CN117652243B - 基于处方图在线混肥的果园变量施肥机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于处方图在线混肥的果园变量施肥机及控制方法，涉及变量施肥技术领域，该果园变量施肥机包括：拖拉机、设于所述拖拉机上的激光雷达和控制***、与所述拖拉机的尾部铰接的施肥机支架、以及通过所述施肥机支架固定的在线混肥装置、变量施肥装置和覆土施肥装置；其中，所述激光雷达用于探测果树冠层轮廓以确定果树的树干位置和根系位置，所述控制***用于基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业。

Description

基于处方图在线混肥的果园变量施肥机及控制方法

技术领域

本发明涉及变量施肥技术领域，尤其涉及一种基于处方图在线混肥的果园变量施肥机及控制方法。

背景技术

果园变量施肥是一项重要的农业管理实践，旨在提高果树的生长、产量和质量，同时减少施肥浪费和环境影响。基于处方图的果园变量施肥是一种用于根据果树的需求为不同地块或果树提供定制化肥料的智能化***。首先，需要采集大量的数据，包括土壤特性、果树健康状况、气象信息和历史施肥数据，将采集的数据分析，以了解每个地块或果树的养分需求，这包括土壤养分含量、pH值、水分状况以及果树的营养状态和生长情况。基于地块分析，生成处方图，处方图通常包括哪种肥料在何时、何地施用，以及施用的量，一旦处方图制定完成，***使用施肥机器或设备来执行施肥计划，这些装置通常与灌溉***或机械化工具集成，以确保精确的施肥。

现阶段，市场上的变量施肥装备还不能完全满足变量施肥的需要。以果园施肥作业为例，果园中果树生长状况各不相同，如何实现不同肥料配比在线精准混配以及对靶变量精准施用是需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于处方图在线混肥的果园变量施肥机及控制方法。

第一方面，本发明提供一种基于处方图在线混肥的果园变量施肥机，包括：

拖拉机、设于所述拖拉机上的激光雷达和控制***、与所述拖拉机的尾部铰接的施肥机支架、以及通过所述施肥机支架固定的在线混肥装置、变量施肥装置和覆土施肥装置；

其中，所述激光雷达用于探测果树冠层轮廓以确定果树的树干位置和根系位置，所述控制***用于基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业。

在一些实施例中，所述在线混肥装置包括：混肥箱体、N肥槽轮、P肥槽轮、K肥槽轮、N肥电机、P肥电机、K肥电机；

其中，所述N肥槽轮、所述P肥槽轮和所述K肥槽轮沿横向排列并固定于所述混肥箱体内，所述横向为与所述拖拉机的行进方向垂直的方向；

所述N肥电机通过联轴器与所述N肥槽轮连接，用于控制所述N肥槽轮转动；所述P肥电机通过联轴器与所述P肥槽轮连接，用于控制所述P肥槽轮转动；所述K肥电机通过联轴器与所述K肥槽轮连接，用于控制所述K肥槽轮转动。

在一些实施例中，所述变量施肥装置包括：变量施肥箱体、第一变量施肥槽轮、第二变量施肥槽轮、第一变量施肥电机、第二变量施肥电机；

其中，所述第一变量施肥槽轮和所述第二变量施肥槽轮沿横向排列并固定于所述变量施肥箱体内，所述横向为与所述拖拉机的行进方向垂直的方向；

所述第一变量施肥电机通过联轴器与所述第一变量施肥槽轮连接，用于控制所述第一变量施肥槽轮转动以进行左侧的变量施肥作业；所述第二变量施肥电机通过联轴器与所述第二变量施肥槽轮连接，用于控制所述第二变量施肥槽轮转动以进行右侧的变量施肥作业。

在一些实施例中，所述基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业，包括：

实时比对所述施肥处方图中的施肥坐标位置与所述激光雷达的位置信息，若确定所述拖拉机行驶至目标施肥坐标位置，则根据所述施肥处方图中所述目标施肥坐标位置对应的肥料比例和肥料质量，控制所述在线混肥装置进行在线混肥作业。

