专利名称：土地平整方法、土地平整控制装置和土地平整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械控制技术，特别涉及一种土地平整方法、土地平整控制装置和土地平整装置。
背景技术：
目前在土地平整作业方面，土地平整的方法主要有常规平地、激光控制平地等方法。常规平地方法中采用的平地设备一般包括推土机、铲运机和刮平机等，该种常规的土地平整设备具有土方运移量大、平地费用相对较低的特点，适合于地面起伏较大、原始平整程度较差的农田粗平作业，可有效改变农田的宏观地形。这种常规土地平整的效果主要取决于推土机和刮平机的施工精度。但是由于推土机的升降采用手工控制，操作人员不能精确地控制其抬升或下落的高度，而刮平机的铲运刀口与设备行进装置间的相对位置固定，故平地施工时刀口将随轮胎沿地面微地形的变化上下起伏，刮平及修整田面的效果有限。因此，受常规平地机具设备自身缺陷和人工操作精度较低等不利条件的影响，当平地效果达到一定平整程度后很难再有所提高，难以满足农田土地精细灌溉的要求。激光控制平地技术是利用激光束扫射形成参照平面作为非视觉操作控制手段，代替常规平地设备操作人员的目测判断能力来自动控制液压平地机具刀口的升降，从而能够大幅度提高土地的平整精度，其感应系统的灵敏性至少比人工视觉判断和拖拉机操作人员的手动液压控制系统精确10 50倍。但激光平地的作业范围有限，受到激光发射器的激光发射半径的影响不适宜大范围土地平整作业。
发明内容
本发明提供了一种土地平整方法、土地平整控制装置和土地平整装置，以扩大土地平整的作业范围。本发明提供的土地平整方法包括步骤1、通过接收机构基于卫星定位系统实时获取待平整位置的位置信息，其中， 所述位置信息中至少包括高程值；步骤2、将所述高程值与预设基准高程进行比较以产生平地控制信号；步骤3、根据所述平地控制信号控制平地机构的土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程。本发明还提供了一种土地平整控制装置，包括接收机构，用于基于卫星定位系统实时获取待平整位置的位置信息，其中，所述位置信息中至少包括高程值；比较模块，用于将所述高程值与预设基准高程进行比较，以产生平地控制信号提供给平地机构，控制平地机构的土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程。
本发明还提供了一种土地平整装置，包括本发明提供的土地平整控制装置和平地机构，所述平地机构包括电磁阀驱动单元，用于根据接收到的所述平地控制信号输出对液压单元中阀芯的比例驱动信号以控制阀芯的位置；液压单元，用于根据阀芯的位置将流过阀芯的液体压力转换为对平底铲的驱动力；平地铲，用于根据液压单元的驱动力进行土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程；牵引单元，用于牵引平底铲在待平整地块间行进。本发明提供的土地平整方法、土地平整控制装置和土地平整装置，该土地平整方法基于卫星定位系统实时获取待平整位置高程值并取出高程值，将该高程值与预设基准高程进行比较以产生平地控制信号控制平地机构的土地平整作业，作业范围不受限制，可对任何面积的待平整地块进行土地平整作业。
图1为本发明实施例一所提供的土地平整方法的流程图；图2为本发明实施例二所提供的土地平整方法的流程图；图3为本发明实施例三所提供的土地平整控制装置的结构示意图；图4为本发明实施例四所提供的土地平整控制装置的结构示意图；图5为本发明实施例五所提供的土地平整装置的结构示意图。附图标记200-接收天线；201-接收机构；202-比较模块；203-姿态信息获取模块；204-校正模块；205-第一存储模块；206-三维地形图绘制模块；210-电磁阀驱动单元；211-液压单元；212-平底铲；213-牵引单元。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。