CN107727542A - 一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置及检测方法，其包括检测支架，雾滴检测系统和环境封闭装置都设置在检测支架上，雾滴检测系统和环境封闭装置都与地面端进行信息交互；检测支架包括由横向支撑架和纵向支撑架构成的结构支撑架，横向支撑架为矩形结构，在横向支撑架的四个顶角处设置有纵向支撑架；位于横向支撑架中部设置有中部检测导轨，中部检测导轨位于采样区域的正上方，在中部检测导轨上设置有若干个牵引滑块，位于每个牵引滑块下部都设置有用于连接雾滴检测系统的连接卡位；牵引滑块上设置有动力源和远程控制单元，远程控制单元与地面端进行信息交互，远程控制单元控制动力源工作。本发明结构简单，处理过程简单快速，成本低。

Description

一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种精准农业航空技术领域，特别是关于一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置及检测方法。

背景技术

近些年来，以无人机为主要载体的精准农业航空施药技术逐步发展起来，大大提升了农业作业的效率，但由于其发展时间较短，相关技术还不是很成熟，尤其对于无人机喷雾效果的研究还不是很完善，还需要进行大量的试验测定工作。

目前比较常用的无人机雾滴检测分析方法有定性分析和定量分析两种，定性分析多采用水敏纸、铜版纸等纸质材料作为雾滴测试卡承接雾滴，然后对雾滴在采集卡上的图像进行分析，从而得到喷施雾滴的相关物性参数；定量分析是将已知浓度的染色剂或荧光示踪剂混入到药液中进行喷施，然后对喷施后的采集卡或者叶片进行洗脱，通过测定洗脱液的光度值来推算药液的沉积量。采用定性分析的检测方法具有分析速度快的特点，但成本较高，且时效性较强；定量分析的方法较为廉价，但分析过程较为复杂，比较耗费时间，且人为误差较大。为克服上述缺点，设计一种高效、精准的适用于无人机喷施雾滴的低成本快速检测装置具有重要的应用价值。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置及检测方法，其成本较低，结构简单，为研究人员提供了一种更为可靠精准的测试手段，以期推动农用航空植保技术和产业的快速健康发展。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：该装置包括检测支架、雾滴检测系统、环境封闭装置以及地面端；所述雾滴检测系统和环境封闭装置都设置在所述检测支架上，所述雾滴检测系统和环境封闭装置都与所述地面端进行信息交互；所述检测支架包括结构支撑架、中部检测导轨以及牵引滑块；所述结构支撑架包括横向支撑架和纵向支撑架；所述横向支撑架为矩形结构，至少在横向支撑架的四个顶角处都设置有所述纵向支撑架；位于所述横向支撑架中部设置有所述中部检测导轨，所述中部检测导轨位于采样区域的正上方，在所述中部检测导轨上设置有若干个所述牵引滑块，位于每个所述牵引滑块下部都设置有用于连接所述雾滴检测系统的连接卡位；所述牵引滑块上设置有动力源和远程控制单元，所述远程控制单元与所述地面端进行信息交互，所述远程控制单元控制所述动力源工作。

进一步，所述雾滴检测系统包括机械手臂、紫光灯、全方位云台以及视觉传感器；所述机械手臂通过所述连接卡位安装在一所述牵引滑块下方，所述机械手臂的方向和长度为可转动伸缩调节；紫光灯通过所述连接卡位安装在另一所述牵引滑块下方，对检测装置封闭区域内作物起照明作用；所述全方位云台安装在所述机械手臂下部，所述视觉传感器安装在所述全方位云台上，拍摄的图像能实时回传所述地面端。

进一步，所述环境封闭装置包括遮光布和遮光布收放装置；所述遮光布收放装置通过组装卡位分别固定在所述结构支撑架两端，每一所述遮光布收放装置内都设置有所述遮光布，由所述遮光布收放装置容置所述遮光布。

进一步，所述遮光布采用两层不透光材料制成。

进一步，所述遮光布包括前部伸缩式遮光布和后部卷帘式遮光布；所述前部伸缩式遮光布的两层布料内部纵向间隔穿插有半包围结构“门”字形的金属丝；所述前部伸缩式遮光布后端与所述遮光收放装置连接，所述前部伸缩式遮光布前端设置有若干牵引拉环和锁紧扣；所述后部卷帘式遮光布顶部与所述遮光收放装置连接，所述后部卷帘式遮光布周边设置有连接挂钩。