在一些实施例中，所述基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业，包括：

根据所述激光雷达的探测结果确定目标果树的树干位置和根系位置后，根据所述目标果树的根系位置确定投肥点，并根据所述激光雷达探测的所述目标果树的冠层直径和所述拖拉机的行进速度，确定排肥器出肥口从当前位置到达所述投肥点所需的第一时长；

在确定所述排肥器出肥口到达所述投肥点时，控制所述变量施肥装置进行变量施肥作业。

在一些实施例中，所述第一时长基于以下公式计算得到：

式中，t表示所述第一时长，L ₂表示所述激光雷达与所述排肥器出肥口之间的安装距离，v表示所述拖拉机的行进速度，表示所述激光雷达探测到所述目标果树的冠层直至探测信号消失的时长，h表示所述排肥器出肥口的离地距离，g表示重力加速度，D表示所述目标果树的冠层直径，H表示所述激光雷达与所述目标果树的冠层中心之间的横向距离，α表示所述激光雷达的探测角，L ₁表示有效施肥距离。

在一些实施例中，所述覆土施肥装置包括：第一切割圆盘、第二切割圆盘、第一施肥铲、第二施肥铲、第一覆土滚子、第二覆土滚子、第一幅宽调节油缸、第二幅宽调节油缸；

其中，所述第一切割圆盘、所述第一施肥铲和所述第一覆土滚子沿所述拖拉机的行进方向依次排列并安装于所述施肥机支架的左侧，所述第一幅宽调节油缸与所述第一施肥铲连接，用于控制所述第一施肥铲的横向移动；所述第二切割圆盘、所述第二施肥铲和所述第二覆土滚子沿所述拖拉机的行进方向依次排列并安装于所述施肥机支架的右侧，所述第二幅宽调节油缸与所述第二施肥铲连接，用于控制所述第二施肥铲的横向移动。

在一些实施例中，所述控制***还用于：

根据果树种植行距，控制所述第一幅宽调节油缸和所述第二幅宽调节油缸调整作业幅宽。

在一些实施例中，所述第一切割圆盘和所述第二切割圆盘在施肥时用于切割作业，在不施肥时用于切根作业。

第二方面，本发明还提供一种应用于第一方面所述的基于处方图在线混肥的果园变量施肥机的控制方法，所述方法包括：

所述控制***基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业。

在一些实施例中，所述方法还包括：

所述控制***根据果树种植行距，控制第一幅宽调节油缸和第二幅宽调节油缸调整作业幅宽。

本发明提供的基于处方图在线混肥的果园变量施肥机及控制方法，通过控制***基于施肥处方图控制在线混肥装置实时在线进行不同肥料配比的精准混配，并采用激光雷达探测果树冠层轮廓，精确定位果树根系分布以确定最佳施肥位置，实现肥料对靶变量精准施用，可有效满足果园变量施肥的需求，从而提高果树的生长、产量和质量，同时减少施肥浪费和环境影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的果园变量施肥机的结构示例图；

图2为本发明提供的在线混肥装置的结构示例图；

图3为本发明提供的变量施肥装置的结构示例图；

图4为本发明提供的施肥对靶探测示意图；

图5为本发明提供的激光雷达探测区域和对靶变量施肥区域示意图；

图6为本发明提供的覆土施肥装置的结构示例图；

图7为本发明提供的控制***示意图；

图8为本发明提供的控制***界面示例图；

图9为本发明提供的应用于基于处方图在线混肥的果园变量施肥机的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。

本发明中术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”所区别的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合图1-图9描述本发明的实施例。

参照图1的示例，本发明提供一种基于处方图在线混肥的果园变量施肥机，包括：拖拉机100、设于拖拉机100上的激光雷达110和控制***120、与拖拉机100的尾部铰接的施肥机支架130、以及通过施肥机支架130固定的在线混肥装置140、变量施肥装置150和覆土施肥装置160。

其中，激光雷达110用于探测果树冠层轮廓以确定果树的树干位置和根系位置，控制***120用于基于施肥处方图、激光雷达110的探测结果和拖拉机100的行进速度，控制在线混肥装置140和变量施肥装置150的作业。

