CN112327911A - 一种无人机农药喷洒控制方法及无人机 - Google Patents

一种无人机农药喷洒控制方法及无人机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人机农药喷洒控制方法及无人机，该方法包括：S1，无人机获取目标作业区域的图像；S2，进行图像分割，在图像边缘上选取多个边界点，依次连接多个边界点以构成闭合的待喷洒区域，并获取待喷洒区域边缘像素的坐标；S3，获取无人机采集目标作业区域图像时相对于地面的实际飞行高度，并根据边缘像素坐标以及实际飞行高度，得到边缘点的实际导航坐标；S4，以无人机喷洒作业的最大宽度为宽度的矩形区域对待喷洒区域进行划分得到若干待喷洒子区域，规划导航路线；S5，根据导航线路为待喷洒区域的对象喷洒农药，实时获取无人机位置信息，根据位置信息确定无人机所处的待喷洒子区域，从而控制相应的液泵进行喷洒。

Description

一种无人机农药喷洒控制方法及无人机
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域，特别是涉及一种植保无人机农药喷洒控制方法及无人机。
背景技术
农用无人机作为一种新型的植保机械，在农药的喷洒及病虫害的防治方面较传统机械有着突出的优势，在实际农业应用领域中有着较大的发展前景。我国既有集中的大块农田，也有数量众多的较为分散或地形特殊的小块农田，发展植保无人机具有广阔的市场需求。
随着植保无人机技术的发展，植保无人机的作业方式也由最初的半自动作业逐步向全自动作业转变。但是，目前无人机自动化作业时路径规划及喷洒控制算法较为主观，农田的多喷与漏喷现象较为严重，实际的作业效果并不理想。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种无人机农药喷洒控制方法及无人机，以优化作业区域农药喷洒策略，降低植保无人机作业时的药耗量。
为达上述及其它目的，本发明提出一种无人机农药喷洒控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，无人机获取目标作业区域的图像，所述目标作业区域中包含至少一个待喷洒区域；
步骤S2，对所述目标作业区域的图像进行图像分割，在待喷洒区域对应的图像边缘上选取多个边界点，依次连接多个边界点以构成闭合的待喷洒区域，并获取待喷洒区域的边缘像素的坐标；
步骤S3，获取无人机在该恒定飞行高度采集目标作业区域图像时相对于地面的实际飞行高度，并根据获得的待喷洒区域的边缘像素的坐标以及无人机的实际飞行高度，得到待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标；
步骤S4，以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域对待喷洒区域进行划分，得到若干待喷洒子区域，获得每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，规划导航路线；
步骤S5，无人机根据导航线路，在相对于地面的预设飞行高度为待喷洒区域的对象喷洒农药，实时获取无人机的位置信息，根据无人机的位置信息确定无人机所处的待喷洒子区域，根据所处的待喷洒子区域的不同控制相应的液泵进行喷洒工作。
优选地，于步骤S1中，所述目标作业区域的图像是由无人机通过其图像采集装置在相对水平面的恒定飞行高度采集获得。
优选地，于步骤S3中，首先无人机依据无人机通过采集目标作业区域的图像时的成像原理，计算待喷洒区域对应的图像的边缘像素中每个像素对应的地面坐标；然后根据与边缘像素中任一像素对应的地面坐标，获取与任一像素对应的地面坐标的导航坐标；最后根据获取的导航坐标和边缘像素中每个像素对应的地面坐标，确定待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标。
优选地，于步骤S4中，若所述待喷洒区域为规则区域，则通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将所述待喷洒区域划分为若干标准待喷洒子区域以及一个非标准的待喷洒子区域，所述非标准的待喷洒子区域的宽度小于Wmax。
优选地，当对规则的待喷洒区域划分后，根据待喷洒区域的边缘点导航坐标以及各待喷洒子区域的宽度Wmax确定每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，从而实现对所述待喷洒区域规划导航路线。
