CN110703661A - 一种农作物病虫害监控系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种农作物病虫害监控系统，包括无人机、机器人以及中央处理器；对农作物进行监控时执行以下步骤：S1第一次信息采集；S2第二次信息采集；S3第一次喷药；S4第三次信息采集；S5第二次喷药；S6第四次信息采集；S7人工检查；S8第三次喷药；S9第五次信息采集；S10定时监测；本发明的有益效果为：本发明通过无人机对农作物进行俯拍，对俯拍的图像进行分析如果有病虫害则进行第一次喷药，若没有病虫害则使用机器人进入农田对农作物进行平拍；从多个角度对农作物是否有病虫害作出信息采取并分析，使得结果更加准确；且先通过较为便捷的无人机俯拍分析是否具备病虫害更加节省时间以及成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能机器人，尤其涉及一种农作物病虫害监控系统及其控制方法。
背景技术
目前，大型农田的病虫害监控主要靠人工下农田进行检查，还有近几年发展起来的无人机监控；人工下田会增加人工成本，且人工监控会存在很多不确定性，比如工人偷懒、忽略了某区域的检查等等情况会导致人工监控的不稳定性，得到的数据可靠性低；人工喷药存在以下不利因素：药物对人体有害，会引起人体的潜在的病变危害；喷药效率低下，人工喷药不仅消耗体力，更耽误时间；药物利用率低，人工喷药会造成喷药不均匀，药物滴漏等问题，导致药物的浪费；
有一些智能监控应用在农田方面，但这些监控系统存在不少弊端：例如人工控制步骤多，不能够自主完成监控拍摄分析全过程；病虫害识别不准确，导致喷药不具备针对性，造成浪费且效果不好；工作方式不符合现在农田的标准。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种农作物病虫害监控系统。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种农作物病虫害监控系统，包括无人机、机器人以及中央处理器；对农作物进行监控时执行以下步骤：
S1第一次信息采集
无人机对农田内的农作物进行俯拍，并对拍摄到的图像传输到中央处理器，进行分析是否有病虫害；否则执行S2，是则执行S3；
S2第二次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像传输到中央处理器，进行分析是否有病虫害；否则执行S10，有病虫害则执行S3；
S3第一次喷药
通过无人机对农作物进行区域喷药；
S4第三次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S5；
S5第二次喷药
中央处理器对S4中采集的信息进行分析，得到农田内不同区域的农作物病虫害程度，机器人对病虫害程度不同的区域喷洒不同剂量的农药；
S6第四次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S7；
S7人工检查
人工对农田进行实地检查，分析农作物病虫害得到农田不同区域病虫害的程度，并配出针对的农药；
S8第三次喷药
根据S7中人工分析得到的农田不同区域病虫害的程度，机器人对病虫害程度不同的区域喷洒不同剂量的农药；
S9第五次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S7；
S10定时监测
定时通过机器人对农田内的农作物进行检测，是否出现原病虫害加重情况或新的病虫害；是则执行S7，否则执行S10。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括用于机器人行走的轨道；所述轨道包括若干根沿X方向上放置的的横轨以及若干根沿Y方向上放置的纵轨，将农田分隔成若干区域；以建立成的矩形轨道四角中任意一角为原点建立坐标系，横轨的编号为Ay，原点所在横轨的编号A0，原点沿Y方向第一条横轨的编号A1、第二条横轨的编号A2，以此类推，第y条横轨的编号为Ay；纵轨的编号为Bx，原点所在纵轨的编号B0，原点沿X方向第一条纵轨的编号B1、第二条纵轨的编号B2，以此类推，第x条纵轨的编号为 Bx；横轨与纵轨每个交叉点编号为ixy；机器人在轨道上的位置编号为jst； s等于机器人所在交叉点编号ixy中的x，t等于机器人所在交叉点编号ixy中的y