具体地，果园中果树生长状况各不相同，果树间差异对肥料需求也不同，在变量施肥作业之前，需要对差异化果树个体进行施肥量科学精准按需计算，基于果树长势（可通过作物长势传感器获取果树长势信息，如归一化植被指数NDVI、叶面积指数LAI等）、土壤养分（可通过土壤快速采样***，在施肥前测取单颗果树位置处土壤养分信息）和历史产量（直接数据库调取）等信息形成施肥处方图，然后通过实时在线控制不同肥料配比进行肥料按需混配，并根据果树根系位置实现对靶变量精准施用。

施肥处方图中包含肥料比例、肥料质量、施肥位置坐标等信息，在肥料比例、肥料质量、施肥位置坐标已知条件下，由于果园处于郁闭空间，若使用卫星定位***作为位置传感器，在果园环境中会出现信号丢失的情况，本发明中为获得更加精确的施肥位置，在基于处方图在线混肥的果园变量施肥机前方安装激光雷达，探测果树冠层轮廓，以确定果树树干和根系位置。根据激光雷达探测的果树冠层轮廓，可以进一步缩小目标果树的位置坐标，精确定位果树根系分布，确定最佳施肥位置，通过对靶变量调控技术实现肥料按需精准施用，以满足不同果树和生长时期的喷肥需求。

图1示例的果园变量施肥机，其主要由激光雷达、拖拉机、控制***、在线混肥装置、变量施肥装置、覆土施肥装置、施肥机支架等组成。其中，拖拉机用作牵引机体，在线混肥装置用于实时在线混肥，混肥后的肥料进入变量施肥装置，由变量施肥装置执行变量施肥作业，在变量施肥作业中，通过覆土施肥装置进行开沟、覆土等作业。

图1示例的果园变量施肥机，激光雷达固定在拖拉机中心前侧，控制***固定在拖拉机驾驶室右侧，施肥机支架与拖拉机尾部铰接，在线混肥装置在变量施肥装置上方，覆土施肥装置与施肥机支架固定。

本发明提供的基于处方图在线混肥的果园变量施肥机，通过控制***基于施肥处方图控制在线混肥装置实时在线进行不同肥料配比的精准混配，并采用激光雷达探测果树冠层轮廓，精确定位果树根系分布以确定最佳施肥位置，实现肥料对靶变量精准施用，可有效满足果园变量施肥的需求，从而提高果树的生长、产量和质量，同时减少施肥浪费和环境影响。

在一些实施例中，在线混肥装置包括：混肥箱体、N肥槽轮、P肥槽轮、K肥槽轮、N肥电机、P肥电机、K肥电机；

其中，N肥槽轮、P肥槽轮和K肥槽轮沿横向排列并固定于混肥箱体内，横向为与拖拉机的行进方向垂直的方向；

N肥电机通过联轴器与N肥槽轮连接，用于控制N肥槽轮转动；P肥电机通过联轴器与P肥槽轮连接，用于控制P肥槽轮转动；K肥电机通过联轴器与K肥槽轮连接，用于控制K肥槽轮转动。

具体地，N肥槽轮用于对N肥（氮肥）的搅拌和混合，P肥槽轮用于P肥（磷肥）的搅拌和混合，K肥槽轮用于K肥（钾肥）的搅拌和混合，这三个槽轮沿横向排列，具体排列顺序本发明并不限定。参照图2，图2示例的在线混肥装置由混肥箱体200、N肥槽轮210、P肥槽轮220、K肥槽轮230、N肥电机240、P肥电机250、K肥电机260等组成，N肥槽轮210由联轴器与N肥电机240固定在混肥箱体200的左侧，P肥槽轮220由联轴器与P肥电机250固定在混肥箱体200的中心，K肥槽轮230由联轴器与K肥电机260固定在混肥箱体200的右侧。

在一些实施例中，基于施肥处方图、激光雷达的探测结果和拖拉机的行进速度，控制在线混肥装置和变量施肥装置的作业，包括：

实时比对施肥处方图中的施肥坐标位置与激光雷达的位置信息，若确定拖拉机行驶至目标施肥坐标位置，则根据施肥处方图中目标施肥坐标位置对应的肥料比例和肥料质量，控制在线混肥装置进行在线混肥作业。

