CN108669036A - 一种无人机对靶施药智能化调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机对靶施药智能化调控系统，包括：区域划分模块用于将待施药区域划分为m个子区域；图像分析模块用于采集m个子区域内植物的图像信息，且从上述图像信息中提取出植物叶片图像，并基于该图像分析出m个子区域内植物的病害等级；高度采集模块用于采集无人机与地面的实时高度H；施药调控模块用于根据各子区域内植物的病害等级为该子区域选择施药量、无人机与地面的实时高度H选择施药雾滴粒径。本发明根据待施药区域内植物的病害等级为该区域选择施药量以及无人机的实际飞行高度为待施药区域选择施药时的雾滴粒径大小，不仅实现施药量的精确控制，而且实现施药雾滴粒径的针对性调节，全面提高无人机施药的精度和针对性。

Description

一种无人机对靶施药智能化调控系统

技术领域

本发明涉及无人机施药技术领域，尤其涉及一种无人机对靶施药智能化调控系统。

背景技术

中国是一个农业大国，农药生产技术已处于国际先进水平，但农药使用技术严重落后的现状与其高速发展的农药水平极不相称。农药的不合理使用造成了一系列的负面影响，已经成为我国农业经济发展的制约因素。目前，无人机等农业装备发展非常迅速，通过硬件方面创新对变量喷药进行研究，但目前的机载施药系统没有进行田间定位及处方图信息执行的功能，由于农业装备的控制系统缺少足够的病虫草害信息支持，这使得在实际的应用过程中并未达到真正的精准用药，防治效果不明显甚至不如传统施药方法；此外，其他植保工作者对病虫草害诊断、预测和分布状况进行大量的研究，这些研究成果虽然在实际的施药过程起到了重要的指导作用，并大大提高了用药效率，但由于它们的设计应用都只局限于给操作者提供信息，并未参与实际的施药控制，所以也无法达到最佳的防治效果。而且，目前对于这两部分相结合的即时自动化喷药系统的研究更是少之又少。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种无人机对靶施药智能化调控系统。

本发明提出的无人机对靶施药智能化调控系统，包括：

区域划分模块，用于将待施药区域划分为m个子区域；

图像分析模块，用于采集m个子区域内植物的图像信息，且从上述图像信息中提取出植物叶片图像，并基于该图像分析出m个子区域内植物的病害等级；

高度采集模块，用于采集无人机与地面的实时高度H；

施药调控模块，用于根据各子区域内植物的病害等级为该子区域选择施药量、无人机与地面的实时高度H选择施药雾滴粒径。

优选地，所述图像分析模块具体用于：

采集第i个子区域内植物的图像信息，且从上述图像信息中提取出植物叶片图像，并计算出第i个子区域内植物叶片总面积S，再对上述植物叶片图像进行灰度处理得到灰度图像，并计算出灰度图像中像素值超出预设像素范围的点的总面积S₀，再计算出第i个子区域内植物叶片的病害率P，且基于病害率P确定第i个子区域内植物的病害等级；

其中，P＝S₀/S，1≤i≤m。

优选地，所述图像分析模块内预设有n个病害值，记为P₁、P₂、P₃……P_n，其中，P₁<P₂<P₃<……<P_n；

当P≥P_j时，图像分析模块判定第i个子区域内植物的病害等级为第j级；

其中，1≤j≤n。

优选地，所述施药调控模块内存储有n种施药量，记为W₁、W₂、W₃……W_n，其中，W₁<W₂<W₃<……<W_n；

当第i个子区域内植物的病害等级为第j级时，施药调控模块为第i个子区域选择施药量W_j。

优选地，所述施药调控模块内存储有k种高度值，记为H₁、H₂、H₃……H_k，以及，k种雾滴粒径，记为R₁、R₂、R₃……R_k，其中，R₁<R₂<R₃<……<R_k；

当无人机与地面的实时高度H≥H_t时，施药调控模块选择施药雾滴粒径R_t；

其中，1≤t≤k。

优选地，所述施药调控模块包括调控机构和施药机构，施药机构包括驱动机构、药箱、输药管、旋转喷头盘；

输药管一端与药箱连通，驱动机构用于根据调控机构的指令驱动旋转喷头盘旋转，旋转喷头盘上设有k个喷头，每个喷头远离旋转喷头盘的一端开设有喷嘴，且k个喷嘴的孔径与k种雾滴粒径一一对应；