优选地，若待喷洒区域为规则区域为不规则区域，则通过图像分割，将所述待喷洒区域先分成若干个规则区域和若干个无法再分割的不规则区域，对于若干个无法再分割的不规则区域，则以宽度为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax的倍数的最小化矩形包围，并通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将该最小化区域划分为伪标准喷洒子区域，每个伪标准喷洒子区域中包含一个不规则的待喷洒子区域。
优选地，于步骤S5中，若判断无人机当前处于标准待喷洒子区域上方，则控制无人机的所有液泵全部工作，打开所有喷头喷洒农药；
优选地，若判断无人机当前处于非标准的待喷洒子区域上方，则根据所述非标准的待喷洒子区域的宽度确定控制无人机部分液泵工作。
优选地，若无人机处于非规则的待喷洒子区域上方，根据当前待喷洒子区域宽度确定控制无人机相应液泵工作。
本发明还提供一种无人机，包括机身以及喷药机构，喷药机构安装于机身上，至少包括储药箱、供药管路、若干液泵以及若干喷头，其中各喷头通过喷杆一字排列固定于无人机底部，所述液泵通过供药管路与储药箱相连接，并连接中心控制单元及喷头，以根据中心控制单元的控制信号控制喷头，所述中心控制单元包括：
图像采集模块，用于获取目标作业区域的图像，所述目标作业区域中包含至少一个待喷洒区域；
图像分割模块，用于对所述目标作业区域的图像进行图像分割，在待喷洒区域对应的图像边缘上选取多个边界点，依次连接多个边界点以构成闭合的待喷洒区域，并获取待喷洒区域的边缘像素的坐标；
导航坐标确定模块，用于获取无人机在该恒定飞行高度采集目标作业区域图像时相对于地面的实际飞行高度，并根据获得的待喷洒区域的边缘像素的坐标以及无人机的实际飞行高度，得到待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标；
导航路线规划模块，用于以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域对待喷洒区域进行划分，得到若干待喷洒子区域，获得每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，规划导航路线；
喷洒控制模块，用于在无人机根据导航线路，在相对于地面的预设飞行高度为待喷洒区域的对象喷洒农药时，实时获取无人机的位置信息，根据无人机的位置信息确定无人机所处的待喷洒子区域，根据判断结果控制相应的液泵进行喷洒工作。
与现有技术相比，本发明一种无人机农药喷洒控制方法及无人机通过对目标作业区域进行图像采集并分析处理，根据分析处理结果得到不同类型的待喷洒子区域，根据判断无人机的位置信息所处的待喷洒子区域的类型控制植保无人机液泵，从而控制喷头的开关，达到优化作业区域农药喷砂策略的目的。
附图说明
图1为本发明一种无人机农药喷洒控制方法的步骤流程图；
图2为本发明一种无人机的结构示意图；
图3为本发明具体实施例待喷洒区域为规则区域的无人机导航线路图；
图4为图3中非标准待喷洒子区域第五个子区域的喷洒示意图；
图5(a)与图5(b)本发明具体实施例给出的两种伪标准喷洒子区域的示意图；
图6为本发明具体实施例中无人机处于非规则的待喷洒子区域上方时的控制示意图；
图7为本发明具体实施例中无人机的内部结构框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种无人机农药喷洒控制方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种无人机农药喷洒控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，无人机获取目标作业区域的图像，所述目标作业区域中包含至少一个待喷洒区域，所述目标作业区域的图像是无人机在相对水平面的恒定飞行高度采集到的。
在本发明中，可通过在无人机上安装的图像采集装置，例如照相机，以获取目标作业区域的图像，无人机可以在目标作业区域的上空飞行来采集目标作业区域的图像，所述目标作业区域可以包括至少一个需要喷洒农药的待喷洒区域，本发明实施例中的待喷洒区域即为需要喷洒农药的农田。
优选地，对于目标作业区域比较大的，无人机无法通过单次拍摄完成目标作业区域的图像采集工作的，可以分块多次采集目标作业区域的图像，并将分块拍摄的图像进行无缝拼接得到目标作业区域的完整图像。
步骤S2，对所述目标作业区域的图像进行图像分割，在待喷洒区域对应的图像边缘上选取多个边界点，依次连接多个边界点以构成闭合的待喷洒区域，并获取待喷洒区域的边缘像素的坐标。
