動機器人平臺包括傳感器、承載結構、移動控制模塊和移動執行結構；其中，傳感器用于感知待檢測區域的環境信息；并將感知的環境信息發送給多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；承載結構用于放置探地雷達和多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；移動控制模塊用于接收來自多功能智能探測與土壤水含量檢測儀反饋的最優探測路線，并基于驅動移動執行結構按照所述最優探測路線移動智能移動機器人平臺；所述探地雷達用于采集土壤數據并發送給多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；所述多功能智能探測與土壤水含量檢測儀包括智能探測路線規劃模塊和土壤水含量分析模塊；其中智能探測路線規劃模塊包括多個路徑規劃子模塊和路徑篩選子模塊；每個路徑規劃子模塊內置不同的局部路徑規劃方式，用于基于當前輸入的環境信息確定智能移動機器人平臺的局部路徑規劃結果，并發送給路徑篩選子模塊；所述路徑篩選子模塊從多個局部路徑規劃結果中選擇最短路徑長度作為當前最優探測路線并反饋給智能移動機器人平臺的移動控制模塊；所述土壤水含量分析模塊包括雜波抑制模塊、土壤水含量檢測模塊、存儲單元和顯示模塊；所述雜波抑制模塊，用于對當前輸入的土壤數據進行雜波抑制處理，并將處理后的土壤數據存儲至存儲單元；所述土壤水含量檢測模塊，從存儲單元讀取雜波抑制模塊處理后的土壤數據，執行探地雷達波速估計處理，并基于探地雷達波速估計結果計算土壤水含量檢測結果并通過顯示模塊輸出顯示；其中，土壤水含量檢測模塊包括多個雷達波速估計子模塊和運算處理模塊，各雷達波速估計子模塊分別內置不同的雷達波束估計方法，用于確定對應當前讀取的土壤數據的探地雷達波速估計結果并發送給運算處理模塊；所述運算處理模塊基于預置的每種探地雷達波速估計結果的權值，對接收的多種探地雷達波速估計結果進行加權融合，并將融合結果輸出至顯示模塊，作為最終的探地雷達波速估計結果；以及基于預置的雷達波速與土壤水含量的映射關系，計算土壤水含量檢測結果并輸出至顯示模塊。...

【技術特征摘要】
1.多功能智能探測與土壤水含量檢測裝置，其特征在于，包括智能移動機器人平臺、探地雷達和多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；其中，多功能智能探測與土壤水含量檢測儀和探地雷達設置在所述智能移動機器人平臺上；所述智能移動機器人平臺包括傳感器、承載結構、移動控制模塊和移動執行結構；其中，傳感器用于感知待檢測區域的環境信息；并將感知的環境信息發送給多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；承載結構用于放置探地雷達和多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；移動控制模塊用于接收來自多功能智能探測與土壤水含量檢測儀反饋的最優探測路線，并基于驅動移動執行結構按照所述最優探測路線移動智能移動機器人平臺；所述探地雷達用于采集土壤數據并發送給多功能智能探測與土壤水含量檢測儀；所述多功能智能探測與土壤水含量檢測儀包括智能探測路線規劃模塊和土壤水含量分析模塊；其中智能探測路線規劃模塊包括多個路徑規劃子模塊和路徑篩選子模塊；每個路徑規劃子模塊內置不同的局部路徑規劃方式，用于基于當前輸入的環境信息確定智能移動機器人平臺的局部路徑規劃結果，并發送給路徑篩選子模塊；所述路徑篩選子模塊從多個局部路徑規劃結果中選擇最短路徑長度作為當前最優探測路線并反饋給智能移動機器人平臺的移動控制模塊；所述土壤水含量分析模塊包括雜波抑制模塊、土壤水含量檢測模塊、存儲單元和顯示模塊；所述雜波抑制模塊，用于對當前輸入的土壤數據進行雜波抑制處理，并將處理后的土壤數據存儲至存儲單元；所述土壤水含量檢測模塊，從存儲單元讀取雜波抑制模塊處理后的土壤數據，執行探地雷達波速估計處理，并基于探地雷達波速估計結果計算土壤水含量檢測結果并通過顯示模...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡進峰，夏玉燕，卓欣然，張偉見，董重，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：新型
國別省市：四川,51