作为上述技术方案的进一步改进，机器人初始位置设置在原点处，机器人运动的路径为沿X方向在横轨A0上运动，当运动到横轨A0另一端时，监控机器人沿Y方向在纵轨Bx上运动至横轨A1上，再沿横轨A1运动至横轨A1另一端，再沿Y方向在纵轨上B0运动至横轨A2上，直至机器人将横轨Ay走完。
作为上述技术方案的进一步改进，所述轨道设置在农作物上方，轨道的水平高度高于农作物的水平高度，且高出的范围设置在0.5-1米，所述机器人设置在轨道下方；所述机器人与轨道之间设置有伸缩杆，所述伸缩杆与中央处理器电性连接，通过中央处理器控制伸缩杆的伸缩实现机器人在处于农作物上方或处于农作物下方的位置切换。
作为上述技术方案的进一步改进，相邻的横轨之间的间距等于相邻的纵轨之间的间距，且设置在1-2米的范围内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述机器人包括喷药模块；所述喷药模块与中央处理器电性连接；所述喷药模块包括若干个上喷头、若干个平喷头以及若干个下喷头；上喷头相对于水平方向倾斜向上喷药，平喷头相对于水平方向水平喷药，下喷头相对于水平方向倾斜向下喷药；每个喷头能够单独开启进行喷药。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括：供电模块、图像处理模块、自身状态检测模块以及行驶模块；所述供电模块、图像处理模块、自身状态检测模块以及行驶模块与中央处理器电性连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述图像处理模块包括云台摄像头、图像采集卡以及图像处理软件；云台摄像头安装在无人机以及机器人上，用于对农作物进行拍摄，通过图像采集卡和图像处理软件应用支持向量机 (SVM)处理农作物的图像，提取到农作物以及病虫害的重要外观特征与数据库中存储的农作物图像特征信息进行对比，判断出农作物和病虫害的种类以及数量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述供电模块包括太阳能电池板、DC/DC变换器以及锂离子电池组；所述的太阳能发电模块实现太阳能转化为电能，采用太阳能电池板采集阳光对太阳能进行转化，通过DC/DC变换器将太阳能电池板转化来的不稳定的直流电转换成稳定的直流电流储存在锂离子电池组中；所述锂离子电池组能够拆下进行充电。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过无人机对农作物进行俯拍，对俯拍的图像进行分析如果有病虫害则进行第一次喷药，若没有病虫害则使用机器人进入农田对农作物进行平拍；从多个角度对农作物是否有病虫害作出信息采取并分析，使得结果更加准确；且先通过较为便捷的无人机俯拍分析是否具备病虫害更加节省时间以及成本；
2、本发明通过在农田间设置轨道，使机器人通过既定路线进行拍摄，根据不同农作物及所处的不同生长时期和不同的病虫害及其害情程度来合理控制喷药量，代替人智能完成对农田农作物的整个喷药过程；
3、机器人设置有若干个上喷头、若干个平喷头以及若干个下喷头；每个喷头能够单独开启进行喷药；实现对农作物上部分、中部分以及下部分喷药，针对不同的病虫害发生在不同的区域进行针对喷药，提高农药的综合利用效率，降低农药喷洒量以及农药残留量；
4、机器人针对不同区域病虫害程度不同来进行不同剂量的喷药，减少了药物的浪费，降低了农作物上的药物残留，大大提高了工作效率和药物利用率，环保节能，减少了人的体力劳动，使人不受药物的危害。
附图说明
图1为本发明中针对农田建立的坐标系示意图；
图2为本发明的流程图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种农作物病虫害监控系统，包括无人机、机器人以及中央处理器；对农作物进行监控时执行以下步骤：
S1第一次信息采集
无人机对农田内的农作物进行俯拍，并对拍摄到的图像传输到中央处理器，进行分析是否有病虫害；否则执行S2，是则执行S3；