本发明实施例提供了一种土地平整方法，该土地平整方法用于对待平整地块进行土地平整作业，可采用平底铲作为铲土部件，由拖拉机牵引平底铲在待平整地块之间行进， 并通过液压系统接收控制信号，由液压系统根据控制信号控制平底铲的挖土作业或填土作业，以对待平整地块进行平整，使经过平整的地块满足灌溉或种植等要求。实施例一图1为本发明实施例一所提供的土地平整方法的流程图，如图1所示，该土地平整方法，包括步骤1、通过接收机构基于卫星定位系统实时获取待平整位置的位置信息，其中， 位置信息中至少包括高程值。步骤2、将高程值与预设基准高程进行比较以产生平地控制信号。步骤3、根据平地控制信号控制平地机构的土地平整作业，以将土地平整至预设基准高程。基于卫星定位系统的接收机构，主要包括接收天线和处理终端，通过接收天线接收卫星信号并传送给处理终端，处理终端根据接收天线传送的卫星信号和接收天线所在的点与待平整位置的相对位置进行演算得到待平整位置的位置信息，该位置信息中至少包括高程值，通常也可以得到该位置的经度值、纬度值。可将接收天线放置在平地机构上，通过接收天线所在的点的位置与平地机构上的铲土部件的相对位置演算获得的铲土部件所在位置的高程值，该位置的高程值即为待平整位置的高程值。也可将接收天线置于其他地方，通过接收天线接收卫星信号，根据接收天线所在的点与待平整位置的相对位置进行演算得到待平整位置的高程值。预设基准高程是根据待平整地块的情况事先计算出的该地块的平均高程，将其作为平地的基准高程。该预设基准高程可以是一个也可以是多个，根据待平整地块的地形情况而定，如果待平整地块的地形起伏较大并且面积也较大，可以将地块划分成几个部分，根据每部分的地块地形计算出每个地块的基准高程。由于在土地平整作业中，关键是获知待平整位置的高程值并与预设基准高程进行比较，如果该高程值与预设基准高程不一致，则产生平地控制信号，根据该平地控制信号控制平地机构进行土地平整作业，以将土地平整至预设基准高程。由于待平整地块的地形为高低不平的状态，通常在土地平整过程中平地机构根据平地控制信号交替进行挖土或填土作业，可将从地势较高位置所挖的土填到地势较低的位置，平地机构根据平地控制信号连续作业，对待平整地块进行平整，对于平整的精度和效果主要取决于获取的高程值和平地机构根据平地控制信号进行作业的施工精度，通常情况下，平地机构根据平地控制信号可完成对待平整地块的土地平整作业，达到田间地面灌溉的均勻度的要求。如果对于土地平整的精度要求较高，也可以采用上述的方法进行多次的土地平整作业，以提高土地平整的精度和达到更好的效果。当然，如果遇到特殊情况，可与人工操作相结合，例如，一旦出现一直需要挖土作业而挖出的土超过平地机构动力推动的范围时，也就是平地机构不能推动挖出的土，或者该位置的土质较硬而平底机构挖不动时，可由人工操作给平地机构控制信号，将平底机构上升，平地机构不再推动携带挖出的土，平地机构继续行进进行后续的作业，或者是一直需要填土作业，而平地机构携带的土量不够时，由人工操作给平底机构控制信号，平底机构不再填土作业，平地机构继续行进进行后续的作业。由上述技术方案可知，该土地平整方法，基于卫星定位系统实时获取待平整位置高程值，将高程值与预设基准高程进行比较以产生平地控制信号控制平地机构的土地平整作业，作业范围不受限制，可对任何面积的待平整地块进行土地平整作业，并且，该土地平整方法根据卫星定位系统获取高程值，即使天气情况发生变化也不影响获取高程值，受自然因素影响小。本实施例中，根据平地控制信号控制平地机构进行土地平整作业的方式是，根据平地控制信号中的高程差，控制平地机构上铲土部件竖直方向的移动量，对土地平整作业， 以将土地平整至预设基准高程，其中，高程差为高程值与预设基准高程之间的差值。具体的是，如果高程值大于基准高程，说明该点的地势较高，则输出平地控制信号控制平地机构上铲土部件下降挖土，直到该位置的高程值与基准高程相等，并将挖出的土由铲土部件推动携带，如果高程值小于基准高程，说明该位置的地势较低，则输出平地控制信号控制平地机构上铲土部件上升填土，可将由铲土部件挖出推动携带的土填到地势较低的位置，直到该位置的高程值与基准高程相等，如果获取的高程值等于基准高程，平地机构不动作。