具体地，施肥机在行进过程中，激光雷达实时扫描周围的环境，以确定当前施肥机（或者说激光雷达）所处的位置，当施肥机（或者说激光雷达）到达施肥处方图中的某个施肥坐标位置（即某颗果树对应的施肥坐标位置）时，便可以开始针对该目标果树进行在线混肥。控制***可以根据施肥处方图提供的该目标施肥坐标位置对应的肥料比例和肥料质量，控制在线混肥装置进行在线混肥作业。比如，N肥电机、P肥电机、K肥电机根据处方图所生成的肥料比例调整各电机转速，带动N肥槽轮、P肥槽轮、K肥槽轮转动，由于果树所需肥料比例不同，因此三组混肥电机的转速也会依照肥料比例调整。

在一些实施例中，变量施肥装置包括：变量施肥箱体、第一变量施肥槽轮、第二变量施肥槽轮、第一变量施肥电机、第二变量施肥电机；

其中，第一变量施肥槽轮和第二变量施肥槽轮沿横向排列并固定于变量施肥箱体内，横向为与拖拉机的行进方向垂直的方向；

第一变量施肥电机通过联轴器与第一变量施肥槽轮连接，用于控制第一变量施肥槽轮转动以进行左侧的变量施肥作业；第二变量施肥电机通过联轴器与第二变量施肥槽轮连接，用于控制第二变量施肥槽轮转动以进行右侧的变量施肥作业。

具体地，第一变量施肥槽轮和第二变量施肥槽轮为不同的两个变量施肥槽轮，通过变量施肥槽轮的转动将肥料从排肥器的出肥口排出进行施肥。

参照图3，图3示例的变量施肥装置由变量施肥箱体300、变量施肥槽轮A（第一变量施肥槽轮）310、变量施肥槽轮B（第二变量施肥槽轮）320、变量施肥电机A（第一变量施肥电机）330、变量施肥电机B（第二变量施肥电机）340等组成，变量施肥电机A 330通过联轴器连接变量施肥槽轮A 310，并固定在变量施肥箱体300的左侧，变量施肥电机B 340通过联轴器连接变量施肥槽轮B 320，并固定在变量施肥箱体300的右侧。

在一些实施例中，基于施肥处方图、激光雷达的探测结果和拖拉机的行进速度，控制在线混肥装置和变量施肥装置的作业，包括：

根据激光雷达的探测结果确定目标果树的树干位置和根系位置后，根据目标果树的根系位置确定投肥点，并根据激光雷达探测的目标果树的冠层直径和拖拉机的行进速度，确定排肥器出肥口从当前位置到达投肥点所需的第一时长；

在确定排肥器出肥口到达投肥点时，控制变量施肥装置进行变量施肥作业。

具体地，激光雷达探测到果树冠层轮廓后，确定果树的树干位置和根系位置，树干位置和根系位置可以根据预先建立的模型计算得到，比如，可以预先根据大量果树冠层轮廓和果树树干位置的历史数据来训练一个神经网络模型，在施肥作业时便可以直接将探测到的果树冠层轮廓输入模型得到果树树干位置。对于果树根系位置，其与果树冠层轮廓、果树树干位置、果树树龄、果树品种等因素有关，因此可以预先根据果树冠层轮廓、果树树干位置、果树树龄、果树品种、果树根系位置的历史数据，训练一个神经网络模型，在得到果树树干位置后，将果树冠层轮廓、果树树干位置、果树树龄、果树品种等信息输入模型便可以得到果树根系位置。

在确定了果树根系位置后，可以根据果树根系位置确定投肥点，比如可以以树干为中心，在树干左右两侧均布5个投肥点进行定点投肥，以满足果树不同位置根系对肥料的需求。具体根据果树根系位置确定投肥点的方式本发明并不限定，例如可以根据经验设计不同果树根系位置所对应的最佳投肥点的数据集，使用该数据集训练一个神经网络模型，训练好之后的模型便可以在施肥作业时用于实时确定最佳投肥点。

