CN108805410B - 植保无人机作业效果评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植保无人机作业效果评价方法，包括机载作业信息采集装置、云服务器和智能终端；机载作业信息采集装置安装在植保无人机上并用于测量植保无人机的飞行状态信息并将飞行状态信息发送到云服务器，云服务器用于根据飞行状态信息计算喷洒效果参数，智能终端用于登录云服务器从而查看喷洒效果参数；飞行状态信息包括植保无人机的飞行轨迹点的坐标信息，喷洒效果参数包括有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率；本发明能准确计算出植保无人机的有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率等喷洒效果参数，从而评价植保无人机的作业效率和效果。

Description

植保无人机作业效果评价方法
技术领域
本发明属于植保无人机技术领域，具体涉及一种植保无人机作业效果评价方法。
背景技术
近年来，随着农业无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的出现，航空植保领域的研究与应用越来越广泛。当前，植保无人飞机发展迅速，尤其是在中国、日本、韩国等东亚地区。无人飞机在植保作业时，机具的作业效果和效率关系到生产成本和农田增收，直接影响农民使用无人机的积极性。
因此急需发明一种植保无人机作业效果评价方法来计算有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率等喷洒效果参数从而来评价植保无人机的作业效率和效果，从而为植保无人机的后续改进工作的开展奠定基础。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种植保无人机作业效果评价方法，本植保无人机作业效果评价方法能准确计算出植保无人机的有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率等喷洒效果参数，从而评价植保无人机的作业效率和效果。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种植保无人机作业效果评价方法，包括作业效果评价系统，所述作业效果评价系统包括机载作业信息采集装置、云服务器和智能终端；所述机载作业信息采集装置安装在植保无人机上并用于测量植保无人机的飞行状态信息并将飞行状态信息通过4G无线网络发送到云服务器，云服务器用于根据飞行状态信息计算喷洒效果参数，智能终端用于登录云服务器从而查看喷洒效果参数；所述飞行状态信息包括植保无人机的飞行轨迹点的坐标信息，所述喷洒效果参数包括有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率；
具体包括以下步骤：
(1)机载作业信息采集装置记录植保无人机的作业幅宽、采集植保无人机的飞行轨迹点的坐标以及统计植保无人机的作业班次时间，并将植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间发送到云服务器；
(2)云服务器根据植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间计算作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积；
(3)云服务器根据步骤(2)计算的结果统计作业班次时间内的总喷洒面积，并根据植保无人机的总喷洒面积计算植保无人机的有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述步骤(3)包括：
(a)作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积依次为S1,S2,…,SN，通过布尔运算，得到喷洒作业班次时间内的总喷洒面积SA:
SA＝S1∪S2∪S3∪…∪SN,
(b)顺序连接植保无人机需要喷洒的作业面的每个顶点从而得到需要喷洒的作业面的几何面积SF，则喷洒作业的有效面积为：
Sv＝SF∩SA,
则漏喷面积Sm和重喷面积So分别为：
Sm＝SF-SV,So＝(S1∩SA)∪(S2∩SA)∪...∪(SN∩SA),
则有效喷洒率ηv、漏喷率ηm和重喷率ηo分别为：
Figure BDA0001658064930000021
则班次时间小时生产率为：
Figure BDA0001658064930000022
其中Wb为班次时间小时生产率，Tb为作业班次时间；
则纯喷药时间小时生产率为：
Figure BDA0001658064930000023
其中Ws纯喷药小时生产率，Ts为纯喷药时间；
则时间利用率为：
Figure BDA0001658064930000024
其中ηT为时间利用率；
则使用可靠性系数为：
Figure BDA0001658064930000031
其中τk为使用可靠性系数；Tg为故障时间；
则劳动生产率为：
Figure BDA0001658064930000032
