CN106719546A - 航空农药喷洒监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空农药喷洒监控系统及方法，包括机载设备，所述机载设备固定安装在农用航空器上，其中，所述农用航空器上设有喷洒机构，所述喷洒机构包括依次相连的药液箱、液泵、喷洒管和电子喷头，所述机载设备上设有喷洒执行模块驱动液泵和电子喷头，所述机载设备通过数据接口模块或无线通信模块与人机交互设备相连。本发明提供的航空农药喷洒监控系统及方法，将机载设备安装于农用航空器上，机载设备中的喷洒执行模块与喷洒机构的液泵和电子喷头的控制线路交联，从而能方便地对液泵、电子喷头实施控制，提供实时远程监视和智能控制功能，为农药喷洒精准管理提供了有效的手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种远程监控系统及方法，尤其涉及一种航空农药喷洒监控系统及方法。
背景技术
现有农药喷洒航空器需要机上人员对喷洒机构进行操控，不具备喷洒状态记录等功能，因此无法针对每次喷洒进行评估改进。为了对农用航空器喷洒机构进行实时监控和数据存储，为农药喷洒精准管理提供有效的手段，有必要提供一种航空农药喷洒监控系统及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种航空农药喷洒监控系统及方法，能方便地对航空器上的液泵和电子喷头实施控制，提供实时远程监视和智能控制功能，为农药喷洒精准管理提供有效的手段。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种航空农药喷洒监控系统，包括机载设备，所述机载设备固定安装在农用航空器上，其中，所述农用航空器上设有喷洒机构，所述喷洒机构包括依次相连的药液箱、液泵、喷洒管和电子喷头，所述机载设备上设有喷洒执行模块驱动液泵和电子喷头，所述机载设备通过数据接口模块或无线通信模块与人机交互设备相连。
上述的航空农药喷洒监控系统，其中，所述机载设备还包括：机载控制模块：用于数据处理和分发；存储模块：用于存储各类运行参数和数据；位置监视模块：采用GNSS模块测量经纬度、飞行速度和飞行高度；惯性传感模块：用于测量飞行姿态；施药监视模块：包括安装在药液箱中的液位传感器和安装在喷洒管上的流量传感器，用于接收航空器上的药液箱液位数据和喷洒流量流速数据；所述机载控制模块通过数据总线和存储模块、数据接口模块相连，所述机载控制模块的输入端和位置监视模块、惯性传感模块、液位传感器和流量传感器相连，所述机载控制模块的输出端和喷洒执行模块相连，所述机载控制模块的网络端和无线通信模块相连。
上述的航空农药喷洒监控系统，其中，所述位置监视模块采用GNSS模块和气压高度计组合或者采用RTK差分GNSS模块；所述液位传感器为投入液位变送器，所述投入液位变送器安装在药液箱内部底部；所述流量传感器为超声波流量传感器，所述超声波流量传感器安装在喷洒管外壁。
上述的航空农药喷洒监控系统，其中，所述人机交互设备由交互控制模块、存储模块、数据接口模块、无线通信模块、输入模块和显示模块组成，所述交互控制模块通过数据总线和存储模块、数据接口模块相连，所述交互控制模块的输入端和输入模块相连，所述交互控制模块的输出端和显示模块相连，所述交互控制模块的网络端和无线通信模块相连。
本发明为解决上述技术问题还提供一种航空农药喷洒监控方法，包括如下步骤：S1：所述人机交互设备发送配对请求指令给机载设备；S2：所述机载设备接收到人机交互设备的配对请求后，根据配对请求的内容，确定该人机交互设备为主控设备或监视设备，配对成功后保持通信连接；S3：所述主控设备配对成功后，采用人工遥控或者预先配置的方式设置运行参数发送给机载设备，所述运行参数包括喷洒流量和雾滴大小；S4：所述主控设备发送开关指令给机载设备，所述机载设备按照设置好的运行参数控制喷洒执行模块，进而控制喷洒机构开启喷洒或关闭喷洒。
上述的航空农药喷洒监控方法，其中，所述机载设备上设置有施药监视模块，所述施药监视模块包括安装在药液箱中的液位传感器和安装在喷洒管上的流量传感器，所述施药监视模块在运行过程中实时监视药液箱液位以及喷洒流量流速，当药液箱液位低于设定值时，发送告警广播给人机交互设备。
