CN108684634A - 基于体积特征预判的喷雾控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于体积特征预判的喷雾控制方法，包括某一喷雾分区开始时，即利用若干组以喷雾机车体中心线对称的距离探测点对喷雾机一侧或两侧的植物冠层进行距离探测；计算与探测点对应的冠层宽度；将任一个冠层分区的最大冠层宽度作为该冠层分区的离散喷雾体积的宽度值；计算各个冠层分区的离散冠层体积；计算下一个喷雾分区各个冠层分区的所需喷雾量和调风风量。本发明还公开了一种基于体积特征预判的喷雾控制系统。本发明通过对喷雾对象进行提前探测和体积预判，能够及时、准确地调节喷雾量，并且根据体积预判为喷雾增加了精确的旁路调风作用，从而能够提高药液的穿透力和沉积量，减少喷雾浪费。

Description

基于体积特征预判的喷雾控制方法及系统

技术领域

本发明属于农业喷雾作业技术领域，特别涉及一种基于体积特征预判的喷雾控制方法及系统。

背景技术

目前我国农业喷施农药的方式多为手动，部分施药方式为机械喷施，现有的农业喷雾技术所存在的较为普遍的问题是农药利用率低，大部分药液喷雾后飘失在空气中或沉积于地面上，造成了农药的浪费及环境的污染，因此提高我国农药的喷施水平，进行高功效、低喷量、高沉积的农药喷施技术的研究是一项重要的任务。变量喷雾技术是目前世界上的一种先进喷雾技术，但是对于在行进中进行喷雾的情况，喷雾对象是在不断改变的，导致现有的变量喷雾技术存在较多的问题一是变量调节相对于喷雾对象的变化存在滞后性，无法及时针对喷雾对象的变化进行喷雾变量调节；二是对喷雾对象的形态或者大小等感知不够精确，从而使得变量调节针对性不强，一定程度上降低了喷雾效果；三是虽然能进行一定程度的喷雾变量调节，但是在提高药液的穿透力和沉积量、减少喷雾浪费等方面仍然不尽如人意。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于体积特征预判的喷雾控制方法及系统，通过对喷雾对象进行提前探测和体积预判，能够及时、准确地调节喷雾量，并且根据体积预判为喷雾增加了精确的旁路调风作用，从而能够提高药液的穿透力和沉积量，减少喷雾浪费。

为解决上述技术问题，本发明提供的基于体积特征预判的喷雾控制方法包括以下步骤：

S1：定义喷雾机行驶一定距离L所喷雾的区域为喷雾分区，某一喷雾分区开始时，即利用若干组以喷雾机车体中心线对称的距离探测点对喷雾机一侧或两侧的植物冠层进行距离探测，每组距离探测点位于喷雾口前方L距离，每组中距离探测点的个数为s(s≥2)，且自上而下设置，将树冠划分成s个冠层分区，同组的s个距离探测点分别与s个冠层分区的中间线平齐；

S2：对于任一组距离探测点，若距离探测点与其所探测的植物冠层位于喷雾机车体中心线同侧，则与距离探测点对应的冠层宽度：

其中，L_o为冠层宽度；L_r为车体两侧植物之间的距离，L_a为车体宽度，L_b为距离探测点与其所探测的植物冠层之间的距离，L_c为距离探测点与其同侧的车体侧边之间的距离，若距离探测点位于车体侧边上，则其为0；若距离探测点位于车体侧边外，则其为正；若距离探测点位于车体侧边内，则其为负；

若距离探测点与其所探测的植物冠层位于喷雾机车体中心线异侧，则任一时刻所探测的冠层宽度：

其中，L_o为冠层宽度；L_r为车体两侧植物之间的距离，L_a为车体宽度，L_b为距离探测点与其所探测的植物冠层之间的距离，L_c为距离探测点与其异侧的车体侧边之间的距离，其为正；

S3：滤掉无效数据，包括冠层宽度为负数以及距离探测点测量盲区的异常点数据，将任一个冠层分区的在喷雾机行驶L距离所需时间t内的最大冠层宽度L_max作为该冠层分区的离散喷雾体积的宽度值；如下所示：

