CN107711798B - 无人机植保智能矢量喷洒系统及方法 - Google Patents
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Abstract
无人机植保智能矢量喷洒系统，包括设置在无人机上的CPU，智能矢量喷洒系统包括总流量调节装置、雾滴大小调节装置、飞行速度控制装置，总流量调节装置为输送泵。无人机植保智能矢量喷洒方法，A：在植保或植保试验时在所对应的温度、湿度条件下，确定喷洒高度后，通过测定植保作业时喷出的初始雾滴大小和到达雾滴大小，确定出在该温度、湿度、喷洒高度条件下挥发量最小时所对应的最佳初始雾滴大小，形成映射关系数据库；B：根据作业条件下的温度、湿度、喷洒高度，在步骤A中形成的映射关系数据库中找到所对应的最佳初始雾滴大小。本系统是目前较高程度的矢量化精准植保技术。
Description
技术领域
本发明涉及无人机植保领域，特别涉及无人机植保智能矢量喷洒系统及方法，属于农业植保技术领域。
背景技术
在农业植保中农用无人机效率是人工的50倍以上，其达到相同的效果的施药量是传统的植保作业用量的80%以下，由于采用喷雾式喷洒，用水量减少90以上，采用无人机植保能够大大提高农业生产作业效率，降低农药用量，减少进入土壤和大气中的农药污染，保证食品安全，无人机植保在近几年得到了长足的发展。虽然无人机植保相对于传统植保方式具有很大的进步，但就其自身发展来讲，还处于较为粗放的早期发展阶段，主要表现在：一、目前的无人机植保局限于采用无人机和喷洒系统的机械结合，使用中主要体现的是无人机的快速，在喷洒中采用的是固定药液浓度以及根据作业对象的受药要求确定下来的固定飞行速度，而且流量管理粗放、这种方法在飞机起飞和降落时速度较低的情况下会造成过量的施药，造成环境污染和过渡施药，影响食品安全；二是目前的喷洒系统中无法改变雾滴大小，在无人机植保作业中，由于从上向下喷洒，在药液喷向作物表面的过程中会有一部分挥发掉，经过实践证明，农药的挥发量与作业时的温度、湿度、喷洒高度、雾滴大小有关，其具体关系目前无法采用数学式表征，在作业时的喷洒条件下采用多大的雾滴直径能够最大限度的降低挥发量、从而得到最高的植保效率在目前的无人机植保中没有考虑，不能保证在喷洒过程中最少的挥发量，这既造成了农药的挥发浪费，还污染了环境，这些均不能满足无人机植保中所提出的精准农业的要，申请人在申请号：201410405630.7、名称：单旋翼农用无人机植保喷洒系统调整方法中公开了一种喷洒高度与温度、湿度的相协调的调整方案，该方法能够提高作业效率，最大限度的降低了药液的挥发，在目前的无人机植保作业中处于较为领先的地位，该技术方案是通过调整喷洒高度、温度、湿度之间的关系来实现的，没有考虑到雾滴大小对药液挥发量的影响；三是在植保过程药桶中药液是事先配制好的，其浓度是一定的，这种事先配制一定浓度的喷洒用药由于在喷洒过程中不同区域内作物的种类、受灾情况不同，在作业过程中需要喷洒不同浓度的药物，这就需要更换不用浓度药液的药桶，这种事先配制的药液不能满足在植保作业中实时的调整药液浓度；还有在植保作业时往往作业完成后有剩下的配制好的药液的情况，这种药液由于不能携带或者不能用于下一次作业往往需要就地处理掉，这势必造成药液的浪费和环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于克服目前的无人机植保中存在的上述问题，提供一种无人机植保智能矢量喷洒系统及方法。