当然，根据平地控制信号控制平地机构进行土地平整作业的方式可以有多种，例如由平地控制信号控制推土机进行土地平整作业，通过平地控制信号控制推土机的推土刀的位置和角度，进行铲土或填土作业将土地平整至预设基准高程，或者通过平地控制信号控制刮平机的刮刀进行土地平整作业。实施例二图2为本发明实施例二所提供的土地平整方法的流程图，在上述实施例一的基础上，接收机构至少包括接收天线，如图2所示，该土地平整方法在上述的步骤1之后还包括步骤11、实时获取接收天线的姿态信息；步骤12、根据姿态信息对高程进行校正，而后执行步骤2。通常接收机构包括接收天线用于接收卫星信号，通常放置在平地机构上，由平地机构携带，但是由于待平整地块的地形复杂，因此，平地机构在行进过程中会产生振动，因此也会造成接收天线的晃动，使得通过接收天线的位置演算所得到的高程值存在较大误差，降低了得到高程数据的精度。因此，可对得到的高程值进行校正，本实施例中通过实时获取接收天线的姿态信息，该姿态信息主要包括平地机构行进时接收天线的航向角、俯仰角和横滚角等参数，利用这些姿态信息参数修正得到的高程值，形成闭环反馈，对接收天线因晃动造成的误差进行补偿，剔除震动误差，修正得到的高程值，以减小数据误差，为后期进行土地平整提供更加精确的数据，从而提高土地平整的精度，并且也可为后续绘制土地平整之后的地块的三维地形图提供更加精确的测量数据。本实施例提供的土地平整方法进一步的，位置信息中还包括待平整位置的经度值和纬度值，在步骤3之后还包括步骤31、实时存储并刷新待平整位置的表面经度值、纬度值和高程值，并将刷新后的经度值、纬度值和高程值作为土地平整之后的相应位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值。步骤32、根据土地平整之后的相应位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值，实时绘制土地平整之后的地块的三维地形图。通过接收机构获取的待平整位置的位置信息可以包括高程值，也可以获取经度值和纬度值，也可以根据需要得到其他所需要的信息，例如，可以获取待平整位置的方位角等，不限于本实施例中的位置信息。由于在平整土地过程中，需要进行挖土或填土作业，因此某些待平整位置的经度值、纬度值和高程值可能会发生变化，如果某些位置的坐标发生变化，可根据后一时刻的该位置信息数据对前一时刻的该位置信息数据进行刷新，将刷新后的数据作为土地平整之后的该位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值，并利用上述地块的表面经度值、纬度值和高程值实时绘制土地平整之后的地块的三维地形图，当对待平整地块平整完成之后，同时也就绘制出了平整之后整个地块的三维地形图，因此实现土地平整与地形测量同时进行， 并可根据绘制出的平整之后地块的三维地形图对平地效果进行评价。在利用平地机构进行平地时，需要对地势高的位置进行挖土作业，而对地势低的位置进行填土作业，因此需要合理确定平地机构的平地路线，将挖土和填土作业相结合，例如，如果平地机构一直在需要填土作业或挖土的路线中行进，平地机构承载的土不能满足填土要求或者平地机构的动力不能推动所携带的土，通过人工操作平地机构将继续行进， 但因此影响土地平整作业的效果。针对上述情况，在上述实施例一或实施例二的基础上，进一步的，步骤1之前还包括步骤101、存储并显示待平整地块的三维地形图。步骤102、根据显示的待平整地块的三维地形图确定平地机构的平地路线。通过显示待平整地块的三维地形图可以了解待平整地块的地形情况，了解各个位置地势的高低，为平地机构制定平地路线提供依据，确定合理的平地路线，优选的路线是使平地机构在平地过程中将地势高的位置土直接填到地势低的位置，可提高土地平整作业的效率。