为保证精准定位施肥，需要考虑变量施肥电机工作的起始时刻，所以当控制***接收到探测信号后，不能立刻执行，需要给定一个滞后时间。施肥滞后时间与施肥机的前进速度、激光雷达的安装位置、排肥器出肥口离地面的距离以及果树冠层等有关，所以在确定投肥点后，还需要确定排肥器出肥口从当前位置到达投肥点所需的第一时长，在确定排肥器出肥口到达投肥点时，才能控制变量施肥装置进行变量施肥作业，比如控制***通过第一变量施肥电机和第二变量施肥电机分别带动第一变量施肥槽轮和第二变量施肥槽轮转动，以进行施肥作业。

图4为本发明提供的施肥对靶探测示意图，参照图4，在一些实施例中，第一时长基于以下公式计算得到：

式中，t表示第一时长，L ₂表示激光雷达与排肥器出肥口之间的安装距离，v表示拖拉机的行进速度，表示激光雷达探测到目标果树的冠层直至探测信号消失的时长，h表示排肥器出肥口的离地距离，g表示重力加速度，D表示目标果树的冠层直径，H表示激光雷达与目标果树的冠层中心之间的横向距离，α表示激光雷达的探测角，L ₁表示有效施肥距离。

图5为本发明提供的激光雷达探测区域和对靶变量施肥区域示意图，如图5所示，激光雷达可在施肥机行进过程中实时对两侧果树进行果树冠层轮廓探测，图中正方形黑点表示对靶变量施肥区域，即投肥点。

在一些实施例中，覆土施肥装置包括：第一切割圆盘、第二切割圆盘、第一施肥铲、第二施肥铲、第一覆土滚子、第二覆土滚子、第一幅宽调节油缸、第二幅宽调节油缸；

其中，第一切割圆盘、第一施肥铲和第一覆土滚子沿拖拉机的行进方向依次排列并安装于施肥机支架的左侧，第一幅宽调节油缸与第一施肥铲连接，用于控制第一施肥铲的横向移动；第二切割圆盘、第二施肥铲和第二覆土滚子沿拖拉机的行进方向依次排列并安装于施肥机支架的右侧，第二幅宽调节油缸与第二施肥铲连接，用于控制第二施肥铲的横向移动。

具体地，参照图6，图6示例的覆土施肥装置包括切割圆盘A（第一切割圆盘）600、切割圆盘B（第二切割圆盘）610、施肥铲A（第一施肥铲）620、施肥铲B（第二施肥铲）630、覆土滚子A（第一覆土滚子）640、覆土滚子B（第一覆土滚子）650、幅宽调节油缸A（第一幅宽调节油缸）660、幅宽调节油缸B（第二幅宽调节油缸）670，切割圆盘A 600固定在施肥机支架前端，施肥铲A 620固定在施肥机支架中部，幅宽调节油缸A 660与施肥铲A 620连接，覆土滚子A640固定在施肥机支架尾部，切割圆盘B 610、施肥铲B 630、覆土滚子B 650、幅宽调节油缸B670与切割圆盘A 600、施肥铲A 620、覆土滚子A 640、幅宽调节油缸A 660呈镜像分布。

在一些实施例中，所述第一切割圆盘和所述第二切割圆盘在施肥时用于切割作业，在不施肥时用于切根作业。

例如，在施肥时，拖拉机牵引施肥机支架带动第一切割圆盘和第二切割圆盘切割土壤内部根系与土块（切割作业），为开沟施肥减少阻力，并带动第一施肥铲和第二施肥铲进行开沟施肥，随后第一覆土滚子和第二覆土滚子完成覆土作业。

在不施肥时，切割圆盘可进行切根作业（切除果树根系），从而可实现施肥和切根两种作业模式作业，实现一机多用。

在一些实施例中，控制***还用于：根据果树种植行距，控制第一幅宽调节油缸和第二幅宽调节油缸调整作业幅宽。

具体地，不同果树种植条件，其最佳作业幅宽也有所不同，本发明中，施肥机可根据果树种植行距进行作业幅宽灵活调节，从而能够取得基于处方图在线混肥的果园变量施肥最佳作业条件。