为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案： 无人机植保智能矢量喷洒系统，包括设置在无人机上的CPU，该CPU为独立的CPU或者为无人机自身的中央处理器，与CPU连接有存储系统，所述的智能矢量喷洒系统包括总流量调节装置、雾滴大小调整装置、飞行速度控制装置，所述的总流量调节装置为输送泵；所述的雾滴大小调整装置配合设置在雾化喷头上，雾化喷头为离心喷头或压力喷头，离心喷头的雾滴大小调整装置为其转速调节装置，压力喷头的雾滴大小调整装置为其压力调节装置，飞行速度控制装置采用无人机自身的控制装置；
进一步的；所述的智能矢量喷洒系统还包括药液浓度调节装置，所述的药液浓度调节装置包括原液箱和水箱，在原液箱和水箱上均设置有出液管路，出液管路上分别连接有自动阀门，自动阀门后的管路上连接有计量装置，计量装置后连接有混合箱，混合箱后连接有输送泵，喷头连接在输送泵的出口管路上，所述的计量装置为流量计或者计量泵，所述的混合箱包括混合箱一和混合箱二，混合箱一位于混合箱二之上，混合箱二后连接输送泵，混合箱一前连接计量装置，混合箱一和混合箱二之间设置有管路连通，管路上设置有自动阀门，上述的计量装置及各自动阀门均连接到CPU控制；
进一步的；所述的混合箱一位于原液箱和水箱的下方；
进一步的；与CPU连接有远程控制接收装置，与远程控制接收装置配合设置有地面遥控装置。
无人机植保智能矢量喷洒方法，采用上述的无人机植保智能矢量喷洒系统，包括以下步骤：
A：在植保或植保试验时在所对应的温度、湿度条件下，确定喷洒高度和有效喷幅后，在每亩喷洒用原液总量不变的情况下，原液指浓度为100%的农药，原液总量=喷洒用药总量×药液浓度，通过测定植保作业时喷出的初始雾滴大小，再测定实际喷洒到作物表面的到达雾滴大小，确定出在该温度、湿度、喷洒高度条件下挥发量最小时所对应的最佳初始雾滴大小；通过上述方法测定出一系列在不同温度、湿度、喷洒高度条件下植保作业挥发量最小时所对应的最佳初始雾滴大小，形成不同温度、湿度、喷洒高度条件下植保作业所对应的最佳初始雾滴大小的映射关系数据库储存在无人机的存储系统中；
B：作业时根据作物要求事先配制好设定浓度的喷洒药液或者采用植保作业无人机上的药液浓度调节装置配制设定浓度的喷洒药液，根据作业条件下的温度、湿度、喷洒高度，在步骤A中形成的映射关系数据库中找到所对应的最佳的雾滴大小；通过雾滴大小调整装置调整到最佳雾滴大小；根据公式：M=11.112a/(vF)，其中M：每亩喷洒用药液总量，单位为：升/亩；F：有效喷幅，单位为米；V：飞行速度，单位为米/秒；a=总流量，单位为升/分钟，总流量为各喷头的流量之和；在作业时根据上述公式调整飞行速度V与总流量a的关系，使上述公式成立；
进一步的；步骤B中采用地面端的遥控装置向无人机上的远程接收装置发出作业时的温度和湿度，由无人机在存储系统中匹配雾滴大小后通过智能矢量喷洒系统执行。
本发明的积极有益技术效果在于：采用本发明的无人机植保智能矢量喷洒系统及方法，能够根据作业时温度、湿度、飞行高度自动的匹配到最佳的雾滴大小，通过无人机植保智能矢量喷洒系统执行调整，使无人机喷洒作业时最大限度的降低挥发，经使用本系统，其相同的作业条件和作业效果下，其挥发量较目前的无人机植保作业能够降低30%以上，还有本系统能够在作业过程中根据要求实时的调整所配制的药液的浓度，能够适应在喷洒过程中根据不同的作物、受灾情况有针对性的调节喷洒液的浓度，以达到最佳的植保效果，再则作业后即使有用不完的原液，也可以方便的回收用于下一次作业。本系统在植保过程中能够根据环境智能化的调整作业参数，是目前较高程度的矢量化精准植保技术。
附图说明
图1是本智能矢量喷洒系统的框图。
图2是本发明的药液浓度调节装置示意图。
