基于激光雷达的农业耕作微地貌测量装置设计与试验

• 作者: 刘立超 孙文成 廖庆喜 张青松 肖文立 魏国粱
• 来源期刊: 农业机械学报
• 学科: 农学
• 关键词: 农业耕作地表 微地貌 激光雷达 粗糙度
• 年，卷（期）: 2019,（7）
• 所属期刊栏目: 农业装备与机械化工程
• 页码范围: 84-92
• 页数: 9页
• 分类号: S237
• 字数: 4947字
• 语种: 中文
• DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.07.008

摘要

针对现有地表微地貌测量装置难以兼顾农业耕种作业后地表微地貌测量的精度和效率、部分测量装置单次测量覆盖区域不能满足统计要求的问题,设计了一套由激光雷达、直线导轨、便携式计算机和支架等构成的非接触式地表微地貌测量装置,开发了以STM32单片机为核心的步进电机驱动控制器,并与上位机软件形成整套采集系统,可实现激光雷达精确定位并快速获取地表三维坐标.该装置典型分辨率在激光雷达扫描方向为3.8～10 mm,垂直扫描方向可在毫米精度范围内任意设置,测距分辨率为1 mm;测量区域覆盖面积典型值为6.8m2,垂直扫描方向分辨率为10 mm时,单次测量时间低于2.5 min.通过分析测量误差来源,建立了系统误差补偿模型,在15次均值滤波的条件下,该装置测量最大绝对误差为2.7mm,最大平均绝对误差为0.9mm.油菜机械直播后地表微地貌测量试验结果表明:利用Matlab生成的地表三维模型可以精确地重构原有地表微地貌特征,测量结果与实际地表高度变化吻合度较高;测量数据统计结果表明,固定区域内均方根高度和相关长度测量值需分别在16次和64次的等距采样下达到稳定均值,而畦沟相关评价参数也需要多组样本计算才具有统计意义.