上述的航空农药喷洒监控方法，其中，所述人机交互设备的数目为一个或多个，所述一个或多个人机交互设备与机载设备配对，其中一个人机交互设备作为主控设备，剩余人机交互设备作为监视设备，所述机载设备实时监视人机交互设备的通信状态，并实时将通信状态信息广播给所有人机交互设备。
上述的航空农药喷洒监控方法，其中，所述多个人机交互设备在配对以前设置自身的优先级，当与机载设备配对过程中，所述机载设备检测优先级级别是否与已配对的监控设备级别冲突；若不冲突，所述机载设备按人机交互设备发送的优先级级别设置；若冲突，所述机载设备发送提示告知监视设备优先级冲突，并提示修改优先级、或断开配对连接、或按照已配对的最低优先级进行自动配对连接。
上述的航空农药喷洒监控方法，其中，配对成功后，所述多个人机交互设备的优先级由主控设备进行修改，所述主控设备可直接更改自身优先级，并可通过发送优先级设置指令给机载设备，由机载设备接收指令并设置相应监视设备的优先级等级。
上述的航空农药喷洒监控方法，其中，所述主控设备通过如下方式将权限主动转移给指定监视设备：所述主控设备发送权限转移指令给机载设备，所述机载设备根据指令，检测指定的监视设备是否与机载设备保持通信状态；若通信正常，则发送反馈提示给主控设备请求再次确认是否转移权限，所述主控设备确认后，机载设备发送提示给指定监视设备告知其获得权限，同时立即生效为主控设备；新主控设备生效后，机载设备发送提示给原主控设备告知其已变更为监视设备；若指定监视设备与机载设备失联，机载设备发送反馈提示给主控设备。
上述的航空农药喷洒监控方法，其中，所述主控设备通过如下方式将权限主动转移给高优先级的监视设备：所述主控设备发送权限转移指令但是没有指定权限转移设备时，所述机载设备根据监视设备的优先级，依次检测通信状态；若检测到通信正常的监视设备，则发送反馈提示给主控设备请求再次确认是否转移权限，主控设备确认后，机载设备发送提示给监视设备告知其获得权限，同时立即生效为主控设备；新主控设备生效后，机载设备发送提示给原主控设备告知其已变更为监视设备；若没有检测到通信正常的监视设备，机载设备发送反馈提示给主控设备。
上述的航空农药喷洒监控方法，其中，当主控设备与机载设备通信异常且连续时间超过设定时间时，所述机载设备将权限自动转移给优先级最高且通信正常的监视设备，同时发送提示，通知其已变更为主控设备、以及原主控设备失联。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的航空农药喷洒监控系统及方法，将机载设备安装于农用航空器上，机载设备中的喷洒执行模块与喷洒机构的液泵和电子喷头的控制线路交联，从而能方便地对液泵、电子喷头实施控制，提供实时远程监视和智能控制功能，为农药喷洒精准管理提供了有效的手段。此外，本发明机载设备中的施药监视模块与喷洒机构的药液箱和喷洒管交联，施药监视模块包括液位传感器和流量传感器，分别安装在喷洒机构的药液箱和喷洒管上，能实时监视药液箱液体液位和喷洒流量、流速。
附图说明
图1为本发明航空农药喷洒监控系统架构示意图；
图2为本发明航空农药喷洒监控系统中设备结构示意图；
图3为本发明采用RTK GNSS作为位置监视模块的系统设备结构示意图；
图4为本发明航空农药喷洒监控系统人工遥控流程示意图；
图5为本发明航空农药喷洒监控系统自动控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明航空农药喷洒监控系统架构示意图。
请参见图1，本发明提供的航空农药喷洒监控系统，由1台主控设备、任意台监视设备、1台机载设备组成。主控设备对机载设备进行监控；监视设备对机载设备进行监视。其中，机载设备与农药喷洒航空器的喷洒机构交联。所述喷洒机构包括依次相连的药液箱、液泵、喷洒管和电子喷头，农药液体从药液箱流出，依此流经液泵->喷洒管->电子喷头，从而喷洒出去。人机交互设备与机载设备可以通过数据接口(比如USB接口)或无线通信模块(比如无线数传电台，2G/3G/4G公网移动通信等)进行连接。
