一种用于虫源调查的稻桩自动采集系统及设备的制作方法

本发明涉及农业机械与自动化控制，更具体地说，涉及一种用于虫源调查的稻桩自动采集系统及设备。

背景技术：

1、在水稻种植区，越冬代螟虫等害虫常以幼虫或蛹的形态潜伏于收割后残留稻桩，其中稻桩基部在土壤里。对稻桩进行系统采集和剥查，是开展虫源基数调查、预测次年害虫发生趋势的重要手段。目前，稻桩的田间采集工作主要依赖人工完成。调查人员使用铲具将稻桩连根掘出，再手动抖落根部泥土进行初步清理，最后将样本装袋带回实验室逐根剥查。部分情况下，调查人员也会借助现有的土豆收割机或生姜收割机等根茎类作物收获机械进行辅助采集。

2、然而，将现有根茎类作物收获机械直接用于稻桩虫源调查采集时，存在明显的不足。现有收获机械的设计目标是高效收获可食用的根茎，其工作参数和动作逻辑围绕“去土干净、不伤块茎”展开，筛土振动强度大、持续时间长，力求将根部泥土清除彻底。但虫源调查对稻桩样本的要求恰恰相反，过度清土会弄破稻桩，虫源将会抖落，导致调查数据失真。同时，现有收获机械的松土和拔取参数固定，无法根据田间土壤的局部变化（如局部高黏土团或整段土壤偏干硬）进行针对性调节，在黏重或板结土壤中作业时，土壤里稻桩极易被拉断，断裂后虫源遗留在田间，同样造成样本信息丢失。鉴于此，我们提出一种用于虫源调查的稻桩自动采集系统及设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种用于虫源调查的稻桩自动采集系统及设备，以解决当前稻桩完整采集与虫源保护难以兼顾的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于虫源调查的稻桩自动采集系统，包括松土掘茬单元、输送归集单元和系统控制模块；

3、所述松土掘茬单元包括振动挖掘铲、激振器和液压调节机构；

4、所述输送归集单元包括拨动导向输送链带组件、液压张紧油缸和压力传感器；

5、所述系统控制模块包括实时获取压力传感器采集的压力值，将所述压力值与预设的危险区间进行比较，当所述压力值进入所述危险区间时控制所述液压调节机构，增加振动挖掘铲的入土深度并控制所述激振器提高振动频率，用于振动挖掘铲对当前稻桩根部区域进行补充松土，当所述压力值从所述危险区间回落至安全区间时，控制所述液压调节机构和所述激振器恢复至原有工作参数。

6、优选的，所述振动挖掘铲的入土深度增加量计算公式：

7、；

8、所述激振器提高振动频率的提高量计算公式：

9、；

10、其中，为压力值，为深度调节比例系数，为所述危险区间的下限值，为入土深度最大允许增加量；为频率调节比例系数，为振动频率最大允许提高量。

11、优选的，所述系统控制模块还包括为对压力传感器实时获取的压力信号在滑动时间窗内进行形态分析，提取所述压力信号得出压力曲线的峰宽和相邻两次压力升高的峰间距特征量，所述峰间距特征量包括变异系数，变异系数量化峰间距均匀程度的计算公式为:

12、；

13、其中,为滑动时间窗内相邻压力峰值时间间隔的标准差，为所述时间间隔的均值；

14、当所述变异系数小于或等于预设的变异系数阈值时，判定前方土壤整体偏干硬，当所述变异系数大于所述变异系数阈值时，判定当前稻桩根部遇到局部高黏土团。

15、优选的，当判定为所述局部高黏土团时，所述系统控制模块生成深度修正指令，驱动液压调节机构使振动挖掘铲瞬间深探增加入土深度并驱动激振器，用于提高后的振动频率持续振动预定短时长后恢复至原有参数；

16、当判定为整体偏干硬时，系统控制模块驱动液压调节机构和激振器，稳定保持调整后的入土深度和振动频率，直至连续多根稻桩对应的压力传感器压力值均回落至安全区间后，逐级恢复至原有参数。