实施例三本发明实施例还提供了一种土地平整控制装置，可实施本发明实施例提供的土地平整方法，图3为本发明实施例三所提供的土地平整控制装置的结构示意图，如图3所示， 该土地平整控制装置包括接收机构201和比较模块202。接收机构201用于基于卫星定位系统实时获取待平整位置的位置信息，其中，位置信息中至少包括高程值。比较模块202用于将高程值与预设基准高程进行比较以产生平地控制信号提供给平地机构，控制平地机构的土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程。 本发明实施例土地平整控制装置可采用本发明实施例提供的土地平整方法，控制平地机构进行土地平整作业，通过接收机构实时获取待平整位置高程值，采用比较模块将高程值与预设基准高程进行比较，根据比较结果产生平地控制信号提供给平地机构，控制平地机构的土地平整作业，以将土地平整至预设基准高程，利用该控制装置控制平地机构进行土地平整作业的范围不受限制，可对任何面积的待平整地块进行土地平整作业，并且受自然因素影响小。实施例四图4为本发明实施例四所提供的土地平整控制装置的结构示意图，在上述实施例三的基础上，进一步的，如图4所示，接收机构201至少包括接收天线200，该土地平整控制装置还包括姿态信息获取模块203和校正模块204。姿态信息获取模块203用于实时获取接收天线200的姿态信息。校正模块204用于根据姿态信息对获取的高程进行校正。进一步的，该土地平整控制装置还包括第一存储模块205和三维地形图绘制模块 206。第一存储模块205用于实时存储并刷新待平整位置的经度值、纬度值和高程值， 并将刷新后的经度值、纬度值和高程值作为土地平整之后的相应位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值。三维地形图绘制模块206用于根据土地平整之后的相应位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值实时绘制土地平整之后的地块的三维地形图。在土地平整过程中，可通过接收机构实时获取待平整位置的经度值、纬度值和高程值，并发送给第一存储模块，由第一存储模块实时存储获取的待平整位置的经度值、纬度值和高程值，但是由于在土地平整时需要进行挖土或填土作业，因此某些待平整位置的经度值、纬度值和高程值可能会发生变化，如果某些位置的坐标发生变化，第一存储模块可根据后一时刻的该位置信息数据对前一时刻的该位置信息数据进行刷新，将刷新后的数据作为土地平整之后的该位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值，并传送给三维地形图绘制模块，利用上述的位置信息数据由三维地形图绘制模块实时绘制土地平整之后的地块的三维地形图，当对待平整地块全部完成平地作业之后，同时也就绘制出了平整之后地块的三维地形图，因此实现土地平整与对地块地形测量同时进行，并可通过根据绘制出的平整之后地块的三维地形图对平地效果进行评价。进一步的，该土地平整控制装置，还包括第二存储模块和显示模块。第二存储模块用于存储待平整地块的三维地形图。显示模块用于显示待平整地块的三维地形图。上述土地平整控制装置中的各个功能模块和机构，可以通过硬件的方式实现，或者是通过带有程序指令的硬件的方式实现，对于模块的形式不必进行限定。比如，接收机构可以采用GPS接收机实现，姿态信息获取模块可以采用姿态传感器，比较模块和校正模块可以通过相关电路或者带有程序指令的处理器实现，第一存储模块和第二存储模块可以采用存储器、磁盘或光盘等存储介质实现，显示模块可以是各种显示终端，也可以在一台计算机中配置同时实现上述比较、校正、存储和显示功能的功能模块，通过计算机实现比较、校正、存储和显示功能，也可在该计算机中还设置包含具有三维地形图绘制程序指令的功能模块，同时实现三维地形图绘制功能。