当施药调控模块选择施药雾滴粒径R_t时，调控机构指令控制驱动机构动作，驱动机构驱动旋转喷头盘旋转至第t位置；

其中，在第t位置下，旋转喷头盘上的第t个喷头套设在输药管远离药箱的一端内。

本发明提出的无人机对靶施药智能化调控系统，不仅根据待施药区域内植物的病害等级为该区域选择施药量，而且根据无人机的实际飞行高度为待施药区域选择施药时的雾滴粒径大小，一方面能够实现施药量的精确控制，避免药物的浪费，另一方面能够实现施药雾滴粒径的针对性调节，避免无人机的飞行高度和外界环境因素对施药效果造成影响，全面提高无人机施药的精度和针对性。具体地，本发明首先将待施药区域划分为多个小区域，以针对性的对每一个小区域内植物的生长状态进行分析，并为其选择合适的施药量，进一步提高施药量的精确控制；然后分析每一个小区域内植物的病害等级，以根据不同的病害等级为该区域选择匹配的施药量，不仅能够有效地避免药物的浪费，而且能够对该区域内植物的病害程度进行精确调控，避免施药过多或过少对植物的不利影响，保证该区域内植物的健康生长状态；最后根据无人机的实际飞行高度来选择施药雾滴粒径，实现无人机飞行高度与雾滴粒径的优质匹配，防止出现高度过高、雾滴粒径小产生雾滴易飘散而降低施药精度的问题，以及，防止出现高度过低、雾滴粒径大产生药细化不均匀影响植物吸收的问题，全面提高无人机施药的有效性和精确性。

附图说明

图1为一种无人机对靶施药智能化调控系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明提出的一种无人机对靶施药智能化调控系统。

参照图1，本发明提出的无人机对靶施药智能化调控系统，包括：

区域划分模块，用于将待施药区域划分为m个子区域；

将待施药区域划分为多个小区域，有利于动态地根据不同小区域内植物的不同生长状态对其施药量进行分析和判断，不仅能够避免药物的浪费，而且能够避免药物过多或过少对每个小区域内植物的生长状态的影响，以保证待施药区域内植物的健康生长状态。

图像分析模块，用于采集m个子区域内植物的图像信息，且从上述图像信息中提取出植物叶片图像，并基于该图像分析出m个子区域内植物的病害等级；

本实施方式中，所述图像分析模块具体用于：

采集第i个子区域内植物的图像信息，且从上述图像信息中提取出植物叶片图像，并计算出第i个子区域内植物叶片总面积S，再对上述植物叶片图像进行灰度处理得到灰度图像，并计算出灰度图像中像素值超出预设像素范围的点的总面积S₀，当灰度图像中某些点的像素值超出预设像素范围时，表明植物叶片的该点出现了病变，需要对病变区域进行针对性的调节，为提高对病变区域的调节效果，再计算出第i个子区域内植物叶片的病害率P，且基于病害率P确定第i个子区域内植物的病害等级；

所述图像分析模块内预设有n个病害值，记为P₁、P₂、P₃……P_n，其中，P₁<P₂<P₃<……<P_n；

当P≥P_j时，图像分析模块判定第i个子区域内植物的病害等级为第j级；

其中，P＝S₀/S，1≤i≤m，1≤j≤n。

通过分析每一个子区域内植物的病害等级，有利于后续过程中根据该病害等级为每一个子区域选择施药量，提高每一个子区域的施药量与其内植物病害程度的匹配度，全面优化对每一个子区域植物生长状态的调节。

高度采集模块，用于采集无人机与地面的实时高度H；

施药调控模块，用于根据各子区域内植物的病害等级为该子区域选择施药量、无人机与地面的实时高度H选择施药雾滴粒径。

本实施方式中，所述施药调控模块内存储有n种施药量，记为W₁、W₂、W₃……W_n，其中，W₁<W₂<W₃<……<W_n；

当第i个子区域内植物的病害等级为第j级时，施药调控模块为第i个子区域选择施药量W_j；为每一个病害的等级配设一种施药量，实现了施药量的精确调控，以对每一个子区域内植物的生长情况进行针对性的调节。

为实现无人机与地面的实时高度H与施药雾滴粒径之间的精密配合，所述施药调控模块内存储有k种高度值，记为H₁、H₂、H₃……H_k，以及，k种雾滴粒径，记为R₁、R₂、R₃……R_k，其中，R₁<R₂<R₃<……<R_k；

当无人机与地面的实时高度H≥H_t时，施药调控模块选择施药雾滴粒径R_t；

其中，1≤t≤k；

通过设置多种高度值和多种雾滴粒径，并将多种高度值和多种雾滴粒径一一对应，有利于实现无人机飞行高度与施药雾滴粒径之间的细化调节，避免无人机飞行高度低而雾滴粒径大造成药物雾化不均匀情况，以及，无人机飞行高度高而雾滴粒径小造成药物易飘散的情况，全面提高施药效率和效果。

在进一步地实施例中，为提高施药效果，所述施药调控模块包括调控机构和施药机构，施药机构包括驱动机构、药箱、输药管、旋转喷头盘；

输药管一端与药箱连通，驱动机构用于根据调控机构的指令驱动旋转喷头盘旋转，旋转喷头盘上设有k个喷头，每个喷头远离旋转喷头盘的一端开设有喷嘴，且k个喷嘴的孔径与k种雾滴粒径一一对应；