通过无人机对农田内的农作物进行俯拍，判断农作物与病虫害的种类以及数量；得到整个农田表面是否出现病虫害，若发现病虫害，说明病虫害程度较严重，应在分析病虫害种类后进行喷药；若没有发现，则需要对农作物进行进一步的检查，以确保农作物的健康。
S2第二次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像传输到中央处理器，进行分析是否有病虫害；则执行S10，是则执行S3；
相对于无人机俯拍的图像，利用机器人进入到农田内进行近距离平拍得来的图像更精准，避免俯拍拍不到叶片以下的区域，使根据得来的图像分析出的数据更具有代表性，更准确；
S3第一次喷药
通过无人机对农作物进行区域喷药；喷药速度快，效率高；喷药无人机可以装载30公斤农药，在3到15米的低空喷洒农药，一次飞行可以喷洒10至15亩地，喷药速度快，效率高，很大程度上提高了作业效率，减轻劳动压力；防治效果好，安全性高；喷药无人机采用智能操控，中央处理器通过GPS定位对其实施控制，其旋翼下的气流可使药液穿透到作物各个层面，减少防治死角，同时远距离操控施药大大提高了农药喷洒的安全性，避免了农药中毒；降低成本，减少污染。
S4第三次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S5；在喷药后对农作物进行检查，判断农作物病虫害是否得到抑制。
S5第二次喷药
中央处理器对S4中采集的信息进行分析，得到农田内不同区域的农作物病虫害程度，机器人对病虫害程度不同的区域喷洒不同剂量的农药；机器人在农作物之间进行喷药，能够近距离进行喷药，相比于无人机喷药更加精准，效果更好。
S6第四次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S7；
S7人工检查
人工对农田进行实地检查，分析农作物病虫害得到农田不同区域病虫害的程度，并配出针对的农药；
S8第三次喷药
根据S7中人工分析得到的农田不同区域病虫害的程度，机器人对病虫害程度不同的区域喷洒不同剂量的农药；在第二次喷药后一段时间内，有部分区域的病虫害可能复发，此时针对病虫害程度的不同，对所在区域的农作物喷洒不同剂量的农药更节省农药且环保；
S9第五次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S7；
S10定时监测
定时通过机器人对农田内的农作物进行检测，是否出现原病虫害加重情况或新的病虫害；是则执行S7，否则执行S10。
还包括用于机器人行走的轨道；所述轨道包括若干根沿X方向上放置的的横轨以及若干根沿Y方向上放置的纵轨，将农田分隔成若干区域；以建立成的矩形轨道四角中任意一角为原点建立坐标系，横轨的编号为Ay，原点所在横轨的编号A0，原点沿Y方向第一条横轨的编号A1、第二条横轨的编号A2，以此类推，第y条横轨的编号为Ay；纵轨的编号为Bx，原点所在纵轨的编号B0，原点沿X方向第一条纵轨的编号B1、第二条纵轨的编号 B2，以此类推，第x条纵轨的编号为Bx；横轨与纵轨每个交叉点编号为ixy；机器人在轨道上的位置编号为jst；s等于机器人所在交叉点编号ixy中的x， t等于机器人所在交叉点编号ixy中的y。
机器人初始位置设置在原点处，机器人运动的路径为沿X方向在横轨 A0上运动，当运动到横轨A0另一端时，监控机器人沿Y方向在纵轨Bx上运动至横轨A1上，再沿横轨A1运动至横轨A1另一端，再沿Y方向在纵轨上B0运动至横轨A2上，直至机器人将横轨Ay走完。
机器人在横轨上运动时进行拍摄以及喷药等操作，通过纵轨进行转移到相邻的横轨上，保证机器人能够在所有的横轨上运动，进行拍摄以及喷药等操作。
所述轨道设置在农作物上方，轨道的水平高度高于农作物的水平高度，且高出的范围设置在0.5-1米，所述机器人设置在轨道下方；所述机器人与轨道之间设置有伸缩杆，所述伸缩杆与中央处理器电性连接，通过中央处理器控制伸缩杆的伸缩实现机器人在处于农作物上方或处于农作物下方的位置切换；使机器人能够在高于农作物0.5-1米的位置对农作物上部分进行喷药，也能够通过中央处理器控制伸缩杆的伸缩实现机器人下降至农作物下方对农作物的茎部、根部进行喷药。