其中，n_pi为该冠层分区t时间内收到的距离探测数据量；n_A为该冠层分区在t时间内的L_o总和；n_pH为上述无效数据；n_x为冠层宽度为无效数据点个数；re为清空异常点函数；Max为求最大值函数；

S4：计算各个冠层分区的离散冠层体积V_i＝L_max×L×h_i，其中i表示各个冠层分区，1≤i≤s，h_i为用以形成第i个冠层分区的相邻两个同组距离探测点之间的高度差；

S5：计算下一个喷雾分区各个冠层分区的所需喷雾量和调风风量，其中：

喷雾量Q_i＝V_i×μ，μ为单位体积树冠所需喷雾量；

风量P_i＝V_i×k_b×k_c，k_b为气流衰减系数；k_c为置换空间系数。

在上述技术方案中，在喷雾口喷雾调节的基础上还增加了对应的调风功能，使其在合适的调风风速大小下进行喷雾，从而有利于提高药液的穿透力和沉积量，减少喷雾飘失等浪费现象。本方法中距离探测点设置于喷雾口之前，能够提前进行下一个喷雾分区的喷雾距离探测，进而提前进行下一个喷雾分区的体积计算(即体积预判)以及喷雾量和调风风量计算，从而在当前喷雾分区喷雾完成进入下一个喷雾分区时，喷雾口和调风口的阀门就可以直接调整为已经计算好的喷雾量和调风风量所需状态，而不是在喷雾对象改变之后再进行喷雾调节计算，具有喷雾变量调节及时性高的特点。本方法在进行体积预判计算时，是将体积预判对象划分成若干冠层分区分别进行距离探测和体积计算，从而对喷雾对象的体积预判及整体形态的构造更加准确，特别是针对形态比较特殊的植物，在此基础上针对各个冠层分区分别进行喷雾量和调风风量计算，也使得喷雾量和调风风量控制更加具有针对性，精确性更高，适应性更广。本方法中的喷雾量与风量与各个冠层分区对应，从而将整体喷雾细化为针对每个冠层分区施加相应的预先计算的喷雾量和调风风量，进一步提高了喷雾准确性，有利于提高喷雾效果。

综上，由于本方法喷雾量和调风风量的计算和调节的准确性，使得本方法的喷雾穿透力和沉积量更高，喷雾浪费更少，喷雾效果更好，有利于保护生态环境，实现绿色可持续发展。

作为本发明技术方案的进一步改进，每个冠层分区对应一个调风口，每个调风口对应一个喷雾口，第i个喷雾口的量Q_li＝m+n×z，其中z为喷雾口配置的阀门的占空比，m、n为常数；

根据Q_li＝Q_i，计算下一个喷雾分区的第i个喷雾口的阀门的占空比为

根据调风口风速k_f与调风口所配置的阀门开度f_k之间的关系：k_f＝af_k+b(a、b为常数)以及风量与调风口风速k_f、调风口面积S_c的关系：k_f×S_c＝P_i，计算下一个喷雾分区所需的调风口的阀门开度：利用阀门作为喷雾量和风量控制手段，控制准确，简便易行。

作为本发明技术方案的进一步改进，车体行进速度通过速度编码器获得，编码器与喷雾机车轮外接，根据喷雾机行驶距离L，确定编码器应准确产生的脉冲数N_A为：

其中，n₀为编码器旋转一周产生的脉冲数；r为编码器外接轮的直径；P为编码器外接轮与喷雾机车体滑移率(本实施方式中取0.01)；则速度编码器产生N_A个脉冲的时间即为所述时间t。使用速度编码器既可以测量喷雾机行进速度，又可以通过其脉冲数来进行喷雾机行驶距离的判定，不管喷雾机速度是否有变化以及变化是否频繁，只要产生相应的脉冲数即可判定已行驶预定距离，准确性更高。