其中Gj为劳动生产率，Aj为机组作业人数。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤(1)包括：
(a)所述机载作业信息采集装置包括定位天线、定位模块和主控单元；所述定位模块通过两个定位天线分别采集植保无人机的喷杆的两端的坐标并发送到主控模块，主控单元根据植保无人机的喷杆的两端的坐标计算植保无人机的飞行轨迹点的坐标，所述飞行轨迹点的坐标为两个定位天线检测的两个坐标点连线的中点坐标；
(b)所述机载作业信息采集装置的主控单元采集植保无人机内部液泵的工作状态从而统计植保无人机的作业班次时间；
(c)所述机载作业信息采集装置记录植保无人机的作业幅宽并将植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间发送到云服务器。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤(2)包括：
(a)根据作业班次时间内每一个作业时刻植保无人机的喷杆的延伸方向与飞行轨迹线的夹角、作业幅宽和飞行轨迹点的坐标计算作业班次时间内每一个作业时刻的轨迹点对应的两个喷洒端点的坐标；
(b)连接作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点的喷洒端点，得到四边形的喷洒形状，计算四边形的喷洒形状的面积从而得到班次作业时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积。
本发明的有益效果为：本发明通过植保无人机作业效果评价方法能有效并准确的计算出植保无人机的有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率等喷洒效果参数，从而实现对植保无人机的作业效率和效果的评价，为植保无人机的后续改进工作的开展奠定基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面根据图1和图2对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
本实施例提供的一种植保无人机作业效果评价方法，包括作业效果评价系统，参见图1，所述作业效果评价系统包括机载作业信息采集装置、云服务器和智能终端；所述机载作业信息采集装置安装在植保无人机上并用于测量植保无人机的飞行状态信息并将飞行状态信息通过4G无线网络发送到云服务器，云服务器根据飞行状态信息计算喷洒效果参数，智能终端用于登录云服务器从而查看喷洒效果参数；所述飞行状态信息包括植保无人机的飞行轨迹点，所述喷洒效果参数包括有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率。
机载作业信息采集装置精确记录植保无人机的飞机状态数据，将实时采集到的飞机状态数据，通过4G无线网络发送给云服务器。当一个飞行架次结束后，云服务器将数据汇总，并计算出喷洒效果参数，包括喷洒覆盖率、重喷漏喷率、无人机工作效率、使用可靠性等指标。用户可以通过智能终端，例如电脑或手机来直接查看喷洒情况。
参见图2，植保无人机作业效果评价方法具体包括以下步骤：
(1)注册机载作业信息采集装置，将SIM卡插入机载作业信息采集装置机盖内，机载作业信息采集装置内部设有4G通信模块和4G天线，通过4G通信模块、4G天线和SIM卡与云服务器通信连接；所述机载作业信息采集装置内部还包括两个GPS定位天线、定位模块和主控单元；
(2)将机载作业信息采集装置安装在植保无人机上，安装步骤如下：
a、将两个GPS定位天线固定到植保无人机上，即喷杆的两端且卫星信号不受遮挡的合适位置；
b、将机载作业信息采集装置的壳体固定到植保无人机上。
c、确保4G天线已旋好连接到机载作业信息采集装置上。
(3)在机载作业信息采集装置上记录植保无人机的作业幅宽，植保无人机的作业幅宽可以根据植保无人机的使用说明书得到，是已知值，机载作业信息采集装置通过定位天线采集植保无人机的飞行轨迹点的坐标以及通过主控单元统计植保无人机的作业班次时间，并将植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间发送到云服务器；
(4)云服务器根据植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间计算作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积；
(5)云服务器根据步骤(4)计算的结果统计作业班次时间内的总喷洒面积，并根据植保无人机的总喷洒面积计算植保无人机的有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率；
所述步骤(5)包括：
(a)作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积依次为S1,S2,…,SN，通过布尔运算，得到喷洒作业班次时间内的总喷洒面积SA:
SA＝S1∪S2∪S3∪…∪SN,