请参见图2和图3，本发明的机载设备由机载控制模块、存储模块、数据接口模块、无线通信模块、位置监视模块、惯性传感模块、喷洒执行模块、施药监视模块组成。机载设备固定安装在农药喷洒航空器上。机载控制模块用于数据处理和分发，无线通信模块实现用于数据接收和发送，存储模块用于存储各类运行参数和数据，数据接口模块是和外部设备连接的接口，位置监视模块用于测量经纬度、飞行速度和飞行高度。位置监视模块可以是GNSS(Global Navigation Satellite System)模块，精度较低；或GNSS模块和气压高度计组合，气压高度计可以提高高度测量精度；或RTK(Real Time Kinematic)差分GNSS模块，提高综合测量精度。惯性传感器用于测量飞行姿态；喷洒执行模块用于控制航空器上的液泵和电子碰头；施药监视模块用于接收航空器上的药液箱液位数据和喷洒流量流速数据。
本发明机载设备的喷洒执行模块与农用航空器的液泵、电子喷头交联，并能对液泵(控制流量大小)、电子喷头(控制雾滴大小)实施控制；施药监视模块包括安装在药液箱的液位传感器(比如投入液位变送器，安装在药液箱内部底部)和安装在喷洒管上的流量传感器(比如超声波流量传感器，安装在喷洒管外壁即可，无需改动喷洒管结构)，能实时监视药液箱液位和液体流量、流速。
请继续参见图2和图3，本发明的人机交互设备由交互控制模块、存储模块、数据接口模块、无线通信模块、输入模块和显示模块组成。交互控制模块数据处理和分发，无线通信模块实现用于数据接收和发送，数据接口模块是和外部设备连接的接口，存储模块用于存储各类运行参数和数据、显示模块用于显示各类运行参数和数据，输入模块用于输入操作。
人机交互设备是地面控制设备，由人来操控。人机交互设备和机载设备配对完成后，可以设置为主控设备或监视设备。人机交互设备还具备图表绘制和数据统计的计算功能，比如实际喷洒线路绘制，喷洒流量曲线、喷洒密度、喷洒总量等。
本发明提供的航空农药喷洒监控方法具有人工遥控方法和自动控制方法两种监控方法。请参见图4，人工遥控方法过程如下：
S1、人机交互设备发送配对请求指令给机载设备。
S2、机载设备接收到人机交互设备的配对请求，根据配对请求的内容，确定该人机交互设备为主控设备或监视设备，配对成功后保持通信连接。
S3、主控设备配对成功后，主控设备可以随时设置遥控运行参数，包括喷洒流量和雾滴大小，并发送给机载设备。如不设置，则按照缺省参数。
S4、主控设备发送开关指令给机载设备，机载设备按照设置好的运行参数控制喷洒执行模块，进而控制喷洒机构开启喷洒或关闭喷洒。若自动控制运行参数已设置好，人工遥控可随时切换至自动控制状态。
S5、机载设备的施药监视模块在运行过程中实时监视药液箱液位以及喷洒流量流速，当药液箱液位低于设定值时，发送告警广播给人机交互设备。
请参见图5，自动控制方法过程如下：
S1、人机交互设备发送配对请求指令给机载设备。
S2、机载设备接收到人机交互设备的配对请求，根据配对请求的内容，确定该人机交互设备为主控设备或监视设备，配对成功后保持通信连接。
S3：主控设备配对成功后，主控设备可以预先设置多组自动控制运行参数，每组自动控制运行参数包括控制参数和条件参数。控制参数包括喷洒流量和雾滴大小；条件参数包括飞行时间、经度、纬度、高度、飞行速度、飞行姿态，这些参数可以是某个确定值、某个范围的值或者设置为无效。
S4：当机载设备在有效的条件参数的范围内运行时，按照相应的控制参数控制喷洒执行模块，进而控制喷洒机构开启喷洒或关闭喷洒。自动控制状态可随时切换至人工遥控状态。
S5、机载设备的施药监视模块在运行过程中实时监视药液箱液位以及喷洒流量流速，当药液箱液位低于设定值时，发送告警广播给人机交互设备。
本发明的人机交互设备和机载设备的配对处理如下：
1、多个人机交互设备可以同时与机载设备配对，其中主控设备只能一个。机载设备实时监视人机交互设备的通信状态，并实时将通信状态信息广播给所有人机交互设备。
2、人机交互设备的优先级设置。
2.1人机交互系统配对成功后，可作为主控设备或监视设备。
2.2优先级有效性。人机交互设备的优先级仅当其作为监视设备时有效。
2.3在配对以前，人机交互设备可设置自身的优先级，当与机载设备配对过程中，机载设备检测优先级级别是否与已配对的监控设备级别冲突。若不冲突，机载设备按人机交互设备发送的优先级级别设置；若冲突，机载设备发送提示告知监视设备优先级冲突，并提示修改优先级、或断开配对连接、或按照已配对的最低优先级进行自动配对连接。