作为本发明技术方案的进一步改进，若距离探测点检测不到设定数值范围内的植物冠层，则下一个喷雾分区不喷雾或调风，使得本方法的应用性更强，有利于减少药液使用和浪费。

为解决上述技术问题，本发明所提供的基于体积特征预判的喷雾控制系统包括自走式喷雾机，所述喷雾机设置有喷雾口，还包括控制器以及分别与其连接的距离探测模块、信息采集模块、变量控制模块，所述距离探测模块设置若干组，用于对喷雾机一侧或两侧的植物冠层进行距离探测，各个距离探测模块组均自上而下设置且位于喷雾口前方一定距离，任一组喷雾口的个数与用于探测其喷雾方向的植物距离的距离探测模块组内的距离探测模块个数相同且一一平齐；还包括与所述喷雾口一一对应设置的调风口，所述调风口用于对所述喷雾口进行旁路调风，所述喷雾口和调风口均配置有阀门，所述信息采集模块用于检测所述喷雾机行进速度或距离以及调风口风速，所述变量控制模块用于驱动所述阀门。

在上述技术方案中，喷雾口的阀门模块均与控制器连接，通过控制器对阀门模块的控制可以调节喷雾口的喷雾量，并且本系统还增加了对应的调风口，调风口的阀门模块与控制器连接，通过控制器对调风口的阀门模块的控制可以调节调风口的风量，从而对喷雾作业进行调风，使其在合适的调风风速大小下进行喷雾，从而有利于提高药液的穿透力和沉积量，减少喷雾飘失等浪费现象。本系统距离探测模块设置于喷雾口之前一定距离，控制器通过喷雾机速度或距离检测判定喷雾机的行驶距离，进而可以将喷雾机行驶一定距离(可预先设置)所喷雾的区域作为一个喷雾分区，进而控制器通过距离探测提前进行下一个喷雾分区的喷雾对象体积预判计算、喷雾量、调风风量计算以及喷雾口和调风口的阀门控制，从而能够提前进行接下来的喷雾对象的喷雾距离探测，进而提前进行接下来的喷雾对象的体积计算(即体积预判)以及喷雾量和调风风量计算，在当前喷雾对象喷雾完成时，喷雾口和调风口的阀门就可以直接调整为已经计算好的接下来的喷雾对象所需的喷雾量和调风风量所需状态，而不是在喷雾对象改变之后再进行喷雾调节计算，具有喷雾变量调节及时性高的特点。本系统通过若干组上下设置的距离探测模块将体积预判对象划分成若干冠层分区分别进行距离探测和体积计算，从而对喷雾对象的体积预判及整体形态的构造更加准确，特别是针对形态比较特殊的植物，在此基础上针对各个冠层分区分别进行喷雾量和调风风量计算，也使得喷雾量和调风风量控制更加具有针对性，精确性更高，适应性更广。本系统中的喷雾口和调风口与各个冠层分区对应，从而将整体喷雾细化为针对每个冠层分区施加相应的预先计算的喷雾量和调风风量，进一步提高了喷雾准确性，有利于提高喷雾效果。

综上，由于本系统喷雾量和调风风量的计算和调节的准确性，使得本系统的喷雾穿透力和沉积量更高，喷雾浪费更少，喷雾效果更好，有利于保护生态环境，实现绿色可持续发展。另外，由于距离探测以及控制器的计算和对阀门模块的控制均是自动进行，探测、计算和控制过程中喷雾机可持续行驶，因而本系统的自动化和智能化程度更高，适合大范围的喷雾作业。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述调风口与其所对应的喷雾口相邻设置，有利于提高调风口对喷雾口的调风作用。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述调风口与其所对应的喷雾口相邻设置，且喷雾口在前。两者相邻设置有利于提高调风口对喷雾口的调风作用，而喷雾口在前，对应的调风口在后能够防止喷雾向后飘散。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述信息采集模块包括速度编码器和风速传感器，分别用于检测所述喷雾机行进速度或距离以及调风口风速。使用速度编码器既可以测量喷雾机行进速度，又可以通过其脉冲数来供控制器进行喷雾机行驶距离的判定，不管喷雾机速度是否有变化以及变化是否频繁，只要产生相应的脉冲数即可判定已行驶预定距离，准确性更高。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述调风口配置蝶阀，所述喷雾口配置电磁阀，所述变量驱动模块包括与蝶阀连接的蝶阀阀芯转动驱动装置以及与电磁阀连接的多路PWM电磁阀驱动模块。通过蝶阀的开启量可以方便的控制调风风量，而舵机适合蝶阀这样阀芯角度不断变化且可以保持的场景中应用。电磁阀适合于精确调节喷雾口的喷雾量，PWM电磁阀驱动模块可以在控制器的作用下准确控制电磁阀的占空比，进而调节喷雾量。