步骤S3，获取无人机在该恒定飞行高度采集目标作业区域图像时相对于地面的实际飞行高度，并根据获得的待喷洒区域的边缘像素的坐标以及无人机的实际飞行高度，得到待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标。
具体地说，首先可以依据无人机通过照相机采集目标作业区域的图像时的成像原理，计算待喷洒区域对应的图像的边缘像素中每个像素对应的地面坐标，需说明的是，本发明实施例中的地面坐标系的比例标尺与待喷洒区域的实际导航坐标系的比例标尺一致；然后根据与边缘像素中任一像素对应的地面坐标，获取与任一像素对应的地面坐标的导航坐标；最后根据获取的导航坐标和边缘像素中每个像素对应的地面坐标，确定待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标。
步骤S4，以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域对待喷洒区域进行划分，得到不同类型的若干待喷洒子区域，获得待喷洒子区域的关键点的导航坐标，规划导航路线。
在本发明具体实施例中，对待喷洒区域的划分分为以下两种情况：
(1)、若待喷洒区域为规则区域，则通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将待喷洒区域划分为若干标准待喷洒子区域以及一个非标准的待喷洒子区域。在本发明中，无人机搭配4个液泵和8个喷头，各喷头采用一字排列的喷头布局，每个液泵单独控制两个喷头，喷头的布局图如图2所示，搭配的4个液泵，分别命名为LP1、LP2、LP3和LP4，其中液泵LP1控制喷头1和喷头2，LP2控制喷头3和喷头4，LP3控制喷头5和喷头6，LP4控制喷头7和喷头8。假设该待喷洒区域为一规则的矩形区域，如图3所示，以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将该待喷洒区域分为5个子区域，其中第1～4子区域的宽度相同，均为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax，可称之为标准待喷洒子区域，在该标准待喷洒子区域进行喷洒工作，则无人机的所有喷头需全部参与工作，第五个子区域的宽度小于无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为非标准待喷洒子区域，此时无需所有喷头全部工作，需要通过控制无人机的液泵，从而控制相应的喷头参与工作。
当对待喷洒区域划分后，可以根据待喷洒区域的边缘点导航坐标以及各待喷洒子区域的宽度Wmax确定每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，这里的关键点导航坐标包括各待喷洒子区域的四个顶点，针对待喷洒区域规划导航路线。在本发明具体实施例中，规划的导航路线则令无人机待喷洒子区域的侧边直线飞行，相邻侧边的转弯处可呈弧线飞行，例如根据蛇形路径规划方法得到无人机的导航路线，如图3所示，但本发明不以此为限，无人机的导航线路的规划已是现有成熟技术，在此不予赘述。
(2)、若待喷洒区域为不规则区域，则通过图像分割，将待喷洒区域先分成若干个规则区域和若干个无法再分割的不规则区域，对于规则区域，则可以根据(1)中的情况进行处理，在此不予赘述，对于无法再分割不规则的区域，则以宽度为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax的倍数的最小化矩形包围该不规则区域，并通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将该最小化区域划分为伪标准喷洒子区域，每个伪标准喷洒子区域中包含了一不规则的待喷洒子区域，对于不规则的待喷洒区域，则可确定每个伪标准喷洒子区域的关键点导航坐标，针对不规则的待喷洒区域规划导航路线，同样，规划的导航路线可令无人机沿伪标准喷洒子区域的侧边直线飞行，相邻侧边的转弯处呈弧线飞行，根据蛇形路径规划方法得到无人机的导航路线。
在本发明具体实施例中，通过图像分割，将不规则的待喷洒区域分成若干个规则区域和若干个无法再分割的不规则区域，并对不规则的区域以宽度为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax的倍数的最小化矩形包围该不规则区域，并通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将该最小化区域划分为伪标准喷洒子区域。图5(a)与图5(b)给出了两种伪标准喷洒子区域的示意图，图中虚线框宽度为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax，单箭头方向为无人机飞行方向，实线封闭图形为不规则的待喷洒子区域。