17、优选的，所述输送归集单元出口端设置有红外对射传感器，所述拨动导向输送链带组件末端出口下方设置有收集单元，所述系统控制模块与红外对射传感器连接，用于分析每根稻桩通过红外光幕时的遮挡宽度变化判断拔取完整度；

18、所述红外对射传感器的接收端信号呈现先窄脉冲后宽脉冲最后恢复的波形时，判定该稻桩为连根完整拔出；

19、所述接收端信号呈现仅窄脉冲后恢复的波形时，判定该稻桩为根部断裂，并控制所述收集单元进行分流。

20、优选的，所述系统控制模块还包括每次补充松土事件建立包含触发时压力峰值、入土深度增加量、振动频率提高量以及拔取完整度结果的记录，在积累预定数量的事件记录后，按照公式计算完整拔出率:

21、；

22、其中，为完整拔出率，为统计周期内被判定为完整拔出的稻桩数量，为触发补充松土的稻桩总数。

23、优选的，所述系统控制模块将计算出的频率提高量转换为对应的激振器调节振动频率线性过渡至目标值，所述液压调节机构包含液压油缸和电磁换向阀，所述电磁换向阀接收控制信号控制压力油进入所述液压油缸的推动活塞杆伸缩，用于改变所述振动挖掘铲相对于机架的垂向位置。

24、优选的，所述液压张紧油缸的活塞杆端部安装有抵压在所述拨动导向输送链带组件松边上的张紧轮，所述液压张紧油缸通过油管与充有预充压力气体的蓄能器连通。

25、一种用于虫源调查的稻桩自动采集设备，所述设备包括牵引底盘以及搭载于所述牵引底盘上用于虫源调查的稻桩自动采集系统，所述牵引底盘拖挂行进时系统控制模块实时运行闭环控制、工况判别及参数自优化逻辑以自动完成稻桩的松土、拔取及完整度判别，所述设备在田间作业时，由牵引底盘沿稻茬行自主行进并对收割后残留的稻桩进行逐根松土与收集。

26、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现用于虫源调查的稻桩自动采集系统中所述系统控制模块所执行的控制逻辑，所述控制逻辑包括实时获取压力值、比较危险区间、触发补充松土以及基于拔取完整度反馈进行参数自优化的操作。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1、本发明通过设计一种以输送归集单元负载压力信号为输入、以松土掘茬单元工作参数为输出的跨单元闭环控制架构，实现在拔取过程中对稻桩根部所受土壤握裹力的实时感知与随动消解，当输送端检测到拔取阻力过大时，不采取停机或减速的被动保护措施，而是主动指令前端的振动挖掘铲增加入土深度并提高振动频率，对该根稻桩的根部区域进行追加松土，从根源上削弱握裹力后再继续拔取，从而在完整保留根部附着泥土的前提下将稻桩连根完整拔出，解决了当前稻桩完整采集与虫源保护难以兼顾的技术问题。

29、2、本发明基于以负载压力信号驱动松土掘茬单元随动调节的闭环架构，还通过设计一种基于压力曲线形态分析的差异化应对策略，对压力传感器实时采集的信号在滑动时间窗内提取峰宽和峰间距特征量，据此自动区分“局部高黏土团”与“整段土壤偏干硬”两种不同诱因，并分别匹配单次点动补充松土和持续稳定参数调整两种处理方式，实现补充松土动作与田间实际工况的精准匹配，避免在整段偏干硬区域反复无效地执行点动处理，也避免在遇到孤立黏土团时过度调整全局参数影响后续正常作业，进一步解决了单一阈值触发策略无法适应田间土壤条件多样化变化的问题。

30、3、本发明基于以负载压力信号驱动补充松土并根据工况差异化执行的控制策略，还通过设计一种基于拔取完整度反馈的参数自优化机制，在输送归集单元出口端利用红外对射传感器判别每根稻桩的拔取完整度，将每次补充松土事件的压力峰值、参数调整量与完整度结果关联记录，并在积累数据后以完整拔出率最大化为目标自动修正补充松土的触发时机和调整力度，使系统在不同土壤性质的田块中均能自动趋近于最优控制参数组合，进一步解决了预设固定参数无法适配多变田间作业条件的问题，实现了控制策略从“人工预设”到“自适应优化”的跨越。