作为本发明技术方案的进一步改进，还包括与控制器无线通讯的移动智能控制终端，所述移动智能控制终端具有显示模块。移动智能控制终端可以显示植物的体积或者三维图形，并可以进行喷雾机相关参数设置。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的距离探测与调风示意图。

图2是本发明具体实施方式中的实时冠层宽度与最大冠层宽度的转换示意图。

图3是本发明具体实施方式中喷雾控制系统的部分结构示意图。

图4是本发明具体实施方式中蝶阀的结构示意图。

图5是本发明具体实施方式中的控制示意图。

图中：1-调风口，2-“Y”型三通，3-气流褶皱管，4-气流分配器，5-支架，6-横梁，7-蝶阀，8-舵机，9-紧箍，10-管道卡件，11-舵机支架，12-舵机固定梁，13-舵机定位皮套，14-舵机定位钉，15-蝶阀阀芯，16-蝶阀转动圆片，17-舵机盘，18-距离探测模块，19-移动智能控制终端，20-无线通讯模块，21-控制器，22-信息采集模块，23-速度编码器，24-风速传感器，25-变量控制模块，26-16路PWM舵机驱动模块，27-多路PWM电磁阀驱动模块，28-电磁阀，29-电控蝶阀，30-喷雾口，31-药液盛装容器，32-药液管道。

具体实施方式

在本文所给出的实施方式中，该基于体积特征预判的喷雾控制方法包括以下步骤：

S1：定义喷雾机行驶一定距离L所喷雾的区域为喷雾分区，某一喷雾分区开始时，即利用若干组以喷雾机车体中心线对称的距离探测点对喷雾机一侧或两侧的植物(下文中以树木为例)冠层进行距离探测，例如在只对喷雾机一侧的植物进行喷雾的情况下，可以只设置一组距离探测点对该侧植物进行冠层距离探测，若需要对喷雾机两侧的植物进行喷雾，则可以设置两组距离探测点分别对两侧植物进行冠层距离探测。

每组距离探测点位于喷雾口前方L距离，每组中距离探测点的个数为s(s≥2)，且自上而下设置，同组中相邻距离探测点高度差相同。这s个距离探测点将树冠划分成s个冠层分区，每个冠层分区的高度与上下两个距离探测点的高度相同，同组的s个距离探测点分别与s个冠层分区的中间线平齐。图1中以每组包含4个距离探测点，同组相邻距离探测点之间的高度差为h₀为例，则将树木分为4个高度分别为h₀的冠层分区，同组的4个距离探测点分别与4个冠层分区的中间线平齐；

S2：对于任一组距离探测点，若距离探测点与其所探测的植物冠层位于喷雾机车体中心线同侧，则与距离探测点对应的冠层宽度：

其中，L_o为冠层宽度；L_r为车体两侧植物之间的距离，L_a为车体宽度，L_b为距离探测点与其所探测的植物冠层之间的距离，L_c为距离探测点与其同侧的车体侧边之间的距离，若距离探测点位于车体侧边上，则其为0；若距离探测点位于车体侧边外，则其为正；若距离探测点位于车体侧边内，则其为负；

若距离探测点与其所探测的植物冠层位于喷雾机车体中心线异侧，则任一时刻所探测的冠层宽度：

其中，L_o为冠层宽度；L_r为车体两侧植物之间的距离，L_a为车体宽度，L_b为距离探测点与其所探测的植物冠层之间的距离，L_c为距离探测点与其异侧的车体侧边之间的距离，其为正；

S3：滤掉无效数据，包括冠层宽度为负数以及距离探测点测量盲区的异常点数据，将任一个冠层分区的在喷雾机行驶L距离所需时间t内的最大冠层宽度L_max作为该冠层分区的离散喷雾体积的宽度值；滤掉无效数据以及L_max的计算如下所示：

