CN108549869A - 一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法 - Google Patents
一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及植保无人机领域，提供了一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，所述方法包括：（1）通过机载摄像机采集作业区域农作物图像；（2）对上述采集图像进行图像分割与特征提取，分析得出农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度；（3）与机载控制系统中的专家系统数据库进行比对，得出该目标区域需要喷洒的药液量；（4）机载药液喷洒机构根据机载专家系统数据库给出的喷洒药业量指标自适应的向该目标区域实施喷洒。本发明的优点为：针对作业区域农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度，根据机载专家系统实时给出的喷洒量指标自适应地开展植保喷洒作业，可有效提高农药喷洒效果及农药的使用率，避免造成作业区域的漏喷或重复喷洒，且全部过程无需人工参与，极大地提高了植保作业过程的智能化程度。
Description
技术领域
本发明涉及植保无人机技术领域，具体涉及一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法。
背景技术
据《2016中国国土资源公报》数据显示，截至2016年末，全国耕地面积为13495.66万公顷（20.24亿亩），每年需要开展大量的农业植保作业。然而，未来10年内，我国六十岁以上人口将达到3亿，我国也将成为超老年型国家。这一数据所未呈现的，是我国农村人口老龄化进程快于城市老龄化，同时农村青壮年劳动力正大量外流，这就使得留在农村从事农业植保作业的劳动力素质整体下滑。面对我国如此庞大的耕地面积保有量，以及农村地区逐年减少的劳动力数量，开展植保无人机相关技术的研究、推广与应用，是我国农业现代化发展进程中亟待解决的问题。
目前市场上常见的植保无人机，均由专业驾驶人员通过远距离遥控的方式实现农药喷洒等植保作业活动。由于专业驾驶人员在开展植保作业的过程中距离农作物较远，无法获得作业区域的真实状态信息，比如某区域中农作物遭受病虫害的侵袭程度。现有的办法是尽量采用大剂量农药均匀喷洒，以满足农作物的植保要求。然而，大剂量农药均匀喷洒会导致病虫害不严重的农作物过量喷洒，造成农作物污染并增加作业成本。因此，本发明提出了一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，使得植保无人机能够根据农作物真实状况进行自适应地农药喷洒，可提高植保作业的有效性、显著降低农药使用量，同时植保作业的全部过程无需人为参与，实现了智能化植保作业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，旨在解决目前植保无人机喷洒药液量与农作物真实需求药量不匹配的问题。为了达到本发明的目的，本发明提供了一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，包括如下步骤：
（1）通过机载摄像机采集作业区域农作物图像；
（2）对步骤（1）中采集的图像进行图像分割与特征提取，分析得出农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度；
（3）将步骤（2）中得到的结果与机载专家系统数据库进行比对，得出该目标区域需要喷洒的药液量；
（4）机载控制系统根据步骤（3）中给出的喷洒药液量指标对机载药液喷洒机构施加控制，使植保无人机自适应地向该目标区域实施喷洒作业。
进一步地，所述步骤（1）包括但不仅限于DSP等图像处理控制器，对采集到的作业区域农作物图像进行预处理，为步骤（2）中的图像分割与特征提取做准备。
更进一步地，所述步骤（2）进一步包括用于实现图像分割与特征提取的各种图像处理方法，经分析可以得出目标区域农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度，为步骤（3）中与专家系统数据库进行比对提供原始数据。
更进一步地，所述步骤（3）进一步包括专家系统数据库指导信息。其中专家库中的先验知识由相关农业专家提供，根据该专家库信息，可以根据步骤（2）中得到的农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度给出量化的农药喷洒量。
更进一步地，所述步骤（4）进一步包括机载控制器。其中机载控制器包括但不局限于STM32、ARM、DSP、OMAP、PC104、POWERPC等处理器，且该机载控制器与权利要求2中所述的图像处理控制器可为同一个处理器，也可为不同种类的两个处理器。
更进一步地，所述步骤（4）进一步包括流量计、开度可调的药液喷嘴及喷嘴驱动电路（执行机构）。机载控制器接收步骤（3）专家系统数据库比对结果所给出的药液量，根据当前时刻流量计检测数据对药液喷嘴开度进行调整。
更进一步地，所述的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于，当目标区域病虫害较清（重）时，机载控制器通过喷嘴驱动电路（执行机构）减小（增加）药液喷嘴的开度，并实时检测药液输液管路中的流量数据，对目标区域累计喷洒药液量达到步骤（3）中给出的喷洒量指标后，植保无人机飞向下一目标区域继续实时喷洒作业。
更进一步地，植保无人机按照专家系统数据库给出的针对特定农作物所需药液量进行喷洒，并根据目标区域病虫害实际情况自适应的改变喷洒量，以提高植保作业的智能性。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