进一步，所述遮光布收放装置呈“门”字形，包括前部收放装置和后部收放装置，内部空间分别用于存放回收所述前部伸缩式遮光布和后部卷帘式遮光布；所述前部收放装置上方开设有与所述前部收放装置连接的收取门，所述收取门上设置有提拉把手；所述后部收放装置上设置有旋转式把手。

进一步，所述地面端包括数据处理模块、控制模块以及无线通信模块，用于远程发布指令控制检测装置各个部位运作，同时对接收到的图像进行实时数据处理分析。

进一步，所述装置还包括植株叶片测试安放平台；所述叶片测试安放平台设置在所述结构支撑架下部，位于所述中部检测导轨下部；所述叶片测试安放平台表面设置有若干叶片夹持固定装置。

进一步，所述装置为手持式雾滴检测装置，还包括简易叶片测试安放平台，所述简易叶片测试安放平台位于所述手持式雾滴检测装置的中下部，采用水平推拉门结构。

一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测方法，其特征在于包括以下步骤：a、预先对试验地块进行探查，测量植株长势，规划无人机航线，确定要检测的植株范围及样品特征，选取目标测试地点；b、试验前，根据事先探查的结果，规划设计检测装置各部位尺寸大小，使其相互匹配合适，并备齐相应材料；c、对无人机进行飞行前调试，调试工作完成后，开始向药箱装中添加药液，药液中混入荧光粉；d、无人机开始按照试验规划起飞作业，对目标测试地点进行喷施；e、喷施结束后，在选定的目标采样区域开始精确组装搭建检测装置；f、组装完成后，检测装置整体的牢固性，并对各检测装置各工作部件行远程控制测试；g、开始准备进行检测工作，人工将两侧的前部伸缩式遮光布牵引至检测装置中部，利用锁紧扣相互锁紧贴合；同时将两侧的后部卷帘式遮光布从后部收放装置中取出展开，通过连接挂钩固定在检测支架的两侧，此时检测装置的内部封闭环境形成；h、远程控制打开安放在安装在牵引滑块下方的紫光灯，将检测装置封闭区域照亮，此时附着在封闭区域内部植株叶片上的荧光物质开始显色；i、远程控制牵引滑块在中部检测导轨上移动，并调节机械手臂及全方位云台，调整视觉传感器位置，开始对下方区域内整体作物及不同位置植株各个特征叶片表面的荧光图像进行采集；j、将采集到的图像通过无线传输模块传回到地面端，地面端实时对图像进行分析处理，得到此封闭区域内雾滴的分布规律及沉积分布均匀性信息，进而得知了无人机在此区域的喷施效果。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明整体结构简单，操作方便灵活，便于安装、转移搬运和拆卸，装置收起后占用空间小。2、本发明省去进地布置采样点的过程，提高了试验人员的工作效率，并显著节省了人力，同时减少了对农作物的损伤。3、本发明的样本采集量大大增加且没有时效限制，同时直接以叶片作为样本进行分析能够进一步提高试验的准确性。4、本发明对样本分析处理过程简单快速，大大节省了分析测试时间。5、本发明可以有效降低检测作业成本，且适用于室内和田间等各种作业测试环境，易于推广普及。

附图说明

图1是本发明快速检测装置的整体结构示意图；

图2是本发明的检测支架结构示意图；

图3是本发明雾滴检测系统安装在中部检测导轨的牵引滑块上的结构示意图；

图4是本发明环境封闭装置完全闭合遮光时的结构示意图；

图5是本发明实施例2增加叶片测试安放平台时的结构示意图；

图6是本发明实施例3手持式雾滴检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅互为相对概念或是以待冲孔零件的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1

如图1所示，在本实施例中的适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其包括检测支架、雾滴检测系统、环境封闭装置以及地面端4。雾滴检测系统和环境封闭装置都设置在检测支架上，雾滴检测系统和环境封闭装置都与地面端4进行信息交互。地面端4为具有图像处理、数据存储运算功能的处理器和无线传输设备，用于对整套装置的远程控制。其中：