相邻的横轨之间的间距等于相邻的纵轨之间的间距，且设置在1-2米的范围内；根据农作物的种类以及农作物之间的间隔设置相邻轨道之间的间距，使得机器人喷药能够覆盖到所有农作物。
所述机器人包括喷药模块；所述喷药模块与中央处理器电性连接；所述喷药模块包括若干个上喷头、若干个平喷头以及若干个下喷头；上喷头相对于水平方向倾斜向上喷药，平喷头相对于水平方向水平喷药，下喷头相对于水平方向倾斜向下喷药；每个喷头能够单独开启进行喷药；实现对农作物上部分、中部分以及下部分喷药，针对不同的病虫害发生在不同的区域进行针对喷药，提高农药的综合利用效率，降低农药喷洒量以及农药残留量。
还包括：供电模块、图像处理模块、自身状态检测模块以及行驶模块；所述供电模块、图像处理模块、自身状态检测模块以及行驶模块与中央处理器电性连接；
所述图像处理模块包括云台摄像头、图像采集卡以及图像处理软件；云台摄像头安装在无人机以及机器人上，用于对农作物进行拍摄，通过图像采集卡和图像处理软件应用支持向量机(SVM)处理农作物的图像，提取到农作物以及病虫害的重要外观特征与数据库中存储的农作物图像特征信息进行对比，判断出农作物和病虫害的种类以及数量。
所述供电模块包括太阳能电池板、DC/DC变换器以及锂离子电池组；所述的太阳能发电模块实现太阳能转化为电能，采用太阳能电池板采集阳光对太阳能进行转化，通过DC/DC变换器将太阳能电池板转化来的不稳定的直流电转换成稳定的直流电流储存在锂离子电池组中；所述锂离子电池组能够拆下进行充电；实现在天气晴朗的状态下通过太阳能发电自给自足，并将多余的部分存储到锂电池内，以供天气不好时使用；同时在长时间的天气不好时可以将锂电池拆下进行充电后再使用。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：包括无人机、机器人以及中央处理器；对农作物进行监控时执行以下步骤：
S1第一次信息采集
无人机对农田内的农作物进行俯拍，并对拍摄到的图像传输到中央处理器，进行分析是否有病虫害；否则执行S2，是则执行S3；
S2第二次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像传输到中央处理器，进行分析是否有病虫害；否则执行S10，有病虫害则执行S3；
S3第一次喷药
通过无人机对农作物进行区域喷药；
S4第三次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S5；
S5第二次喷药
中央处理器对S4中采集的信息进行分析，得到农田内不同区域的农作物病虫害程度，机器人对病虫害程度不同的区域喷洒不同剂量的农药；
S6第四次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S7；
S7人工检查
人工对农田进行实地检查，分析农作物病虫害得到农田不同区域病虫害的程度，并配出针对的农药；
S8第三次喷药
根据S7中人工分析得到的农田不同区域病虫害的程度，机器人对病虫害程度不同的区域喷洒不同剂量的农药；
S9第五次信息采集
机器人对农田内的农作物进行平拍，并对拍摄到的图像进行分析病虫害是否得到抑制；是则执行S10，否则执行S7；
S10定时监测
定时通过机器人对农田内的农作物进行检测，是否出现原病虫害加重情况或新的病虫害；是则执行S7，否则执行S10。
2.根据权利要求1所述的一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：还包括用于机器人行走的轨道；所述轨道包括若干根沿X方向上放置的的横轨以及若干根沿Y方向上放置的纵轨，将农田分隔成若干区域；以建立成的矩形轨道四角中任意一角为原点建立坐标系，横轨的编号为Ay，原点所在横轨的编号A0，原点沿Y方向第一条横轨的编号A1、第二条横轨的编号A2，以此类推，第y条横轨的编号为Ay；纵轨的编号为Bx，原点所在纵轨的编号B0，原点沿X方向第一条纵轨的编号B1、第二条纵轨的编号B2，以此类推，第x条纵轨的编号为Bx；横轨与纵轨每个交叉点编号为ixy；机器人在轨道上的位置编号为jst；s等于机器人所在交叉点编号ixy中的x，t等于机器人所在交叉点编号ixy中的y。