步骤S5，无人机根据导航线路，在相对于地面的预设飞行高度为待喷洒区域的对象喷洒农药，实时获取无人机的位置信息，根据无人机的位置信息确定无人机所处的待喷洒子区域，根据所处的待喷洒子区域的类型控制相应的液泵进行喷洒工作。
在本发明具体实施例中，无人机在飞行过程中实时获取自身的位置信息，根据获得的位置信息判断无人机当前所处的待喷洒子区域，分为以下三种情况：
1、若判断结果为无人机当前处于标准待喷洒子区域上方，则控制无人机的所有液泵全部工作，即打开所有喷头喷洒农药；
2、当判断结果为无人机当前处于非标准的待喷洒子区域上方时，由于非标准的待喷洒子区域的宽度小于无人机喷洒作业的最大宽度Wmax，如果全部打开喷头喷洒，则有些喷头喷洒的地方则肯定不属于待喷洒子区域，造成浪费，因而可以根据所述非标准的待喷洒子区域的宽度控制无人机部分液泵工作，从而打开相应喷头喷洒，避免浪费，如图4为图3中非标准待喷洒子区域第五个子区域的喷洒示意图，其中黑圆点表示无人机各喷头投影位置，当无人机的导航线路处于第五子区域上方时，根据定位的位置信息判断出无人机落在第五子区域上方，则根据该第五子区域的宽度，确定喷头1～6落在第5子区域内，喷头7～8落在第5子区域外，从而通过液泵LP1～LP3控制喷头1～6工作，通过液泵LP4控喷头7～8停止工作；
3、当判断结果为无人机当前处于非规则的待喷洒子区域上方时，实时根据该无人机的定位信息获得该待喷洒子区域中对应的边缘点的坐标以确定该待喷洒子区域的宽度，根据该待喷洒子区域的宽度控制无人机部分液泵工作，以仅打开相应喷头喷洒，如图5(a)所示，其中黑圆点表示无人机各喷头投影位置，当无人机根据导航线路处于图5(a)上方时，根据当前的该待喷洒子区域的宽度确定仅需喷头1～4工作，则通过液泵LP1～LP2控制喷头1～4工作，控制喷头5～8停止工作，当无人机根据导航线路处于图5(b)上方时，根据当前的该待喷洒子区域的宽度确定需喷头1～6工作，则通过液泵LP1～LP3控制喷头1～6工作，控制喷头7～8停止工作。在本发明具体实施例中，假设Wmax为无人机喷洒作业的最大宽度，一共8个喷头，则每两个喷头之间的间距为Wmax/7，x为通过图像分析获得的当前不规则的待喷洒子区域的宽度，如图6所示，则当无人机处于非规则的待喷洒子区域上方时的控制过程如下：
Figure BDA0002749400290000081
Figure BDA0002749400290000082
Figure BDA0002749400290000083
Figure BDA0002749400290000084
如果当前待喷洒子区域宽度为
Figure BDA0002749400290000091
则控制液泵LP1工作，从而控制喷头1～2工作；如果当前待喷洒子区域宽度
Figure BDA0002749400290000092
控制液泵LP1和LP2工作，从而控制喷头1～4工作；如果当前待喷洒子区域宽度
Figure BDA0002749400290000093
控制液泵LP1～LP3工作，从而控制喷头1～6工作；如果当前待喷洒子区域宽度
Figure BDA0002749400290000094
控制液泵LP1～LP4工作，从而控制喷头1～8工作。
参考图2，本发明公开的一种无人机，包括机身以及喷药机构，喷药机构安装于机身上，至少包括储药箱、供药管路、若干液泵以及若干喷头，其中各喷头通过喷杆一字排列固定于无人机，液泵通过供药管路与储药箱相连接，并连接中心控制单元及喷头，以根据中心控制模块的控制信号控制喷头，喷头的数量应大于或至少等于液泵的数量，在本发明具体实施例，喷头的数量为液泵的两倍，即每个液泵控制两个喷头，如图2所示，所述喷药机构包括4个液泵，分别命名为LP1、LP2、LP3和LP4，其中液泵LP1控制喷头1和喷头2，LP2控制喷头3和喷头4，LP3控制喷头5和喷头6，LP4控制喷头7和喷头8。
如图7所示，所述无人机的中心控制单元还包括：
图像采集模块701，用于获取目标作业区域的图像，所述目标作业区域中包含至少一个待喷洒区域，所述目标作业区域的图像是无人机在相对水平面的恒定飞行高度采集到的。
在本发明中，无人机可通过在无人机上安装的图像采集装置，例如照相机，以获取目标作业区域的图像，无人机可以在目标作业区域的上空飞行来采集目标作业区域的图像，所述目标作业区域可以包括至少一个需要喷洒农药的待喷洒区域，本发明实施例中的待喷洒区域即为需要喷洒农药的农田。