当施药调控模块选择施药雾滴粒径R_t时，调控机构指令控制驱动机构动作，驱动机构驱动旋转喷头盘旋转至第t位置；

其中，在第t位置下，旋转喷头盘上的第t个喷头套设在输药管远离药箱的一端内；

利用旋转喷头盘来实现多个喷头的动态选择，以实现施药雾滴粒径的动态变化，从而提高施药效果。

本实施方式提出的无人机对靶施药智能化调控系统，不仅根据待施药区域内植物的病害等级为该区域选择施药量，而且根据无人机的实际飞行高度为待施药区域选择施药时的雾滴粒径大小，一方面能够实现施药量的精确控制，避免药物的浪费，另一方面能够实现施药雾滴粒径的针对性调节，避免无人机的飞行高度和外界环境因素对施药效果造成影响，全面提高无人机施药的精度和针对性。具体地，本实施方式首先将待施药区域划分为多个小区域，以针对性的对每一个小区域内植物的生长状态进行分析，并为其选择合适的施药量，进一步提高施药量的精确控制；然后分析每一个小区域内植物的病害等级，以根据不同的病害等级为该区域选择匹配的施药量，不仅能够有效地避免药物的浪费，而且能够对该区域内植物的病害程度进行精确调控，避免施药过多或过少对植物的不利影响，保证该区域内植物的健康生长状态；最后根据无人机的实际飞行高度来选择施药雾滴粒径，实现无人机飞行高度与雾滴粒径的优质匹配，防止出现高度过高、雾滴粒径小产生雾滴易飘散而降低施药精度的问题，以及，防止出现高度过低、雾滴粒径大产生药细化不均匀影响植物吸收的问题，全面提高无人机施药的有效性和精确性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无人机对靶施药智能化调控系统，其特征在于，包括：

区域划分模块，用于将待施药区域划分为m个子区域；

图像分析模块，用于采集m个子区域内植物的图像信息，且从上述图像信息中提取出植物叶片图像，并基于该图像分析出m个子区域内植物的病害等级；

高度采集模块，用于采集无人机与地面的实时高度H；

施药调控模块，用于根据各子区域内植物的病害等级为该子区域选择施药量、无人机与地面的实时高度H选择施药雾滴粒径。

2.根据权利要求1所述的无人机对靶施药智能化调控系统，其特征在于，所述图像分析模块具体用于：

采集第i个子区域内植物的图像信息，且从上述图像信息中提取出植物叶片图像，并计算出第i个子区域内植物叶片总面积S，再对上述植物叶片图像进行灰度处理得到灰度图像，并计算出灰度图像中像素值超出预设像素范围的点的总面积S₀，再计算出第i个子区域内植物叶片的病害率P，且基于病害率P确定第i个子区域内植物的病害等级；

其中，P＝S₀/S，1≤i≤m。

3.根据权利要求2所述的无人机对靶施药智能化调控系统，其特征在于，所述图像分析模块内预设有n个病害值，记为P₁、P₂、P₃……P_n，其中，P₁<P₂<P₃<……<P_n；

当P≥P_j时，图像分析模块判定第i个子区域内植物的病害等级为第j级；

其中，1≤j≤n。

4.根据权利要求3所述的无人机对靶施药智能化调控系统，其特征在于，所述施药调控模块内存储有n种施药量，记为W₁、W₂、W₃……W_n，其中，W₁<W₂<W₃<……<W_n；

当第i个子区域内植物的病害等级为第j级时，施药调控模块为第i个子区域选择施药量W_j。

5.根据权利要求1所述的无人机对靶施药智能化调控系统，其特征在于，所述施药调控模块内存储有k种高度值，记为H₁、H₂、H₃……H_k，以及，k种雾滴粒径，记为R₁、R₂、R₃……R_k，其中，R₁<R₂<R₃<……<R_k；

当无人机与地面的实时高度H≥H_t时，施药调控模块选择施药雾滴粒径R_t；

其中，1≤t≤k。

6.根据权利要求5所述的无人机对靶施药智能化调控系统，其特征在于，所述施药调控模块包括调控机构和施药机构，施药机构包括驱动机构、药箱、输药管、旋转喷头盘；

输药管一端与药箱连通，驱动机构用于根据调控机构的指令驱动旋转喷头盘旋转，旋转喷头盘上设有k个喷头，每个喷头远离旋转喷头盘的一端开设有喷嘴，且k个喷嘴的孔径与k种雾滴粒径一一对应；

当施药调控模块选择施药雾滴粒径R_t时，调控机构指令控制驱动机构动作，驱动机构驱动旋转喷头盘旋转至第t位置；

其中，在第t位置下，旋转喷头盘上的第t个喷头套设在输药管远离药箱的一端内。