实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。本发明中的初始雾滴大小指从喷头出来时的雾滴大小，到达雾滴大小指到达农作物表面是的雾滴大小。
结合附图对本发明进一步详细的解释，附图中各标记为：1：水箱；2：原液箱；3：自动阀门一；4：自动阀门二；5：计量装置；6：混合箱一；7：自动阀门三；8：混合箱二；9：输送泵；10：喷头。
如附图所示，无人机植保智能矢量喷洒系统，包括设置在无人机上的CPU，该CPU为独立的CPU或者为无人机自身的中央处理器，与CPU连接有存储系统，所述的智能矢量喷洒系统包括总流量调节装置、雾滴大小调整装置、飞行速度控制装置，所述的总流量调节装置为输送泵；所述的雾滴大小调整装置配合设置在雾化喷头上，雾化喷头为离心喷头或压力喷头，离心喷头的雾滴大小调整装置为其转速调节装置，压力喷头的雾滴大小调整装置为其压力调节装置，飞行速度控制装置采用无人机自身的控制装置，
所述的智能矢量喷洒系统还包括药液浓度调节装置，所述的药液浓度调节装置包括喷头10，所述的喷洒系统中包括原液箱2和水箱，原液箱用于盛放没有稀释过的农药原液，在原液箱2和水箱1上均设置有出液管路，出液管路上分别连接有自动阀门，如图所示，在水箱一的出液管路上连接自动阀门一，在原液箱的出液管路上连接自动阀门二，自动阀门后的管路上连接有计量装置5，所述的计量装置为流量计或者计量泵，计量装置5后连接有混合箱，混合箱后连接有输送泵，喷头连接在输送泵的出口管路上，所述的混合箱包括混合箱一和混合箱二，混合箱一位于混合箱二之上，混合箱二后连接输送泵，混合箱一前连接计量装置，混合箱一和混合箱二之间设置有管路连通，管路上设置有自动阀门，自动阀门三为混合箱一与混合箱二之间的管路上设置的自动阀门，所述的混合箱一位于原液箱和水箱的下方。本系统中，自动阀门均连接至控制装置，计量装置和输送泵也连接至控制装置，控制装置可以为单片机，也可以为无人机上现有的控制装置，本系统中中，采用自身的CPU或者专门另配的CPU作为控制装置，控制装置控制各自动阀门的开启并读取计量装置的数据，控制装置还读取输送泵的流量，喷头可以采用目前植保中所用的离心喷头、压力喷头等，喷头的控制在目前的植保机上具有现成的应用，关于控制装置控制阀门的自动开启、流量计及输送泵的数据读取到控制装置中，与CPU连接有远程控制接收装置，与远程控制接收装置配合设置有地面遥控装置，目前的无人机植保采用的就是地面遥控装置与远程接受装置的配合来接收指令的。
无人机植保智能矢量喷洒方法，采用上述的无人机植保智能矢量喷洒系统，包括以下步骤：
A：在植保或植保试验时在所对应的温度、湿度条件下，确定喷洒高度和有效喷幅后，在每亩喷洒用原液总量不变的情况下，原液指浓度为100%的农药，原液总量=喷洒用药总量×药液浓度，通过测定植保作业时喷出的初始雾滴大小，再测定实际喷洒到作物表面的到达雾滴大小，确定出在该温度、湿度、喷洒高度条件下挥发量最小时所对应的最佳初始雾滴大小；通过上述方法测定出一系列在不同温度、湿度、喷洒高度条件下植保作业挥发量最小时所对应的最佳初始雾滴大小，形成不同温度、湿度、喷洒高度条件下植保作业所对应的最佳初始雾滴大小的映射关系数据库储存在无人机的存储系统中；
B：作业时根据作物要求事先配制好设定浓度的喷洒药液或者采用植保作业无人机上的药液浓度调节装置配制设定浓度的喷洒药液，根据作业条件下的温度、湿度、喷洒高度，在步骤A中形成的映射关系数据库中找到所对应的最佳的雾滴大小；通过雾滴大小调整装置调整到最佳雾滴大小；根据公式：M=11.112a/(vF)，其中M：每亩喷洒用药液总量，单位为：升/亩；F：有效喷幅，单位为米；V：飞行速度，单位为米/秒；a=总流量，单位为升/分钟，总流量为各喷头的流量之和；在作业时根据上述公式调整飞行速度V与总流量a的关系，使上述公式成立；步骤B中采用地面端的遥控装置向无人机上的远程接收装置发出作业时的温度和湿度，由无人机在存储系统中匹配雾滴大小后通过智能矢量喷洒系统执行。植保喷洒作业时的初始雾滴直径一般大于80小于200微米，多数情况采用的喷洒高度在2米。