优选地，对于目标作业区域比较大的，无人机无法通过单次拍摄完成目标作业区域的图像采集工作的，可以分块多次采集目标作业区域的图像，并将分块拍摄的图像进行无缝拼接得到目标作业区域的完整图像。
图像分割模块702，用于对所述目标作业区域的图像进行图像分割，在待喷洒区域对应的图像边缘上选取多个边界点，依次连接多个边界点以构成闭合的待喷洒区域，并获取待喷洒区域的边缘像素的坐标。
导航坐标确定模块703，用于获取无人机在该恒定飞行高度采集目标作业区域图像时相对于地面的实际飞行高度，并根据获得的待喷洒区域的边缘像素的坐标以及无人机的实际飞行高度，得到待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标。
具体地说，首先导航坐标确定模块703可以依据通过照相机采集目标作业区域的图像时的成像原理，计算待喷洒区域对应的图像的边缘像素中每个像素对应的地面坐标，需说明的是，本发明实施例中的地面坐标系的比例标尺与待喷洒区域的实际导航坐标系的比例标尺一致；然后根据与边缘像素中任一像素对应的地面坐标，获取与任一像素对应的地面坐标的导航坐标；最后根据获取的导航坐标和边缘像素中每个像素对应的地面坐标，确定待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标。
导航路线规划模块704，用于以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域对待喷洒区域进行划分，得到若干待喷洒子区域，获得每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，规划导航路线。
在本发明具体实施例中，对待喷洒区域的划分分为以下两种情况：
(1)、若待喷洒区域为规则区域，则通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将待喷洒区域划分为若干标准待喷洒子区域以及一个非标准的待喷洒子区域，假设该待喷洒区域为一规则的矩形区域，如图3所示，以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将该待喷洒区域分为5个子区域，其中第1～4子区域的宽度相同，均为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax，可称之为标准待喷洒子区域，在该标准待喷洒子区域进行喷洒工作，则无人机的所有喷头全部参与工作，第五个子区域的宽度小于无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为非标准待喷洒子区域，此时无需所有喷头全部工作，需要通过控制无人机的液泵，从而控制相应的喷头参与工作。
当对待喷洒区域划分后，可以根据待喷洒区域的边缘点导航坐标以及各待喷洒子区域的宽度Wmax确定每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，这里的关键点导航坐标包括各待喷洒子区域的四个顶点，针对待喷洒区域规划导航路线。在本发明具体实施例中，规划的导航路线则令无人机待喷洒子区域的侧边直线飞行，相邻侧边的转弯处可呈弧线飞行，可根据蛇形路径规划方法得到无人机的导航路线，如图3所示。
(2)、若待喷洒区域为不规则区域，则通过图像分割，将待喷洒区域先分成若干个规则区域和若干个不可再分割的不规则区域，对于规则区域，则可以根据(1)中的情况进行处理，在此不予赘述，对于不规则的区域，则以宽度为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为倍数的最小化矩形包围该不规则区域，并通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将该最小化区域划分为伪标准喷洒子区域，每个伪标准喷洒子区域中包含不规则的待喷洒子区域，对于不规则的待喷洒区域，则可确定每个伪标准喷洒子区域的关键点导航坐标，针对不规则的待喷洒区域规划导航路线，同样，规划的导航路线可令无人机沿伪标准喷洒子区域的侧边直线飞行，相邻侧边的转弯处呈弧线飞行，根据蛇形路径规划方法得到无人机的导航路线。
在本发明具体实施例中，通过图像分割，将不规则的待喷洒区域分成若干个规则区域和若干个不规则不可再分割的区域，并对不规则的不可再分割的区域以宽度为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为倍数的最小化矩形包围该不规则区域，并通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将该最小化区域划分为伪标准喷洒子区域。图5(a)与图5(b)给出了两种伪标准喷洒子区域的示意图，图中虚线框宽度为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax，单箭头方向为无人机飞行方向，实线封闭图形为不规则的待喷洒子区域。