图7为本发明提供的控制***示意图，如图7所示，本发明提供的果园变量施肥机中，控制***可以接收处方图中待施肥区域的肥料比例、肥料质量、施肥位置坐标，根据激光雷达探测的果树冠层轮廓，确定果树树干和根系位置，结合机具速度（即拖拉机的行进速度）控制施肥作业，通过处方图构建的果树缺素特征信息获得变量施肥处方，根据处方控制N、P和K三种元素在线混合，实现对靶变量精准施用。

图8为本发明提供的控制***界面示例图，如图8所示，该界面可进行整机启动、停止作业、通讯参数、参数校验等操作，可对果树行距、雷达高度等设置功能，可实时显示果树距离、作业速度、作业位置、作业区域、施肥量等信息。

下面对本发明提供的应用于上述各实施例果园变量施肥机的控制方法进行描述，下文描述的控制方法与上文描述的果园变量施肥机可相互对应参照。

图9为本发明提供的应用于基于处方图在线混肥的果园变量施肥机的控制方法的流程示意图，如图9所示，该方法包括如下步骤：

步骤900、控制***基于施肥处方图、激光雷达的探测结果和拖拉机的行进速度，控制在线混肥装置和变量施肥装置的作业。

在一些实施例中，基于施肥处方图、激光雷达的探测结果和拖拉机的行进速度，控制在线混肥装置和变量施肥装置的作业，包括：

实时比对施肥处方图中的施肥坐标位置与激光雷达的位置信息，若确定拖拉机行驶至目标施肥坐标位置，则根据施肥处方图中目标施肥坐标位置对应的肥料比例和肥料质量，控制在线混肥装置进行在线混肥作业。

在一些实施例中，基于施肥处方图、激光雷达的探测结果和拖拉机的行进速度，控制在线混肥装置和变量施肥装置的作业，包括：

根据激光雷达的探测结果确定目标果树的树干位置和根系位置后，根据目标果树的根系位置确定投肥点，并根据激光雷达探测的目标果树的冠层直径和拖拉机的行进速度，确定排肥器出肥口从当前位置到达投肥点所需的第一时长；

在确定排肥器出肥口到达投肥点时，控制变量施肥装置进行变量施肥作业。

在一些实施例中，第一时长基于以下公式计算得到：

式中，t表示第一时长，L ₂表示激光雷达与排肥器出肥口之间的安装距离，v表示拖拉机的行进速度，表示激光雷达探测到目标果树的冠层直至探测信号消失的时长，h表示排肥器出肥口的离地距离，g表示重力加速度，D表示目标果树的冠层直径，H表示激光雷达与目标果树的冠层中心之间的横向距离，α表示激光雷达的探测角，L ₁表示有效施肥距离。

在一些实施例中，该方法还包括：

控制***根据果树种植行距，控制第一幅宽调节油缸和第二幅宽调节油缸调整作业幅宽。

在此需要说明的是，本发明提供的上述方法，能够达到上述果园变量施肥机各实施例相同的技术效果，在此不再对本实施例中与上述果园变量施肥机实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于处方图在线混肥的果园变量施肥机，其特征在于，包括：

拖拉机、设于所述拖拉机上的激光雷达和控制***、与所述拖拉机的尾部铰接的施肥机支架、以及通过所述施肥机支架固定的在线混肥装置、变量施肥装置和覆土施肥装置；

其中，所述激光雷达用于探测果树冠层轮廓以确定果树的树干位置和根系位置，所述控制***用于基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业；

所述基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业，包括：

根据所述激光雷达的探测结果确定目标果树的树干位置和根系位置后，根据所述目标果树的根系位置确定投肥点，并根据所述激光雷达探测的所述目标果树的冠层直径和所述拖拉机的行进速度，确定排肥器出肥口从当前位置到达所述投肥点所需的第一时长；