其中，n_pi为该冠层分区t时间内收到的距离探测数据量；n_A为该冠层分区在t时间内的L_o总和；n_pH为上述无效数据；n_x为冠层宽度为无效数据点的个数；re为清空异常点函数；Max为求最大值函数。通过去除无效数据就可以去除噪声信号等的干扰，得到最佳的冠层宽度信号。图2中上方图为随着车体行驶各个冠层分区所实时探测到的冠层宽度变化示例，其中是以三棵树为例，下方图为所根据实施探测的冠层宽度所最终选取的最大冠层宽度。

S4：计算各个冠层分区的离散冠层体积V_i＝L_max×L×h_i，其中i表示各个冠层分区，1≤i≤s，h_i为用以形成第i个冠层分区的相邻两个同组距离探测点之间的高度差；例如，图1中任一对两个相邻同组距离探测点之间的高度差都为h₀。

S5：计算下一个喷雾分区各个冠层分区的所需喷雾量和调风风量，其中：

喷雾量Q_i＝V_i×μ，μ为单位体积树冠所需喷雾量；

风量P_i＝V_i×k_b×k_c，k_b为气流衰减系数；k_c为置换空间系数。

进一步，每个冠层分区对应一个调风口1(参考图1，图1中还示出了气流褶皱管3和气流分配器4)，每个调风口1对应一个喷雾口(参考图3)。当喷雾压力一定且选择合适频率的电磁阀时，第i个喷雾口的喷雾量Q_li＝m+n×z，其中z为喷雾口配置的阀门的占空比，m、n为常数，可以通过试验得到，例如本实施方式中喷雾口选用的电磁阀，经试验m为-0.0729，b为1.5578；

根据Q_li＝Q_i，计算下一个喷雾分区的第i个喷雾口的阀门的占空比：

根据调风口1风速k_f与调风口1所配置的阀门开度f_k之间的关系：

k_f＝af_k+b(a、b为常数，可以通过试验得到，例如本实施方式中调风口选用蝶阀，经试验a为-0.0611，b为12.2)以及风量与调风口1风速k_f、调风口1面积S_c的关系：k_f×S_c＝P_i，计算下一个喷雾分区所需的调风口1的阀门开度：

计算出喷雾口阀门的占空比和调风口1阀门开度后，即可在进入下一个喷雾分区时将两者根据计算结果进行调节。

进一步，上述喷雾控制方法中，车体行进速度通过速度编码器获得，根据喷雾机行驶距离L，确定(走完当前喷雾分区)速度编码器应准确产生的脉冲数N_A为：

其中，n₀为编码器旋转一周产生的脉冲数；r为编码器外接轮的直径；P为编码器外接轮与喷雾机车体滑移率；则速度编码器产生N_A个脉冲的时间即为时间t。因而通过速度编码器的脉冲数，可以判断当前喷雾分区是否走完。

进一步，上述喷雾控制方法中，若距离探测点检测不到设定数值范围内的植物冠层，则下一个喷雾分区不喷雾或调风。

在本文所给出的实施方式中，该基于体积特征预判的喷雾控制系统包括喷雾机，该喷雾机具有底盘和行走轮(图中未示出)，即其为自走式喷雾机。

图3中所示出的喷雾机的部分结构设置于底盘上。该喷雾机设置有6个喷雾口30，6个喷雾口30分为两组，每组3个，两组喷雾口30用于朝两侧喷雾机两侧喷雾。喷雾口30通过药液管道32与药液盛装容器31连接，药液管道32上设置有合适的泵等装置。