喷洒控制模块705，用于在无人机根据导航线路，在相对于地面的预设飞行高度为待喷洒区域的对象喷洒农药时，实时获取无人机的位置信息，根据无人机的位置信息确定无人机所处的待喷洒子区域，根据判断结果控制相应的液泵进行喷洒工作。
在本发明具体实施例中，无人机在飞行过程中实时获取自身的位置信息，根据获得的位置信息判断无人机当前所处的待喷洒子区域，分为以下三种情况：
1、若判断结果为无人机当前处于标准待喷洒子区域上方，则控制无人机的所有液泵全部工作，即打开所有喷头喷洒农药；
2、当判断结果为无人机当前处于非标准的待喷洒子区域上方时，由于非标准的待喷洒子区域的宽度小于无人机喷洒作业的最大宽度Wmax，如果全部打开喷头喷洒，则有些喷头喷洒的地方则肯定不属于待喷洒子区域，造成浪费，因而可以根据所述非标准的待喷洒子区域的宽度控制无人机部分液泵工作，从而打开相应喷头喷洒，避免浪费，如图4为图3中非标准待喷洒子区域第五个子区域的喷洒示意图，其中黑圆点表示无人机各喷头投影位置，当无人机的导航线路处于第五子区域上方时，根据定位的位置信息判断出无人机落在第五子区域上方，则根据该第五子区域的宽度，确定喷头1～6落在第5子区域内，喷头7～8落在第5子区域外，从而通过液泵LP1～LP3控制喷头1～6工作，通过液泵LP4控喷头7～8停止工作；
3、当判断结果为无人机当前处于非规则的待喷洒子区域上方时，实时根据该无人机的定位信息获得该待喷洒子区域中对应的边缘点的坐标以确定该待喷洒子区域的宽度，根据该待喷洒子区域的宽度控制无人机部分液泵工作，以仅打开相应喷头喷洒，如图5(a)所示，其中黑圆点表示无人机各喷头投影位置，当无人机根据导航线路处于图5(a)上方时，根据当前的该待喷洒子区域的宽度确定仅需喷头1～4工作，则通过液泵LP1～LP2控制喷头1～4工作，控制喷头5～8停止工作，当无人机根据导航线路处于图5(b)上方时，根据当前的该待喷洒子区域的宽度确定需喷头1～6工作，则通过液泵LP1～LP3控制喷头1～6工作，控制喷头7～8停止工作。在本发明具体实施例中，假设Wmax为无人机喷洒作业的最大宽度，一共8个喷头，则每两个喷头之间的间距为Wmax/7，x为通过图像分析获得的当前不规则的待喷洒子区域的宽度，当无人机处于非规则的待喷洒子区域上方时的控制过程如下：
Figure BDA0002749400290000131
Figure BDA0002749400290000132
Figure BDA0002749400290000133
Figure BDA0002749400290000134
如果当前待喷洒子区域宽度为
Figure BDA0002749400290000135
则控制液泵LP1工作，从而控制喷头1～2工作；如果当前待喷洒子区域宽度
Figure BDA0002749400290000136
控制液泵LP1和LP2工作，从而控制喷头1～4工作；如果当前待喷洒子区域宽度
Figure BDA0002749400290000137
控制液泵LP1～LP3工作，从而控制喷头1～6工作；如果当前待喷洒子区域宽度
Figure BDA0002749400290000138
控制液泵LP1～LP4工作，从而控制喷头1～8工作。
综上所述，本发明一种无人机农药喷洒控制方法及无人机通过对目标作业区域进行图像采集并分析处理，根据分析处理结果得到不同类型的待喷洒子区域，根据判断无人机的位置信息所处的待喷洒子区域的类型控制植保无人机液泵，从而控制喷头的开关，达到优化作业区域农药喷砂策略的目的。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种无人机农药喷洒控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，无人机获取目标作业区域的图像，所述目标作业区域中包含至少一个待喷洒区域；
步骤S2，对所述目标作业区域的图像进行图像分割，在待喷洒区域对应的图像边缘上选取多个边界点，依次连接多个边界点以构成闭合的待喷洒区域，并获取待喷洒区域的边缘像素的坐标；
步骤S3，获取无人机在该恒定飞行高度采集目标作业区域图像时相对于地面的实际飞行高度，并根据获得的待喷洒区域的边缘像素的坐标以及无人机的实际飞行高度，得到待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标；