下表一是节选所测定的不同温度、湿度条件下测定的初始雾滴与到达雾滴之间的数值，通过实验室或者植保作业实际扩展下表中的测试数据可以形成不同温度、湿度、喷洒高度条件下植保作业所对应的最佳初始雾滴大小的映射关系数据。雾滴大小的单位为微米，雾滴大小的测定采用激光雾滴测试仪。
0014. 在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。
Claims (2)
1.无人机植保智能矢量喷洒方法，采用无人机植保智能矢量喷洒系统，其特征在于：所述的智能矢量喷洒系统包括设置在无人机上的CPU，该CPU为独立的CPU或者为无人机自身的中央处理器，与CPU连接有存储系统，其特征在于：所述的智能矢量喷洒系统包括总流量调节装置、雾滴大小调整装置、飞行速度控制装置，所述的总流量调节装置为输送泵；所述的雾滴大小调整装置配合设置在雾化喷头上，雾化喷头为离心喷头或压力喷头，离心喷头的雾滴大小调整装置为其转速调节装置，压力喷头的雾滴大小调整装置为其压力调节装置，飞行速度控制装置采用无人机自身的控制装置；所述的智能矢量喷洒系统还包括药液浓度调节装置，所述的药液浓度调节装置包括原液箱和水箱，在原液箱和水箱上均设置有出液管路，出液管路上分别连接有自动阀门，自动阀门后的管路上连接有计量装置，计量装置后连接有混合箱，混合箱后连接有输送泵，喷头连接在输送泵的出口管路上，所述的计量装置为流量计或者计量泵，所述的混合箱包括混合箱一和混合箱二，混合箱一位于混合箱二之上，混合箱二后连接输送泵，混合箱一前连接计量装置，混合箱一和混合箱二之间设置有管路连通，管路上设置有自动阀门，上述的计量装置及各自动阀门均连接到CPU控制；所述的混合箱一位于原液箱和水箱的下方；
包括以下步骤：
A：在植保或植保试验时在所对应的温度、湿度条件下，确定喷洒高度后，在每亩喷洒用原液总量不变的情况下，原液指浓度为100%的农药，原液总量=喷洒用药总量×药液浓度，通过测定植保作业时喷出的初始雾滴大小，再测定实际喷洒到作物表面的到达雾滴大小，确定出在该温度、湿度、喷洒高度条件下挥发量最小时所对应的最佳初始雾滴大小；通过上述方法测定出一系列在不同温度、湿度、喷洒高度条件下植保作业挥发量最小时所对应的最佳初始雾滴大小，形成不同温度、湿度、喷洒高度条件下植保作业所对应的最佳初始雾滴大小的映射关系数据库储存在无人机的存储系统中；
B：作业时根据作物要求事先配制好设定浓度的喷洒药液或者采用植保作业无人机上的药液浓度调节装置配制设定浓度的喷洒药液，根据作业条件下的温度、湿度、喷洒高度，在步骤A中形成的映射关系数据库中找到所对应的最佳的雾滴大小；通过雾滴大小调整装置调整到最佳雾滴大小；根据公式：M=11.112a/(vF)，其中M：每亩喷洒用药液总量，单位为：升/亩；F：有效喷幅，单位为米；V：飞行速度，单位为米/秒；a=总流量，单位为升/分钟，总流量为各喷头的流量之和；在作业时根据上述公式调整飞行速度V与总流量a的关系，使上述公式成立。
2.根据权利要求1所述的无人机植保智能矢量喷洒方法，其特征在于：步骤B中采用地面端的遥控装置向无人机上的远程接收装置发出作业时的温度和湿度，由无人机在存储系统中匹配雾滴大小后通过智能矢量喷洒系统执行。
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