本发明实施例还提供了一种土地平整装置，包括上述任一实施例提供的地平整控制装置和平地机构，可实施本发明实施例提供的土地平整方法，并利用本发明实施例提供的土地平整控制装置控制平地机构进行土地平整作业。实施例五图5为本发明实施例五所提供的土地平整装置的结构示意图，如图5所示，该土地平整装置包括土地平整控制装置和平地机构，该土地平整控制装置包括接收机构201、比较模块202、姿态信息获取模块203、校正模块204、第一存储模块205和三维地形图绘制模块 206，接收机构201包括接收天线200，该平地机构包括电磁阀驱动单元210、液压单元211、平底铲212和牵引单元213。电磁阀驱动单元210用于根据接收到的平地控制信号输出对液压单元中阀芯的比例驱动信号以控制阀芯的位置。液压单元211用于根据阀芯的位置将流过阀芯的液体压力转换为对平底铲的驱动力。平底铲212用于根据液压单元的驱动力进行土地平整作业，以将土地平整至预设
基准高程。牵引单元213用于牵引平底铲在待平整地块间行进，可以采用拖拉机或其他牵引装置作为牵引单元牵引平底铲在待平整地块间按一定平地路线行进，逐步完成对整个地块的平整作业。电磁阀驱动单元可以通过PLC实现，(ftOgrammable Logic Controller，可编程逻辑控制器，简称PLC)，或者通过相关的电路实现，液压单元可以是各种液压机以通过液压传递对平底铲的驱动力，不限于本实施例提供的方式。利用本实施例提供的平地机构进行土地平整作业时，由于平地控制信号的发送频率通常大于液压单元执行动作的频率，需要通过电磁阀驱动单元对接收到的平地控制信号进行转换，根据接收到的平地控制信号的信号频率和液压单元执行动作的频率进行比例转换，输出阀芯的比例驱动信号，阀芯根据转换后的该比例驱动信号开启移动至相应的位置， 通过液压单元将流过阀芯的液体的压力转换为对平底铲的驱动力，可通过流过阀芯的液体的流量和方向，产生对平底铲的不同方向驱动力，通过该驱动力驱动平底铲填土或者挖土以进行土地平整作业。本实施例提供的平地机构通过液压单元驱动平地铲的动作，容易实现自动化控制，并且液压驱动的反应速度快，传动误差小，有利于提高对土地平整的作业精度。当然，平地机构也可以采用其他的结构形式，不限于本实施例，例如，通过PLC接收平地控制信号，并通过PLC输出对相应电气元件的控制信号进而控制推土机或刮平机的土地平整作业。为更好的接收卫星信号，可将接收天线固定于平地机构的平地铲上方的桅杆上， 通过平底铲所在的位置与接收天线所在的点的相对位置演算获得的平底铲所在位置高程值，该高程值即为待平整位置的高程值。由于接收天线所在的点与平底铲所在的位置的只在竖直高度上有相对距离，因此利用该相对位置演算待平整位置的高程值时，运算简单，并且误差较小，可提高获得高程值的精度。也可将接收天线放置在平地机构的其他位置，通过接收天线接收卫星信号，根据接收天线所在的点与待平整位置的相对位置进行演算得到待平整位置的高程值。利用本发明实施例提供的土地平整装置进行土地平整作业，作业范围不受限制， 可对任何面积的地块进行土地平整作业，受自然因素影响小，并且可实现土地平整作业与和地块地形测量的一体化作业，在采集高程数据过程中加入了数据校正环节，有效提高了土地平整作业的精度和地形测量的精度。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。
权利要求
1.一种土地平整方法，其特征在于，包括步骤1、通过接收机构基于卫星定位系统实时获取待平整位置的位置信息，其中，所述位置信息中至少包括高程值；步骤2、将所述高程值与预设基准高程进行比较以产生平地控制信号；步骤3、根据所述平地控制信号控制平地机构的土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程。
2.根据权利要求1所述的土地平整方法，其特征在于，所述步骤3具体包括根据所述平地控制信号中的高程差，控制平地机构上铲土部件竖直方向的移动量，对土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程，其中，所述高程差为所述高程值与预设基准高程之间的差值。