如图5所示，该喷雾控制系统还包括控制器21以及分别与控制器21连接的距离探测模块18、信息采集模块22、变量控制模块25，距离探测模块18设置若干组，用于对喷雾机一侧或两侧的植物冠层进行距离探测，本实施方式中距离探测模块18采用超声波传感器。各个距离探测模块组均自上而下设置且位于喷雾口30前方一定距离，任一组喷雾口30的个数与用于探测其喷雾方向的植物距离的距离探测模块组内的距离探测模块18个数相同且一一对应平齐。在只对喷雾机一侧的植物进行喷雾的情况下，可以只设置一组距离探测点对该侧植物进行冠层距离探测，若需要对喷雾机两侧的植物进行喷雾，则可以设置两组距离探测点分别对两侧植物进行冠层距离探测。本实施方式中设置两组以喷雾机车体中心线对称的距离探测模块18，分别对喷雾机两侧的植物冠层进行距离探测，每组包含3个距离探测模块18，同组中相邻距离探测点高度差相同。这3个距离探测点将树冠划分成3个冠层分区，每个冠层分区的高度与上下两个距离探测模块18的高度相同，同组的3个距离探测点分别与3个冠层分区的中间线平齐。图1中则是以每组包含4个距离探测模块18，同组相邻探测模块18之间的高度差为h₀为例，则将树木分为4个高度分别为h₀的冠层分区，同组的4个距离探测点18分别与4个冠层分区的中间线平齐。

向某一方向喷雾的喷雾口30与用于探测该方向植物的距离探测模块组中的各个距离探测模块18一一对应，即每个喷雾口30对应一个冠层分区，可参考图1，图1中还示出了气流褶皱管3和气流分配器4。

如图3至图5所示，该喷雾机还包括与喷雾口30一一对应设置的扇形调风口1，调风口1与其所对应的喷雾口30相邻设置，以喷雾机行进方向为前，则喷雾口30在前，对应的调风口1在后，喷雾口30与对应的调风口1中心线保持平齐，调风口1用于对喷雾口30进行旁路调风。

变量控制模块25用于驱动喷雾口30和调风口1的阀门。调风口1配置有蝶阀7，喷雾口30配置有电磁阀28，变量驱动模块包括与蝶阀7连接的蝶阀阀芯15转动驱动装置以及与电磁阀28连接的多路PWM电磁阀驱动模块27(即多路PWM波发生器)，其中，蝶阀7阀芯15转动驱动装置包括舵机8以及16路PWM舵机驱动模块26，16路PWM舵机驱动模块26与控制器21连接，多路PWM电磁阀驱动模块27与控制器21连接。

如图3和图4所示，该喷雾机还包括“Y”型三通2、气流褶皱管3以及气流分配器4，为了便于各部件的安装，该喷雾机还设置了合适的支架5、横梁6、舵机固定梁12以及舵机支架11，其中支架5竖直设置若干根，横梁6连接在支架5上，舵机固定梁12与固定横梁6连接。气流褶皱管3通过紧箍9与气流分配器4的六个出风口相连；每组调风口1安装在一个竖直支架5上，上下两两相距一定距离。“Y”型三通2设置三个，每个“Y”型三通2的进风口均通过紧箍9与一根气流褶皱管3连接，两个出风口通过过盈配合的方式分别与一个出风口和一个蝶阀7连通。舵机支架11固定在预先打孔的舵机固定梁12上；蝶阀7通过管道卡件10固定在横梁6上。舵机8、舵机支架11、舵机定位皮套13，舵机定位钉14通过螺栓螺母连接，舵机盘17与蝶阀7转动圆片16连接，舵机轴与蝶阀7阀芯15连接，保证数字舵机轴、舵机盘17凹槽、蝶阀7转轴同轴，舵机轴与蝶阀7阀芯15实现同步转动，从而构成电动蝶阀29。

如图5所示，信息采集模块22用于检测喷雾机行进速度或距离以及调风口1风速。本实施方式中，信息采集模块22包括速度编码器23(本实施方式中选用的编码器23旋转一周产生的脉冲数为2000P/R)和风速传感器24，速度编码器23与车体外轮连接。通过前述内容可知，速度编码器23用于检测喷雾机行进速度或距离，风速传感器24用于检测每个调风口1风速，速度编码器23和风速传感器24的数据传输至控制器21。