首先，本发明可以通过植保无人机机载摄像机对目标区域农作物进行图像采集，通过图像处理方法对所采集图像进行分割与特征提取，自主实现对于农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度的识别，为专家系统数据库提供原始比对数据。全部过程无需人为参与，也无需建立地面站监控系统，降低了植保作业系统的复杂度。
其次，本发明提出了一种专家系统信息库，该信息库由相关农业专家提供。利用该专家信息库，结合机载摄像机所识别出的农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度原始数据，定量的给出针对该目标区域需要施加的农药喷洒量。同时，机载控制系统通过药液输液管路中的流量计获取流量反馈信息，控制药液喷嘴的开度以自适应地实现对于该目标区域的定量喷洒。
最后，本发明所提出的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，整个植保作业过程无需人为参与，极大地降低了植保作业人员的准入门槛，不需要专业的植保无人机驾驶人员。同时，不需要建立相应的地面站系统，这极大地降低了植保作业过程的人力成本及设备成本。
附图说明
图1：基于专家系统的植保无人机自适应作业方法示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅是用于更加清晰的解释本发明，而并不是用于限定本发明。
图1所示为一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法示意图，具体实现步骤如下：
1）机载摄像机对植保作业目标区域进行图像采集，采集信息包含农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度；
2）图像处理控制器对机载摄像机所采集的农作物图像进行处理，通过图像分割方法及特征提取方法实现对于农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度的在线识别，并将识别结果传递至机载专家系统数据库进行比对；
3）机载专家系统数据库由相关农业专家提供，包含我国农业种植领域的各种农作物、杂草类别以及病虫害特征图像。利用专家系统数据库对上述识别数据进行比对，得出农作物种类、杂草种类、病虫害种类及严重程度。进一步地，经机载专家系统分析后给出针对该目标区域农作物的农药喷洒量；
4）机载控制器接收机载专家系统数据库给出的针对当前目标区域农作物的农药喷洒量，通过安装于药液输液管路中的流量计检测当前实际喷洒流量数据，通过执行机构自适应地调整药液喷嘴的开度；
5）机载控制器根据流量计中采集到的实际喷洒流量数据计算针对当前目标区域累计喷洒药液量，达到专家系统给出的指导喷洒量之后，控制植保无人机飞向下一目标区域开展作业；
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）通过机载摄像机采集作业区域农作物图像；
（2）对步骤（1）中采集的图像进行图像分割与特征提取，分析得出农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度；
（3）将步骤（2）中得到的结果与机载专家系统数据库进行比对，得出该目标区域需要喷洒的药液量；
（4）机载控制系统根据步骤（3）中给出的喷洒药液量指标对机载药液喷洒机构施加控制，使植保无人机自适应地向该目标区域实施喷洒作业。
2.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于，所述步骤（1）进一步包括但不仅限于DSP等图像处理控制器，对采集到的作业区域农作物图像进行预处理，为步骤（2）中的图像分割与特征提取做准备。
3.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于，所述步骤（2）进一步包括用于实现图像分割与特征提取的各种图像处理方法，经分析可以得出目标区域农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度，为步骤（3）中与专家系统数据库进行比对提供原始数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于，所述步骤（3）进一步包括专家系统数据库指导信息，其中专家系统数据库中的先验知识由相关农业专家提供，根据该专家库信息，可以根据步骤（2）中得到的农作物种类、杂草种类、病虫害种类及其严重程度给出量化的农药喷洒量。
5.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于，所述步骤（4）进一步包括机载控制器，
其中机载控制器包括但不局限于STM32、ARM、DSP、OMAP、PC104、POWERPC等处理器，且该机载控制器与权利要求2中所述的图像处理控制器可为同一个处理器，也可为不同种类的两个处理器。
6.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于，所述步骤（4）进一步包括流量计、开度可调的药液喷嘴及喷嘴驱动电路（执行机构），8.机载控制器接收步骤（3）专家库信息比对结果所给出的药液量，根据当前时刻流量计检测数据对药液喷嘴开度进行调整。
7.根据权利要求1、2、3、4、5、6所述的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于，当目标区域病虫害较清（重）时，机载控制器通过喷嘴驱动电路（执行机构）减小（增加）药液喷嘴的开度，并实时检测药液输液管路中的流量数据，对目标区域累计喷洒药液量达到步骤（3）中给出的喷洒量指标后，植保无人机飞向下一目标区域继续实时喷洒作业。
8.根据权利要求7所述的一种基于专家系统的植保无人机自适应作业方法，其特征在于，植保无人机按照专家系统数据库给出的针对特定农作物所需药液量进行喷洒，并根据目标区域病虫害实际情况自适应的改变喷洒量，以提高植保作业的智能性。
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