如图2所示，检测支架包括结构支撑架11、中部检测导轨12以及牵引滑块13。其中，结构支撑架11包括横向支撑架111和纵向支撑架112，两者表面均有安装卡槽，作为一种优选，选取铝型材做为结构支撑架11的主体材料。横向支撑架111为矩形结构，至少在横向支撑架111的四个顶角处都设置有纵向支撑架112，由纵向支撑架112对整个检测装置提供纵向支撑。位于横向支撑架111中部设置有中部检测导轨12，中部检测导轨12位于采样区域的正上方，在中部检测导轨12上设置有若干个牵引滑块13，位于每个牵引滑块13下部都设置有用于连接雾滴检测系统的连接卡位。牵引滑块13上设置有动力源和远程控制单元，远程控制单元与地面端4进行信息交互，由远程控制单元控制动力源工作，进而实现牵引滑块13在中部检测导轨12上根据控制指令进行滑动。

上述实施例中，横向支撑架111具有多种尺寸，根据具体试验需求可通过外部连接件两两拼接组合，以达到检测装置所需采样长度和宽度。纵向支撑架112可根据试验需求选取不少于四根的安装根数及合适长度，与横向支撑架111进行配合组装以达到检测装置所需采样高度。

上述各实施例中，中部检测导轨12具有多种尺寸，通过内部连接件两两可拼接组合。

如图3所示，雾滴检测系统包括机械手臂21、紫光灯22、全方位云台23以及视觉传感器24。机械手臂21通过连接卡位安装在一牵引滑块13下方，机械手臂21的方向和长度可转动伸缩调节。紫光灯22具有350nm～400nm的光谱发射波长，可使荧光物质显色，也通过连接卡位安装在另一牵引滑块13下方，对检测装置封闭区域内作物起照明作用。全方位云台23安装在机械手臂21下部，可各个方向自由转动；视觉传感器24安装在全方位云台23上，具有广角镜头，即可拍摄检测装置内部空间整体作物表面荧光物质分布效果的照片，也可拍摄单株作物叶片上荧光物质显色后的照片，图像可实时回传地面端4。

如图4所示，环境封闭装置包括遮光布31和遮光布收放装置32。遮光布收放装置32通过组装卡位分别固定在结构支撑架11两端。每一遮光布收放装置32内都设置有遮光布31，由遮光布收放装置32容置遮光布31。

作为一种优选，遮光布31采用两层不透光材料制成，遮光布31包括前部伸缩式遮光布311和后部卷帘式遮光布312。前部伸缩式遮光布311的两层布料内部纵向间隔穿插有半包围结构“门”字形的金属丝，用于撑起遮光布，使遮光布整体具有一定硬度和韧性，可进行前后伸缩；前部伸缩式遮光布311后端与遮光收放装置32连接，前部伸缩式遮光布311前端设置有若干牵引拉环3111和锁紧扣3112，使用时，位于两端遮光布收放装置32内的前部伸缩式遮光布311拉开后，两前部伸缩式遮光布311之间通过牵引拉环3111和锁紧扣3112连接成一体。后部卷帘式遮光布312顶部与遮光收放装置32连接，后部卷帘式遮光布312周边设置有连接挂钩3121，后部卷帘式遮光布312呈卷帘状垂下，用于遮挡检测装置两端，展开后可通过连接挂钩3121固定在检测支架两侧。

作为一种优选，遮光布31一套检测装置配备两块，且具有多种尺寸，可根据实际试验测试时检测支架的尺寸进行匹配，使用时可拉伸伸长覆盖检测支架，阻挡光线。

进一步地，遮光布31可由人工进行牵引展开并结合锁紧扣3112和连接挂钩3121将检测装置整体严密覆盖，达到封闭遮挡光线的目的。

进一步地，遮光布收放装置32呈“门”字形，包括前部收放装置321和后部收放装置322，内部空间分别用于存放回收前部伸缩式遮光布311和后部卷帘式遮光布312。其中，前部收放装置321上方开设有与前部收放装置321连接的收取门3211，收取门3211上设置有提拉把手便于开关使用；后部收放装置322上设置有旋转式把手3221，通过旋转式把手3221来收放后部卷帘式遮光布312。