2.4配对成功后，监视设备不能设置优先级，须由主控设备设置。主控设备可以更改自身优先级，或发送优先级设置指令给机载设备，由机载设备接收指令并设置相应监视设备的优先级等级。
3、主控设备配对冲突。当机载设备已经配对好主控设备，又接收到另一台人机交互设备发送配对请求要求其作为主控设备时，机载设备发送冲突提示信息给人机交互设备，并提示其只能作为监视设备。
4、主控设备权限主动转移。
4.1转移给指定监视设备。主控设备发送权限转移指令给机载设备，机载设备根据指令，检测指定的监视设备是否与机载设备保持通信状态。若通信正常，则发送反馈提示给主控设备请求再次确认是否转移权限，主控设备确认后，机载设备发送提示给指定监视设备告知其获得权限，同时立即生效为主控设备。新主控设备生效后，机载设备发送提示给原主控设备告知其已变更为监视设备；若指定监视设备与机载设备失联，机载设备发送[无法转移]的反馈提示给主控设备。
4.2转移给高优先级的监视设备。主控设备没有指定权限转移设备时，机载设备根据监视设备的优先级，依次检测通信状态。若检测到通信正常的监视设备，则发送反馈提示(提示内容包括监视设备编号和优先级，以及优先级更高但通信异常的监视设备编号和优先级)给主控设备请求再次确认是否转移权限，主控设备确认后，机载设备发送提示给监视设备告知其获得权限，同时立即生效为主控设备。新主控设备生效后，机载设备发送提示给原主控设备告知其已变更为监视设备；若没有检测到通信正常的监视设备，机载设备发送[没有可以转移的监视设备]的反馈提示给主控设备。
5、主控设备权限被动转移。当主控设备与机载设备通信异常且连续时间超过设定时间时，机载设备将权限自动转移给优先级最高且通信正常的监视设备，同时发送提示，通知其已变更为主控设备、以及原主控设备失联。
综上所述，本发明提供的航空农药喷洒监控系统及方法，提供了实时远程监视和智能控制功能，为农药喷洒精准管理提供了有效的手段。具体优点如下：1、对农用航空器喷洒机构进行控制，包括喷洒流量和雾滴大小；2、对农用航空器的喷洒状态(包括喷洒流量、药液箱液位、时间、经纬度、高度、飞行姿态、飞行速度、运行参数)进行实时监视和数据存储，喷洒结束后进行喷洒量计算；3、依据农用航空器的时间、经纬度、高度、姿态、速度等条件参数，实施喷洒流量、雾滴大小控制，实现自动喷洒。也可以通过人机交互设备进行遥控；4、机载设备与喷洒机构的液泵和电子喷头、药液箱和喷洒管交联，实现流量控制、雾滴大小控制、药液箱液位监视和喷洒流量流速监视；5、可以通过多个人机交互设备对同一个机载设备进行监视，其中有一个人机交互设备作为主控设备可以对喷洒实施控制；6、人机交互设备可以对机载设备进行参数和功能设置；人机交互设备与机载设备可以通过数据接口或无线通信模块进行连接。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (12)
1.一种航空农药喷洒监控系统，包括机载设备，所述机载设备固定安装在农用航空器上，其特征在于，所述农用航空器上设有喷洒机构，所述喷洒机构包括依次相连的药液箱、液泵、喷洒管和电子喷头，所述机载设备上设有喷洒执行模块驱动液泵和电子喷头，所述机载设备通过数据接口模块或无线通信模块与人机交互设备相连。
2.如权利要求1所述的航空农药喷洒监控系统，其特征在于，所述机载设备还包括：
机载控制模块：用于数据处理和分发；
存储模块：用于存储各类运行参数和数据；
位置监视模块：采用GNSS模块测量经纬度、飞行速度和飞行高度；
惯性传感模块：用于测量飞行姿态；
施药监视模块：包括安装在药液箱中的液位传感器和安装在喷洒管上的流量传感器，用于接收航空器上的药液箱液位数据和喷洒流量流速数据；
所述机载控制模块通过数据总线和存储模块、数据接口模块相连，所述机载控制模块的输入端和位置监视模块、惯性传感模块、液位传感器和流量传感器相连，所述机载控制模块的输出端和喷洒执行模块相连，所述机载控制模块的网络端和无线通信模块相连。