在确定所述排肥器出肥口到达所述投肥点时，控制所述变量施肥装置进行变量施肥作业；

所述第一时长基于以下公式计算得到：

；

式中，t表示所述第一时长，L ₂表示所述激光雷达与所述排肥器出肥口之间的安装距离，v表示所述拖拉机的行进速度，表示所述激光雷达探测到所述目标果树的冠层直至探测信号消失的时长，h表示所述排肥器出肥口的离地距离，g表示重力加速度，D表示所述目标果树的冠层直径，H表示所述激光雷达与所述目标果树的冠层中心之间的横向距离，α表示所述激光雷达的探测角，L ₁表示有效施肥距离；

所述在线混肥装置包括：混肥箱体、N肥槽轮、P肥槽轮、K肥槽轮、N肥电机、P肥电机、K肥电机；

其中，所述N肥槽轮、所述P肥槽轮和所述K肥槽轮沿横向排列并固定于所述混肥箱体内，所述横向为与所述拖拉机的行进方向垂直的方向；

所述N肥电机通过联轴器与所述N肥槽轮连接，用于控制所述N肥槽轮转动；所述P肥电机通过联轴器与所述P肥槽轮连接，用于控制所述P肥槽轮转动；所述K肥电机通过联轴器与所述K肥槽轮连接，用于控制所述K肥槽轮转动；

所述变量施肥装置包括：变量施肥箱体、第一变量施肥槽轮、第二变量施肥槽轮、第一变量施肥电机、第二变量施肥电机；

其中，所述第一变量施肥槽轮和所述第二变量施肥槽轮沿横向排列并固定于所述变量施肥箱体内，所述横向为与所述拖拉机的行进方向垂直的方向；

所述第一变量施肥电机通过联轴器与所述第一变量施肥槽轮连接，用于控制所述第一变量施肥槽轮转动以进行左侧的变量施肥作业；所述第二变量施肥电机通过联轴器与所述第二变量施肥槽轮连接，用于控制所述第二变量施肥槽轮转动以进行右侧的变量施肥作业。

2.根据权利要求1所述的基于处方图在线混肥的果园变量施肥机，其特征在于，所述基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业，包括：

实时比对所述施肥处方图中的施肥坐标位置与所述激光雷达的位置信息，若确定所述拖拉机行驶至目标施肥坐标位置，则根据所述施肥处方图中所述目标施肥坐标位置对应的肥料比例和肥料质量，控制所述在线混肥装置进行在线混肥作业。

3.根据权利要求1所述的基于处方图在线混肥的果园变量施肥机，其特征在于，所述覆土施肥装置包括：第一切割圆盘、第二切割圆盘、第一施肥铲、第二施肥铲、第一覆土滚子、第二覆土滚子、第一幅宽调节油缸、第二幅宽调节油缸；

其中，所述第一切割圆盘、所述第一施肥铲和所述第一覆土滚子沿所述拖拉机的行进方向依次排列并安装于所述施肥机支架的左侧，所述第一幅宽调节油缸与所述第一施肥铲连接，用于控制所述第一施肥铲的横向移动；所述第二切割圆盘、所述第二施肥铲和所述第二覆土滚子沿所述拖拉机的行进方向依次排列并安装于所述施肥机支架的右侧，所述第二幅宽调节油缸与所述第二施肥铲连接，用于控制所述第二施肥铲的横向移动。

4.根据权利要求3所述的基于处方图在线混肥的果园变量施肥机，其特征在于，所述控制***还用于：

根据果树种植行距，控制所述第一幅宽调节油缸和所述第二幅宽调节油缸调整作业幅宽。

5.根据权利要求3所述的基于处方图在线混肥的果园变量施肥机，其特征在于，所述第一切割圆盘和所述第二切割圆盘在施肥时用于切割作业，在不施肥时用于切根作业。

6.一种应用于权利要求1至5任一项所述的基于处方图在线混肥的果园变量施肥机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

所述控制***基于施肥处方图、所述激光雷达的探测结果和所述拖拉机的行进速度，控制所述在线混肥装置和所述变量施肥装置的作业。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述控制***根据果树种植行距，控制第一幅宽调节油缸和第二幅宽调节油缸调整作业幅宽。