该喷雾控制系统在工作时，喷雾机在树木之间行走，控制器21中提前预设距离值L，该距离值与距离探测模块组与喷雾口30之间的距离相同，定义喷雾机喷行驶该距离L所喷雾的区域为喷雾分区。当喷雾机从某一喷雾分区起点开始行驶时，距离探测模块18就正好开始对下一个喷雾分区两侧的植物冠层进行距离探测。距离探测数据传输至控制器21，控制器21计算出各个冠层分区所需的喷雾量和调风风量，进而计算出电磁阀28的占空比以及蝶阀7的阀门开度。当前喷雾分区喷雾完成进入下一个喷雾分区时(喷雾机是否走完当前喷雾分区根据速度编码器23的脉冲数确定)，一方面，控制器21计算得到电磁阀28的占空比，进而控制多路PWM电磁阀驱动模块27驱动电磁阀28动作，实现喷雾量调节。另一方面，控制器21根据计算出的蝶阀7的阀门开度，计算出蝶阀7阀芯15的相对位置，进而对16路PWM舵机驱动模块26进行控制，并对比风速传感器24检测的实际风量与计算得到的风量，达到对电控蝶阀7进行补偿调整调整的目的，使得调风口1出风达到所需风量，通过调风口1的出风达到对喷雾进行旁路调风的目的。

特别地，若距离探测模块18检测不到设定数值范围内的植物冠层，则下一个喷雾分区控制器21控制电磁阀28或蝶阀7动作使得喷雾机不喷雾或调风。

进一步，该喷雾控制系统还包括移动智能控制终端19(可以是手机)，移动智能控制终端19与控制器21无线通讯(可以加装相应的无线通讯模块20)，移动智能控制终端19具有显示模块。移动智能控制终端19可以根据控制器21的传输来的数据显示植物的体积或者三维图形，并可以进行喷雾机相关参数设置。

下面通过示例对上述方法和系统的效果进行进一步说明，当计算得到的下一个喷雾分区的植株冠层分区体积较小时(控制器21中可以预设用于判定冠层分区体积是否较小的阈值)，控制器21根据冠层分区体积信息，在下一个喷雾分区开始时控制蝶阀7以及电磁阀28到达相应位置，使得在喷出全部覆盖靶标冠层的合适药量的情况下，提供聚集药液且不使药液过度分散的调风风量，提高植株冠层雾滴的沉积量。

当计算得到的下一个喷雾分区的植株冠层分区体积较小时(控制器21中可以预设用于判定冠层分区体积是否较小的阈值)，控制器21根据冠层分区体积信息，在下一个喷雾分区开始时控制蝶阀7以及电磁阀28到达相应位置，还可以使蝶阀7阀芯15在使调风口1风量变大的方向及上述相应位置之间来回转动，使得在喷出全部覆盖靶标冠层的合适药量的情况下，提供药液扩散且能扰动植株冠层枝叶的风量，提高雾滴的穿透能力及沉积量。

通过上述示例可以看出本发明增加了调风作用后所取得的有益效果。

上面结合附图和具体实施方式对本发明进行了进一步的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.基于体积特征预判的喷雾控制方法，包括以下步骤：

S1：定义喷雾机行驶一定距离L所喷雾的区域为喷雾分区，某一喷雾分区开始时，即利用若干组以喷雾机车体中心线对称的距离探测点对喷雾机一侧或两侧的植物冠层进行距离探测，每组距离探测点位于喷雾口前方L距离，每组中距离探测点的个数为s(s≥2)，且自上而下设置，将树冠划分成s个冠层分区，同组的s个距离探测点分别与s个冠层分区的中间线平齐；

S2：对于任一组距离探测点，若探测点与其所探测的植物冠层位于喷雾机车体中心线同侧，则与探测点对应的冠层宽度：

其中，L_o为冠层宽度；L_r为车体两侧植物之间的距离，L_a为车体宽度，L_b为距离探测点与其所探测的植物冠层之间的距离，L_c为探测点与其同侧的车体侧边之间的距离，若探测点位于车体侧边上，则其为0；若探测点位于车体侧边外，则其为正；若探测点位于车体侧边内，则其为负；

若探测点与其所探测的植物冠层位于喷雾机车体中心线异侧，则任一时刻所探测的冠层宽度：

其中，L_o为冠层宽度；L_r为车体两侧植物之间的距离，L_a为车体宽度，L_b为距离探测点与其所探测的植物冠层之间的距离，L_c为探测点与其异侧的车体侧边之间的距离，其为正；

S3：滤掉无效数据，包括冠层宽度为负数以及探测点测量盲区的异常点数据，将任一个冠层分区的在喷雾机行驶L距离所需时间t内的最大冠层宽度L_max作为该冠层分区的离散喷雾体积的宽度值；如下所示：