(b)顺序连接植保无人机需要喷洒的作业面的每个顶点从而得到需要喷洒的作业面的几何面积SF，则喷洒作业的有效面积为：
Sv＝SF∩SA,
则漏喷面积Sm和重喷面积So分别为：
Sm＝SF-SV,So＝(S1∩SA)∪(S2∩SA)∪…∪(SN∩SA),
则有效喷洒率ηv、漏喷率ηm和重喷率ηo分别为：
Figure BDA0001658064930000051
则班次时间小时生产率为：
Figure BDA0001658064930000052
其中Wb为班次时间小时生产率，Tb为作业班次时间；
则纯喷药时间小时生产率为：
Figure BDA0001658064930000053
其中Ws纯喷药小时生产率，Ts为纯喷药时间；
则时间利用率为：
Figure BDA0001658064930000054
其中ηT为时间利用率；
则使用可靠性系数为：
Figure BDA0001658064930000055
其中τk为使用可靠性系数；Tg为故障时间；
则劳动生产率为：
Figure BDA0001658064930000061
其中Gj为劳动生产率，Aj为机组作业人数。
所述的步骤(3)包括：
(a)所述定位模块通过两个定位天线分别采集作业班次时间内每一个作业时刻对应的植保无人机的喷杆的两端的坐标并发送到主控模块，主控单元根据植保无人机的喷杆的两端的坐标计算植保无人机的飞行轨迹点的坐标，所述飞行轨迹点的坐标为两个定位天线检测的两个坐标点连线的中点坐标；
(b)采用基于直流互感原理的非接触式测量方法，检测植保无人飞机内部液泵的当前工作状态。具体为：霍尔元件(磁芯线圈的非接触方法)实时检测液泵的工作电流从而检测液泵是否工作，霍尔元件将检测的信号发送到机载作业信息采集装置的主控单元内，进而实现主控单元对液泵工作状态的实时检测，统计植保无人机的作业班次时间；
(c)所述机载作业信息采集装置记录植保无人机的作业幅宽并将植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间发送到云服务器。
所述的步骤(4)包括：
(a)云服务器通过自适应高斯滤波算法对飞行轨迹点的坐标进行滤波；
ti时刻对应的轨迹点Pi的坐标x,y滤波后的值为：
Figure BDA0001658064930000062
Figure BDA0001658064930000063
其中x(ti),y(ti)分别为ti时刻的轨迹点Pi滤波前的x,y坐标，i＝0,1,2,…；σ为滤波核函数的宽带参数，根据采样频率确定；
(b)根据每一个作业时刻植保无人机的喷杆的延伸方向与飞行轨迹线的夹角、作业幅宽和飞行轨迹点的坐标计算作业班次时间内每一个作业时刻的轨迹点对应的两个喷洒端点的坐标；
定义轨迹点Pi对应的两个喷洒端点的坐标分别为
Figure BDA0001658064930000071
其中：
Figure BDA0001658064930000072
Figure BDA0001658064930000073
其中
Figure BDA0001658064930000074
wi为植保无人机的作业幅宽，θi为ti时刻喷杆的延伸方向与飞行轨迹线的夹角；飞行轨迹线为每一个轨迹点的连线；
(c)连接作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点Pi,Pi+1的喷洒端点，得到四边形的喷洒形状Pi1Pi2Pi+11Pi+12，计算四边形的喷洒形状的面积从而得到班次作业时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积；其中
Figure BDA0001658064930000075
为轨迹点Pi的坐标滤波后的值，
Figure BDA0001658064930000076
为轨迹点Pi+1的坐标滤波后的值，
Figure BDA0001658064930000077
为轨迹点Pi对应的两个喷洒端点的坐标值，
Figure BDA0001658064930000078
为轨迹点Pi+1对应的两个喷洒端点的坐标值；轨迹点Pi+1对应的两个喷洒端点的坐标值可用步骤(b)的公式得到；
则相邻的两个轨迹点Pi,Pi+1的喷洒面积为：
Figure BDA0001658064930000079
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种植保无人机作业效果评价方法，其特征在于：包括作业效果评价系统，所述作业效果评价系统包括机载作业信息采集装置、云服务器和智能终端；所述机载作业信息采集装置安装在植保无人机上并用于测量植保无人机的飞行状态信息并将飞行状态信息通过4G无线网络发送到云服务器，云服务器用于根据飞行状态信息计算喷洒效果参数，智能终端用于登录云服务器从而查看喷洒效果参数；所述飞行状态信息包括植保无人机的飞行轨迹点的坐标信息，所述喷洒效果参数包括有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率；
具体包括以下步骤：
(1)机载作业信息采集装置记录植保无人机的作业幅宽、采集植保无人机的飞行轨迹点的坐标以及统计植保无人机的作业班次时间，并将植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间发送到云服务器；