3.根据权利要求1或2所述的土地平整方法，其特征在于，所述接收机构至少包括接收天线，所述步骤1之后还包括步骤11、实时获取接收天线的姿态信息；步骤12、根据所述姿态信息对所述高程值进行校正，而后执行步骤2。
4.根据权利要求1或2所述的土地平整方法，其特征在于，所述位置信息中还包括待平整位置的经度值和纬度值，则所述步骤3之后还包括步骤31、实时存储并刷新待平整位置的经度值、纬度值和高程值，并将刷新后的所述经度值、纬度值和高程值作为土地平整之后的相应位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值；步骤32、根据所述土地平整之后的相应位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值，实时绘制土地平整之后的地块的三维地形图。
5.根据权利要求1或2所述的土地平整方法，其特征在于，所述步骤1之前还包括步骤101、存储并显示待平整地块的三维地形图；步骤102、根据所述显示的待平整地块的三维地形图确定平地机构的平地路线。
6.一种土地平整控制装置，其特征在于，包括接收机构，所述接收机构至少包括接收天线，用于基于卫星定位系统实时获取待平整位置的位置信息，其中，所述位置信息中至少包括高程值；比较模块，用于将所述高程值与预设基准高程进行比较，以产生平地控制信号提供给平地机构，控制平地机构的土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程。
7.根据权利要求6所述的土地平整控制装置，其特征在于，还包括姿态信息获取模块，用于实时获取接收天线的姿态信息；校正模块，用于根据所述姿态信息对所述高程值进行校正。
8.根据权利要求6或7所述的土地平整控制装置，其特征在于，所述位置信息中还包括待平整位置的经度值和纬度值，还包括第一存储模块，用于实时存储并刷新待平整位置的经度值、纬度值和高程值，并将刷新后的所述经度值、纬度值和高程值作为土地平整之后的相应位置的地块的表面经度值、纬度值和高程值；三维地形图绘制模块，用于根据所述土地平整之后的相应位置的地块的表面经度值、 纬度值和高程值实时绘制土地平整之后的地块的三维地形图。
9.根据权利要求6或7所述的土地平整控制装置，其特征在于，还包括 第二存储模块，用于存储待平整地块的三维地形图；显示模块，用于显示待平整地块的三维地形图。
10.一种土地平整装置，其特征在于，包括权利要求6-9任一所述的土地平整控制装置和平地机构，所述平地机构包括电磁阀驱动单元，用于根据接收到的所述平地控制信号输出对液压单元中阀芯的比例驱动信号以控制阀芯的位置；液压单元，用于根据阀芯的位置将流过阀芯的液体压力转换为对平底铲的驱动力； 平地铲，用于根据液压单元的驱动力进行土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程；牵引单元，用于牵引平底铲在待平整地块间行进。
全文摘要
本发明公开了一种土地平整方法、土地平整控制装置和土地平整装置，该土地平整方法包括通过接收机构基于卫星定位系统实时获取待平整位置的位置信息，其中，位置信息中至少包括高程值；将高程值与预设基准高程进行比较以产生平地控制信号；根据平地控制信号控制平地机构的土地平整作业，以将土地平整至所述预设基准高程。该土地平整方法基于卫星定位系统实时获取待平整位置高程值并与预设基准高程进行比较以产生平地控制信号控制平地机构的土地平整作业，作业范围不受限制，可对任何面积的待平整地块进行土地平整作业。
文档编号G05B19/04GK102282925SQ20111013877
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者刘兆祥, 刘刚, 孟庆宽, 李鑫磊, 郭明明 申请人:中国农业大学