步骤S4，以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域对待喷洒区域进行划分，得到若干待喷洒子区域，获得每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，规划导航路线；
步骤S5，无人机根据导航线路，在相对于地面的预设飞行高度为待喷洒区域的对象喷洒农药，实时获取无人机的位置信息，根据无人机的位置信息确定无人机所处的待喷洒子区域，根据所处的待喷洒子区域的不同控制相应的液泵进行喷洒工作。
2.如权利要求1所述的一种无人机农药喷洒控制方法，其特征在于：于步骤S1中，所述目标作业区域的图像是由无人机通过其图像采集装置在相对水平面的恒定飞行高度采集获得。
3.如权利要求2所述的一种无人机农药喷洒控制方法，其特征在于：于步骤S3中，首先无人机依据无人机通过采集目标作业区域的图像时的成像原理，计算待喷洒区域对应的图像的边缘像素中每个像素对应的地面坐标；然后根据与边缘像素中任一像素对应的地面坐标，获取与任一像素对应的地面坐标的导航坐标；最后根据获取的导航坐标和边缘像素中每个像素对应的地面坐标，确定待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标。
4.如权利要求3所述的一种无人机农药喷洒控制方法，其特征在于：于步骤S4中，若所述待喷洒区域为规则区域，则通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将所述待喷洒区域划分为若干标准待喷洒子区域以及一个非标准的待喷洒子区域，所述非标准的待喷洒子区域的宽度小于Wmax。
5.如权利要求4所述的一种无人机农药喷洒控制方法，其特征在于：当对规则的待喷洒区域划分后，根据待喷洒区域的边缘点导航坐标以及各待喷洒子区域的宽度Wmax确定每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，从而实现对所述待喷洒区域规划导航路线。
6.如权利要求5所述的一种无人机农药喷洒控制方法，其特征在于：若待喷洒区域为规则区域为不规则区域，则通过图像分割，将所述待喷洒区域先分成若干个规则区域和若干个无法再分割的不规则区域，对于若干个无法再分割的不规则区域，则以宽度为无人机喷洒作业的最大宽度Wmax的倍数的最小化矩形包围，并通过以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域将该最小化区域划分为伪标准喷洒子区域，每个伪标准喷洒子区域中包含一个不规则的待喷洒子区域。
7.如权利要求6所述的一种无人机农药喷洒控制方法，其特征在于：于步骤S5中，若判断无人机当前处于标准待喷洒子区域上方，则控制无人机的所有液泵全部工作，打开所有喷头喷洒农药。
8.如权利要求6所述的一种无人机农药喷洒控制方法，其特征在于：若判断无人机当前处于非标准的待喷洒子区域上方，则根据所述非标准的待喷洒子区域的宽度确定控制无人机部分液泵工作。
9.如权利要求6所述的一种无人机农药喷洒控制方法，其特征在于：若无人机处于非规则的待喷洒子区域上方，根据当前待喷洒子区域宽度确定控制无人机相应液泵工作。
10.一种无人机，包括机身以及喷药机构，喷药机构安装于机身上，至少包括储药箱、供药管路、若干液泵以及若干喷头，其中各喷头通过喷杆一字排列固定于无人机底部，所述液泵通过供药管路与储药箱相连接，并连接中心控制单元及喷头，以根据中心控制单元的控制信号控制喷头，所述中心控制单元包括：
图像采集模块，用于获取目标作业区域的图像，所述目标作业区域中包含至少一个待喷洒区域；
图像分割模块，用于对所述目标作业区域的图像进行图像分割，在待喷洒区域对应的图像边缘上选取多个边界点，依次连接多个边界点以构成闭合的待喷洒区域，并获取待喷洒区域的边缘像素的坐标；
导航坐标确定模块，用于获取无人机在该恒定飞行高度采集目标作业区域图像时相对于地面的实际飞行高度，并根据获得的待喷洒区域的边缘像素的坐标以及无人机的实际飞行高度，得到待喷洒区域的边缘点所对应的实际导航坐标；
导航路线规划模块，用于以无人机喷洒作业的最大宽度Wmax为宽度的矩形区域对待喷洒区域进行划分，得到若干待喷洒子区域，获得每个待喷洒子区域的关键点的导航坐标，规划导航路线；
喷洒控制模块，用于在无人机根据导航线路，在相对于地面的预设飞行高度为待喷洒区域的对象喷洒农药时，实时获取无人机的位置信息，根据无人机的位置信息确定无人机所处的待喷洒子区域，根据判断结果控制相应的液泵进行喷洒工作。
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