3.根据权利要求2所述的一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：机器人初始位置设置在原点处，机器人运动的路径为沿X方向在横轨A0上运动，当运动到横轨A0另一端时，监控机器人沿Y方向在纵轨Bx上运动至横轨A1上，再沿横轨A1运动至横轨A1另一端，再沿Y方向在纵轨上B0运动至横轨A2上，直至机器人将横轨Ay走完。
4.根据权利要求2或3所述的一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：所述轨道设置在农作物上方，轨道的水平高度高于农作物的水平高度，且高出的范围设置在0.5-1米，所述机器人设置在轨道下方；所述机器人与轨道之间设置有伸缩杆，所述伸缩杆与中央处理器电性连接，通过中央处理器控制伸缩杆的伸缩实现机器人在处于农作物上方或处于农作物下方的位置切换。
5.根据权利要求4所述的一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：相邻的横轨之间的间距等于相邻的纵轨之间的间距，且设置在1-2米的范围内。
6.根据权利要求1所述的一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：所述机器人包括喷药模块；所述喷药模块与中央处理器电性连接；所述喷药模块包括若干个上喷头、若干个平喷头以及若干个下喷头；上喷头相对于水平方向倾斜向上喷药，平喷头相对于水平方向水平喷药，下喷头相对于水平方向倾斜向下喷药；每个喷头能够单独开启进行喷药。
7.根据权利要求1所述的一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：还包括：供电模块、图像处理模块、自身状态检测模块以及行驶模块；所述供电模块、图像处理模块、自身状态检测模块以及行驶模块与中央处理器电性连接。
8.根据权利要求7所述的一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：所述图像处理模块包括云台摄像头、图像采集卡以及图像处理软件；云台摄像头安装在无人机以及机器人上，用于对农作物进行拍摄，通过图像采集卡和图像处理软件应用支持向量机(SVM)处理农作物的图像，提取到农作物以及病虫害的重要外观特征与数据库中存储的农作物图像特征信息进行对比，判断出农作物和病虫害的种类以及数量。
9.根据权利要求7所述的一种农作物病虫害监控系统，其特征在于：所述供电模块包括太阳能电池板、DC/DC变换器以及锂离子电池组；所述的太阳能发电模块实现太阳能转化为电能，采用太阳能电池板采集阳光对太阳能进行转化，通过DC/DC变换器将太阳能电池板转化来的不稳定的直流电转换成稳定的直流电流储存在锂离子电池组中；所述锂离子电池组能够拆下进行充电。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111557290A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-21 | 唐山哈船科技有限公司 | 一种基于无人机的农业除虫装置及方法 |
| CN111563625A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-21 | 山东贵合信息科技有限公司 | 一种基于物联网对农作物喷洒药物的方法、装置及介质 |
| CN113640288A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-11-12 | 盐城思源网络科技有限公司 | 一种基于第一视角的农田智能远程监测系统 |
| CN115291541A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-11-04 | 聊城市农业技术推广服务中心(聊城市绿色农业发展服务中心) | 一种农作物病虫害监测系统与方法 |
-
2019
- 2019-10-29 CN CN201911034157.5A patent/CN110703661A/zh not_active Withdrawn
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