地面端4包括数据处理模块、控制模块以及无线通信模块，用于远程发布指令控制检测装置各个部位运作，同时接收视觉传感器24传回的图像对其进行实时数据处理分析。

基于上述检测装置，本实施例中还提供一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置的检测方法，其包括以下步骤：

a、预先对试验地块进行探查，测量植株长势，规划无人机航线，确定要检测的植株范围及样品特征，选取合适的目标测试地点；

b、试验前，根据事先探查的结果，合理规划设计检测装置各部位尺寸大小，使其相互匹配合适，并备齐相应材料；

c、对无人机进行飞行前调试，调试工作完成后，开始向药箱装中添加药液，药液中混入5g/L～10g/L的荧光粉；d、无人机开始按照试验规划起飞作业，对目标测试地点进行喷施；

e、喷施结束后，在选定的目标采样区域开始精确组装搭建本发明的检测装置；

f、组装完成后，检测装置整体的牢固性，并对检测装置各工作部件(例如驱动单元、牵引装置以及视觉传感器)进行远程控制测试，保证其能够正常工作；

g、开始准备进行检测工作，人工将两侧的前部伸缩式遮光布311牵引至检测装置中部，利用锁紧扣3112相互锁紧贴合；同时将两侧的后部卷帘式遮光布312从后部收放装置中取出展开，通过连接挂钩3121固定在检测支架的两侧，此时检测装置的内部封闭环境形成；

h、远程控制打开安放在安装在牵引滑块13下方的紫光灯22，将检测装置封闭区域照亮，此时附着在封闭区域内部植株叶片上的荧光物质开始显色；

i、远程控制牵引滑块13在中部检测导轨上移动，并调节机械手臂21及全方位云台23，调整视觉传感器24位置，开始对下方区域内整体作物及不同位置植株各个特征叶片表面的荧光图像进行采集；

j、将采集到的图像通过无线传输模块传回到地面端4，地面端实时对图像进行分析处理，得到此封闭区域内雾滴的分布规律及沉积分布均匀性等信息，进而得知了无人机在此区域的喷施效果。

k、所有分析结束后，拆除本检测装置。

实施例2

本实施例除下述特征外其他结构与实施例1相同：

如图5所示，本发明还可以将试验后带有荧光物质的叶片带回室内，在室内使用本发明的检测装置进行检测，此时可在本发明原有的检测装置基础上增加一个植株叶片测试安放平台14。叶片测试安放平台14设置在结构支撑架11下部，与中部检测导轨12平行设置，并位于中部检测导轨12下部。叶片测试安放平台14表面设置有若干叶片夹持固定装置141，可将待测试叶片水平固定，便于后续检测。

实施例3

本实施例除下述特征外其他结构与实施例1相同：

如图6所示，本发明还可以小型化，变为手持式雾滴检测装置，其同样包括检测支架、雾滴检测系统、环境封闭装置和地面端，只是装置体积整体缩小，测试对象也由区域植株测试转变为对单个植株特征叶片的测试。同样增加了简易叶片测试安放平台15，简易叶片测试安放平台15位于手持式雾滴检测装置的中下部，采用密封效果良好的水平推拉门结构。

以上实施例，仅为本发明具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改、替换和改进等等，这些修改、替换和改进都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：该装置包括检测支架、雾滴检测系统、环境封闭装置以及地面端；所述雾滴检测系统和环境封闭装置都设置在所述检测支架上，所述雾滴检测系统和环境封闭装置都与所述地面端进行信息交互；

所述检测支架包括结构支撑架、中部检测导轨以及牵引滑块；所述结构支撑架包括横向支撑架和纵向支撑架；所述横向支撑架为矩形结构，至少在横向支撑架的四个顶角处都设置有所述纵向支撑架；位于所述横向支撑架中部设置有所述中部检测导轨，所述中部检测导轨位于采样区域的正上方，在所述中部检测导轨上设置有若干个所述牵引滑块，位于每个所述牵引滑块下部都设置有用于连接所述雾滴检测系统的连接卡位；所述牵引滑块上设置有动力源和远程控制单元，所述远程控制单元与所述地面端进行信息交互，所述远程控制单元控制所述动力源工作。