其中，n_pi为该冠层分区t时间内收到的距离探测数据量；n_A为该冠层分区在t时间内的L_o总和；n_pH为上述无效数据；n_x为冠层宽度为无效数据点个数；re为清空异常点函数；Max为求最大值函数；

S4：计算各个冠层分区的离散冠层体积V_i＝L_max×L×h_i，其中i表示各个冠层分区，1≤i≤s，h_i为用以形成第i个冠层分区的相邻两个同组探测点之间的高度差；

S5：计算下一个喷雾分区各个冠层分区的所需喷雾量和调风风量，其中：

喷雾量Q_i＝V_i×μ，μ为单位体积树冠所需喷雾量；

风量P_i＝V_i×k_b×k_c，

k_b为气流衰减系数；k_c为置换空间系数。

2.根据权利要求1所述的基于体积特征预判的喷雾控制方法，其特征在于：每个冠层分区对应一个调风口，每个调风口对应一个喷雾口，第i个喷雾口的量Q_li＝m+n×z，其中z为喷雾口配置的阀门的占空比，m、n为常数；

根据Q_li＝Q_i，计算下一个喷雾分区的第i个喷雾口的阀门的占空比为

根据调风口风速k_f与调风口所配置的阀门开度f_k之间的关系：k_f＝af_k+b(a、b为常数)以及风量与调风口风速k_f、调风口面积S_c的关系：k_f×S_c＝P_i，计算下一个喷雾分区所需的调风口的阀门开度：

3.根据权利要求1所述的基于体积特征预判的喷雾控制方法，其特征在于：车体行进速度通过速度编码器获得，根据喷雾机行驶距离L，确定编码器应准确产生的脉冲数N_A为：

其中，n₀为编码器旋转一周产生的脉冲数；r为编码器外接轮的直径；P为编码器外接轮与喷雾机车体滑移率；

则速度编码器产生N_A个脉冲的时间即为所述时间t。

4.根据权利要求1所述的基于体积特征预判的喷雾控制方法，其特征在于：若距离探测点检测不到设定数值范围内的植物冠层，则下一个喷雾分区不喷雾或调风。

5.基于体积特征预判的喷雾控制系统，包括自走式喷雾机，所述喷雾机设置有喷雾口，其特征在于：还包括控制器以及分别与其连接的距离探测模块、信息采集模块、变量控制模块，所述距离探测模块设置若干组，用于对喷雾机一侧或两侧的植物冠层进行距离探测，各个距离探测模块组均自上而下设置且位于喷雾口前方一定距离，任一组喷雾口的个数与用于探测其喷雾方向的植物距离的距离探测模块组内的距离探测模块个数相同且一一平齐；还包括与所述喷雾口一一对应设置的调风口，所述调风口用于对所述喷雾口进行旁路调风，所述喷雾口和调风口均配置有阀门，所述信息采集模块用于检测所述喷雾机行进速度或距离以及调风口风速，所述变量控制模块用于驱动所述阀门。

6.根据权利要求5所述的基于体积特征预判的喷雾控制系统，其特征在于：所述调风口与其所对应的喷雾口相邻设置。

7.根据权利要求5或6所述的基于体积特征预判的喷雾控制系统，其特征在于：所述调风口与其所对应的喷雾口相邻设置，且喷雾口在前。

8.根据权利要求5所述的基于体积特征预判的喷雾控制系统，其特征在于：所述信息采集模块包括速度编码器和风速传感器，分别用于检测所述喷雾机行进速度或距离以及调风口风速。

9.根据权利要求5所述的基于体积特征预判的喷雾控制系统，其特征在于：所述调风口配置蝶阀，所述喷雾口配置电磁阀，所述变量驱动模块包括与蝶阀连接的蝶阀阀芯转动驱动装置以及与电磁阀连接的多路PWM电磁阀驱动模块。

10.根据权利要求5、6、8、9中任一项所述的基于体积特征预判的喷雾控制系统，其特征在于：还包括与控制器无线通讯的移动智能控制终端，所述移动智能控制终端具有显示模块。