(2)云服务器根据植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间计算作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积；
(3)云服务器根据步骤(2)计算的结果统计作业班次时间内的总喷洒面积，并根据植保无人机的总喷洒面积计算植保无人机的有效喷洒率、漏喷率、重喷率、班次时间小时生产率、纯喷药时间小时生产率、时间利用率、使用可靠性系数和劳动生产率；
所述的步骤(2)包括：
(a)云服务器通过自适应高斯滤波算法对飞行轨迹点的坐标进行滤波；
ti时刻对应的轨迹点Pi的坐标x，y滤波后的值为：
Figure FDA0003293684610000011
Figure FDA0003293684610000012
其中x(ti)，y(ti)分别为ti时刻的轨迹点Pi滤波前的x，y坐标，i＝0，1，2，…；σ为滤波核函数的宽带参数，根据采样频率确定；
(b)根据每一个作业时刻植保无人机的喷杆的延伸方向与飞行轨迹线的夹角、作业幅宽和飞行轨迹点的坐标计算作业班次时间内每一个作业时刻的轨迹点对应的两个喷洒端点的坐标；
定义轨迹点Pi对应的两个喷洒端点的坐标分别为
Figure FDA0003293684610000021
其中：
Figure FDA0003293684610000022
Figure FDA0003293684610000023
其中
Figure FDA0003293684610000024
wi为植保无人机的作业幅宽，θi为ti时刻喷杆的延伸方向与飞行轨迹线的夹角；飞行轨迹线为每一个轨迹点的连线；
(c)连接作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点Pi，Pi+1的喷洒端点，得到四边形的喷洒形状Pi1Pi2Pi+11Pi+12，计算四边形的喷洒形状的面积从而得到班次作业时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积；其中
Figure FDA0003293684610000025
为轨迹点Pi的坐标滤波后的值，
Figure FDA0003293684610000026
为轨迹点Pi+1的坐标滤波后的值，
Figure FDA0003293684610000027
为轨迹点Pi对应的两个喷洒端点的坐标值，
Figure FDA0003293684610000028
为轨迹点Pi+1对应的两个喷洒端点的坐标值；轨迹点Pi+1对应的两个喷洒端点的坐标值可用步骤(b)的公式得到；
则相邻的两个轨迹点Pi，Pi+1的喷洒面积为：
Figure FDA0003293684610000029
2.根据权利要求1所述的植保无人机作业效果评价方法，其特征在于：
所述步骤(3)包括：
(a)作业班次时间内相邻作业时刻对应的两个轨迹点之间的喷洒面积依次为S1，S2，…，SN，通过布尔运算，得到喷洒作业班次时间内的总喷洒面积SA：
SA＝S1∪S2∪S3∪···∪SN，
(b)顺序连接植保无人机需要喷洒的作业面的每个顶点从而得到需要喷洒的作业面的几何面积SF，则喷洒作业的有效面积为：
Sv＝SF∩SA，
则漏喷面积Sm和重喷面积So分别为：
Sm＝SF-SV，So＝(S1∩SA)∪(S2∩SA)∪…∪(SN∩SA)，
则有效喷洒率ηv、漏喷率ηm和重喷率ηo分别为：
Figure FDA0003293684610000031
则班次时间小时生产率为：
Figure FDA0003293684610000032
其中Wb为班次时间小时生产率，Tb为作业班次时间；
则纯喷药时间小时生产率为：
Figure FDA0003293684610000033
其中Ws纯喷药小时生产率，Ts为纯喷药时间；
则时间利用率为：
Figure FDA0003293684610000034
其中ηT为时间利用率；
则使用可靠性系数为：
Figure FDA0003293684610000035
其中τk为使用可靠性系数；Tg为故障时间；
则劳动生产率为：
Figure FDA0003293684610000036
其中Gj为劳动生产率，Aj为机组作业人数。
3.根据权利要求2所述的植保无人机作业效果评价方法，其特征在于：所述的步骤(1)包括：
(a)所述机载作业信息采集装置包括定位天线、定位模块和主控单元；所述定位模块通过两个定位天线分别采集植保无人机的喷杆的两端的坐标并发送到主控模块，主控单元根据植保无人机的喷杆的两端的坐标计算植保无人机的飞行轨迹点的坐标，所述飞行轨迹点的坐标为两个定位天线检测的两个坐标点连线的中点坐标；
(b)所述机载作业信息采集装置的主控单元采集植保无人机内部液泵的工作状态从而统计植保无人机的作业班次时间；
(c)所述机载作业信息采集装置记录植保无人机的作业幅宽并将植保无人机的作业幅宽、飞行轨迹点的坐标和作业班次时间发送到云服务器。
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