2.如权利要求1所述的一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：所述雾滴检测系统包括机械手臂、紫光灯、全方位云台以及视觉传感器；所述机械手臂通过所述连接卡位安装在一所述牵引滑块下方，所述机械手臂的方向和长度为可转动伸缩调节；紫光灯通过所述连接卡位安装在另一所述牵引滑块下方，对检测装置封闭区域内作物起照明作用；所述全方位云台安装在所述机械手臂下部，所述视觉传感器安装在所述全方位云台上，拍摄的图像能实时回传所述地面端。

3.如权利要求1所述的一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：所述环境封闭装置包括遮光布和遮光布收放装置；所述遮光布收放装置通过组装卡位分别固定在所述结构支撑架两端，每一所述遮光布收放装置内都设置有所述遮光布，由所述遮光布收放装置容置所述遮光布。

4.如权利要求3所述的一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：所述遮光布采用两层不透光材料制成。

5.如权利要求4所述的一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：所述遮光布包括前部伸缩式遮光布和后部卷帘式遮光布；所述前部伸缩式遮光布的两层布料内部纵向间隔穿插有半包围结构“门”字形的金属丝；所述前部伸缩式遮光布后端与所述遮光收放装置连接，所述前部伸缩式遮光布前端设置有若干牵引拉环和锁紧扣；所述后部卷帘式遮光布顶部与所述遮光收放装置连接，所述后部卷帘式遮光布周边设置有连接挂钩。

6.如权利要求3-5任一项所述的一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：所述遮光布收放装置呈“门”字形，包括前部收放装置和后部收放装置，内部空间分别用于存放回收所述前部伸缩式遮光布和后部卷帘式遮光布；所述前部收放装置上方开设有与所述前部收放装置连接的收取门，所述收取门上设置有提拉把手；所述后部收放装置上设置有旋转式把手。

7.如权利要求1所述的一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：所述地面端包括数据处理模块、控制模块以及无线通信模块，用于远程发布指令控制检测装置各个部位运作，同时对接收到的图像进行实时数据处理分析。

8.如权利要求1所述的一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：所述装置还包括植株叶片测试安放平台；所述叶片测试安放平台设置在所述结构支撑架下部，位于所述中部检测导轨下部；所述叶片测试安放平台表面设置有若干叶片夹持固定装置。

9.如权利要求1所述的一种适用于无人机喷施雾滴的快速检测装置，其特征在于：所述装置为手持式雾滴检测装置，还包括简易叶片测试安放平台，所述简易叶片测试安放平台位于所述手持式雾滴检测装置的中下部，采用水平推拉门结构。

10.一种如权利要求1所述装置的适用于无人机喷施雾滴的快速检测方法，其特征在于包括以下步骤：

a、预先对试验地块进行探查，测量植株长势，规划无人机航线，确定要检测的植株范围及样品特征，选取目标测试地点；

b、试验前，根据事先探查的结果，规划设计检测装置各部位尺寸大小，使其相互匹配合适，并备齐相应材料；

c、对无人机进行飞行前调试，调试工作完成后，开始向药箱装中添加药液，药液中混入荧光粉；

d、无人机开始按照试验规划起飞作业，对目标测试地点进行喷施；

e、喷施结束后，在选定的目标采样区域开始精确组装搭建检测装置；

f、组装完成后，检测装置整体的牢固性，并对各检测装置各工作部件行远程控制测试；

g、开始准备进行检测工作，人工将两侧的前部伸缩式遮光布牵引至检测装置中部，利用锁紧扣相互锁紧贴合；同时将两侧的后部卷帘式遮光布从后部收放装置中取出展开，通过连接挂钩固定在检测支架的两侧，此时检测装置的内部封闭环境形成；

h、远程控制打开安放在安装在牵引滑块下方的紫光灯，将检测装置封闭区域照亮，此时附着在封闭区域内部植株叶片上的荧光物质开始显色；

i、远程控制牵引滑块在中部检测导轨上移动，并调节机械手臂及全方位云台，调整视觉传感器位置，开始对下方区域内整体作物及不同位置植株各个特征叶片表面的荧光图像进行采集；

j、将采集到的图像通过无线传输模块传回到地面端，地面端实时对图像进行分析处理，得到此封闭区域内雾滴的分布规律及沉积分布均匀性信息，进而得知了无人机在此区域的喷施效果。