微波雷达地面检测系统在野生蓝莓收割机自动化中的应用评估

为解决野生蓝莓(Vaccinium angustifolium Ait.)收割机自动化中地面检测精度不足的问题，研究人员评估了Walabot、Acconeer XM112和Terrahawk? HT5230三种微波雷达系统的性能。实验表明，Terrahawk?雷达在植被穿透条件下表现最优（平均绝对误差46.2-53.9 mm，标准差<8.9 mm），为收割机头部自动化提供了可靠解决方案。该研究发表于《Smart Agricultural Technology》，为农业机械化提供了关键技术支撑。

　　

野生蓝莓是加拿大东部重要的经济作物，但其收割高度依赖人工操作，面临劳动力短缺和地形复杂的双重挑战。当前机械收割机的头部高度调节完全依赖操作员目测，而野生蓝莓田间的坡度变化（±30°）和植株高度差异（107.3-283.2 mm）使得精准控制收割齿与地面的距离成为自动化关键瓶颈。传统光学传感器难以穿透茂密冠层，亟需开发能穿透植被的非接触式地面检测技术。

为突破这一技术壁垒，Dalhousie大学团队在《Smart Agricultural Technology》发表研究，系统评估了三种微波雷达系统：超宽带/调频连续波(UWB/FMCW)的Walabot（3.3-10 GHz）和Terrahawk?（1.5-6.5 GHz），以及脉冲相干雷达(PCR)Acconeer（60 GHz）。研究采用3⁴因子设计实验室测试（含铝/木材/土壤反射面及空气/草屑/苜蓿覆盖介质）和田间验证（加拿大新斯科舍省两处商业蓝莓田），通过均值绝对误差(MAE)、标准差和线性回归等指标全面分析性能。

3.1 实验室评估

关键发现显示：Acconeer在空气中精度最高（MAE 3.0-12.3 mm），但植被穿透性能骤降（MAE 35.5-62.9 mm）；Walabot结果不稳定（标准差最高达106.1 mm）；Terrahawk?则展现卓越稳定性（MAE 46.2-53.9 mm，偏差仅-5.39至-4.62 mm，标准差2.5-8.9 mm）。尤其值得注意的是，Terrahawk?在苜蓿覆盖下的检测精度（MAE 49.9 mm）显著优于其他系统，且100%测试组合达到高精度标准（标准差<12.7 mm）。

3.2 田间验证

校准模型使均方根误差(RMSE)降低91%，Terrahawk?输出与实地测量高度相关（R²>0.97）。逐步回归分析证实，植株参数（茎密度、果实高度等）对雷达性能无显著影响，说明该系统能有效穿透不同生长期的蓝莓冠层。在1.0 m安装高度下，晚夏检测模型y=0.9913x+0.4946仍保持0.98的一致性指数。

这项研究首次证实L波段UWB雷达在多年生矮灌作物自动化收割中的适用性。Terrahawk?的稳定性能使其成为野生蓝莓收割机头部自动调节的理想选择，其-50 mm左右的系统偏差可通过软件校准轻松补偿。该技术不仅缓解了农业劳动力短缺压力，更为其他冠层穿透检测应用（如甘蔗收割）提供了技术范式。未来研究可探索1-1.5 GHz频段雷达的性价比优化，进一步推动精准农业发展。