3.如权利要求2所述的航空农药喷洒监控系统，其特征在于，所述位置监视模块采用GNSS模块和气压高度计组合或者采用RTK差分GNSS模块；所述液位传感器为投入液位变送器，所述投入液位变送器安装在药液箱内部底部；所述流量传感器为超声波流量传感器，所述超声波流量传感器安装在喷洒管外壁。
4.如权利要求1所述的航空农药喷洒监控系统，其特征在于，所述人机交互设备由交互控制模块、存储模块、数据接口模块、无线通信模块、输入模块和显示模块组成，所述交互控制模块通过数据总线和存储模块、数据接口模块相连，所述交互控制模块的输入端和输入模块相连，所述交互控制模块的输出端和显示模块相连，所述交互控制模块的网络端和无线通信模块相连。
5.一种航空农药喷洒监控方法，采用如权利要求1所述的航空农药喷洒监控系统，其特征在于，所述监控方法包括如下步骤：
S1：所述人机交互设备发送配对请求指令给机载设备；
S2：所述机载设备接收到人机交互设备的配对请求后，根据配对请求的内容，确定该人机交互设备为主控设备或监视设备，配对成功后保持通信连接；
S3：所述主控设备配对成功后，将运行参数发送给机载设备，所述运行参数包括喷洒流量和雾滴大小；
S4：所述主控设备发送开关指令给机载设备，所述机载设备按照设置好的运行参数控制喷洒执行模块，进而控制喷洒机构开启喷洒或关闭喷洒。
6.如权利要求5所述的航空农药喷洒监控方法，其特征在于，所述机载设备上设置有施药监视模块，所述施药监视模块包括安装在药液箱中的液位传感器和安装在喷洒管上的流量传感器，所述施药监视模块在运行过程中实时监视药液箱液位以及喷洒流量流速，当药液箱液位低于设定值时，发送告警广播给人机交互设备。
7.如权利要求5所述的航空农药喷洒监控方法，其特征在于，所述人机交互设备的数目为一个或多个，所述一个或多个人机交互设备与机载设备配对，其中一个人机交互设备作为主控设备，剩余人机交互设备作为监视设备，所述机载设备实时监视人机交互设备的通信状态，并实时将通信状态信息广播给所有人机交互设备。
8.如权利要求5所述的航空农药喷洒监控方法，其特征在于，所述多个人机交互设备在配对以前设置自身的优先级，当与机载设备配对过程中，所述机载设备检测优先级级别是否与已配对的监控设备级别冲突；若不冲突，所述机载设备按人机交互设备发送的优先级级别设置；若冲突，所述机载设备发送提示告知监视设备优先级冲突，并提示修改优先级、或断开配对连接、或按照已配对的最低优先级进行自动配对连接。
9.如权利要求8所述的航空农药喷洒监控方法，其特征在于，配对成功后，所述多个人机交互设备的优先级由主控设备进行修改，所述主控设备可直接更改自身优先级，并可通过发送优先级设置指令给机载设备，由机载设备接收指令并设置相应监视设备的优先级等级。
10.如权利要求5所述的航空农药喷洒监控方法，其特征在于，所述主控设备通过如下方式将权限主动转移给指定监视设备：所述主控设备发送权限转移指令给机载设备，所述机载设备根据指令，检测指定的监视设备是否与机载设备保持通信状态；若通信正常，则发送反馈提示给主控设备请求再次确认是否转移权限，所述主控设备确认后，机载设备发送提示给指定监视设备告知其获得权限，同时立即生效为主控设备；新主控设备生效后，机载设备发送提示给原主控设备告知其已变更为监视设备；若指定监视设备与机载设备失联，机载设备发送反馈提示给主控设备。
11.如权利要求5或9所述的航空农药喷洒监控方法，其特征在于，所述主控设备通过如下方式将权限主动转移给高优先级的监视设备：所述主控设备发送权限转移指令但是没有指定权限转移设备时，所述机载设备根据监视设备的优先级，依次检测通信状态；若检测到通信正常的监视设备，则发送反馈提示给主控设备请求再次确认是否转移权限，主控设备确认后，机载设备发送提示给监视设备告知其获得权限，同时立即生效为主控设备；新主控设备生效后，机载设备发送提示给原主控设备告知其已变更为监视设备；若没有检测到通信正常的监视设备，机载设备发送反馈提示给主控设备。
12.如权利要求5所述的航空农药喷洒监控方法，其特征在于，当主控设备与机载设备通信异常且连续时间超过设定时间时，所述机载设备将权限自动转移给优先级最高且通信正常的监视设备，同时发送提示，通知其已变更为主控设备、以及原主控设备失联。
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