平整的水田能节水30%~50%,农作物产量提高20%~30%,并减少田间杂草和肥料流失。为满足水田平整作业需要,减少激光平地技术对激光发射器的依赖,本文提出了基于水田特性的水田精细平整的平地铲高程测量方法,利用固定在平地铲上方的二维激光测距仪扫描水田水面,通过与姿态传感器融合校正二维激光测距仪倾斜角度后计算出二维激光测距仪与水田水面的垂直高程距离,为平地铲高程自动调节提供实时测量数据,实现水田精准平整。主要研究内容如下:1.水田耕整后泥水水面的激光反射特性。在分析了基于水田水面参考基准的高程测量原理后,通过对水田不同沉淀时间的泥水进行了水面激光反射特性试验研究,将二维激光测距仪固定在泥水上方连续测量,分析URG软件采集的数据表明:水田耕整后的前10.5个小时二维激光测距仪扫描测量距离由352.7mm增至385.7mm,平均增加3.1mm/h;第10.5小时到24小时二维激光测距仪测量距离基本稳定,平均增加0.8mm/h;而长时间沉淀的清水水面无法准确识别。因此,说明基于水田水面基准的平地铲作业高程测量方法,进行平地作业的最佳时间是旋耕整田后10.5~24小时,如果10.5小时内进行平整应尽量缩短作业时间,否则水面基准将产生较大误差。2.水田水面基准垂直扫描识别算法。提出了水田水面基准垂直扫描识别算法,二维激光测距仪垂直扫描水面获取距离数据,利用众数原理对距离数据进行聚类分析,对聚类后的集合与前一时刻经验距离值进行加权融合获得二维激光测距仪与水面的距离。实室内以平整地面模拟水面,纸盒模拟水面突起物进行试验,结果表明,从1300mm到1800mm不同高度垂直扫描纯平面测量的最大误差不大于7mm,垂直扫描模拟固定突起平面最大误差不大于11mm,基准平面上的突起物所占比例影响识别算法精度,一定占比的基准平面才能保证识别算法精度,基准平面占比不少于21.38%时,测量最大误差不超过15mm。3.空间姿态校正的水面基准识别算法。为减少平地作业中平地铲出现横滚角和俯仰角的影响,提出了利用空间姿态校正的水面基准识别算法,通过姿态传感器所测倾斜角度对二维激光测距仪测的距离进行校正,再通过聚类和加权融合获得到水田水面的距离。7组不同倾斜角度的试验结果表明,二维激光扫描仪在横滚角或俯仰角在±15o范围内变化时测量绝对误差不超过5mm。4.田间试验与分析。在1PJ-3.0型水田激光平地机上对基于水田水面基准平地铲高程测量技术进行了田间试验,田间静态测量水面的均方根误差不超过6.56mm,最大绝对误差小于等于10mm。采用激光接收器作为参照标准的水田动态试验结果表明,基于水田水面基准的平地铲高程测量值相对激光接收器输出的高程值误差具有更高分辨率和测量精度,实测的高程值基本都分布在激光接收器测量误差范围内,满足水田平地机对平地铲高程测量技术的要求。