CN112550704A - 一种基于无人机的水华藻施药装置及喷施方法 - Google Patents

一种基于无人机的水华藻施药装置及喷施方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于无人机的水华藻施药装置及喷施方法，包括检测无人机、施药无人机和后台系统；所述检测无人机用于水域中水华藻和水质检测，并将检测的数据传送给后台系统；所述后台系统用于对检测无人机传送的数据进行分析，判断是否需要进行除藻剂的喷洒，如需进行除藻剂的喷洒，则将喷洒信号和喷洒路径传输给施药无人机；所述施药无人机用于接收后台系统的喷洒信号和喷洒路径，对暴发水华水域进行除藻剂的喷洒。本发明能够有效地解决不同种类的水华藻，增大作业面积和工作效率。

Description

一种基于无人机的水华藻施药装置及喷施方法
技术领域
本发明涉及水域除水华藻机械化智能化技术领域，具体涉及一种基于无人机的水华藻施药装置及喷施方法。
背景技术
随着工业的发展、化肥、农药的大量使用和城市废水的排入等，大大增加了水体富营养化发生的频率。水体富营养化引起的水华和赤潮破坏了水域的正常生态结构，破坏了水域中的正常生产，威胁水生生物的生存，并且部分有毒水华藻被水域生物摄制后，通过食物链，影响人类健康。现有的除藻技术包括机械除藻、生物除藻和超声波除藻等，但是这些方法都存在着各种不用的问题。机械除藻一般为收集式除藻，除藻效率慢，除藻不干净，设备比较大，非常不方便。生物除藻见效慢，容易破坏原有生态。超声波除藻效率低，出来水域面积过小。这些方式难以满足水华暴发后的快速响应，快速防治的要求。为此，实现高效、安全、环保、智能地除水华藻迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于无人机的水华藻施药装置及喷施方法，实现智能地对水面和水质进行检测，并智能识别水华藻种类和浓度，智能化地给出除藻剂种类、浓度和用量，自动化地完成施药作业。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于无人机的水华藻施药装置，包括检测无人机、施药无人机和后台系统；
所述检测无人机用于水域中水华藻和水质检测，并将检测的数据传送给后台系统；
所述后台系统用于对检测无人机传送的数据进行分析，判断是否需要进行除藻剂的喷洒，如需进行除藻剂的喷洒，则将喷洒信号、施药处方图和喷洒路径传输给施药无人机，并将水华藻种类，浓度和用量告知工作人员进行除藻剂配置；
所述施药无人机用于接收后台系统的喷洒信号、施药处方图和喷洒路径，对暴发水华水域进行除藻剂的喷洒。
进一步地，所述后台系统包括水华藻分类系统、施药专家决策系统和施药无人机路径规划系统。
进一步地，所述检测无人机包括无人机本体(4)、高清摄像头(5)、红外摄像头(6)、多参数水质传感器(7)、多离子传感器(8)、水箱(9)、液位检测装置(10)、喷头(11)、水管(12)和第一控制系统(14)；所述高清摄像头(5)与红外摄像头(6)均设置于无人机本体(4)的机腹前部；所述多参数水质传感器(7)与多离子传感器(8)设置于无人机本体(4)的机腹后部；所述水箱(9)设置于无人机本体(4)的机腹中间部位，所述水箱(9)的底部两侧均连接一根水管(12)，喷头(11)通过电磁阀(13)与水管(12)连接，所述液位检测装置(10)设置于水箱内部侧壁上；所述第一控制系统设置于无人机本体(4)的上方，与无人机本体(4)、高清摄像头(5)、红外摄像头(6)、多参数水质传感器(7)、多离子传感器(8)、液位检测装置(10)连接。
进一步地，所述施药无人机包括无人机本体(4)、液位检测装置(10)、喷头(11)、除藻剂药箱(15)、第二控制系统(17)；所述除藻剂药箱(15)设置于无人机本体(4)的下方，所述液位检测装置(10)设置于除藻剂药箱(15)的内部侧壁上，所述喷头设置于除藻剂药箱(15)的底部，通过调节阀(16)与除藻剂药箱(15)连接，所述第二控制系统(17)设置于无人机本体(4)的上方，与无人机本体(4)、液位检测装置(10)、调节阀(16)连接。
本发明还提供了一种基于无人机的水华施药装置的喷施方法，包括如下步骤：
步骤1，检测无人机利用高清摄像头(5)，找到完整的水华区域，将水华区域数据传送给后台系统；
步骤2，后台系统将水华区域进行划分，得到大小相同的不同区域，并得到区域中心位置坐标；
步骤3，后台系统控制检测无人机飞行至各个位置坐标，利用高清摄像头(5)拍摄区域内彩色图像信息，利用红外摄像头(6)拍摄区域内红外图像信息，将彩色图像信息和红外图像信息传输至第一控制系统(14)；
步骤4，检测无人机下降高度，使用多参数水质传感器(7)和多离子传感器(8)检测水域中各水质信息，并将水质信息传输至第一控制系统(14)；
步骤5，随后第一控制系统(14)将彩色图像信息、红外图像信息、水质信息与位置信息发送给后台系统；
步骤6，后台系统将接收的彩色图像信息、红外图像信息和水质信息，利用水华藻分类系统识别水华藻种类和浓度；
步骤7，后台系统将得到的水华藻种类和浓度通过施药专家决策系统逐步生成施药处方图，并得到除藻剂类别，浓度和用量，工作人员根据上述条件配置好除藻剂，并将药剂放入施药无人机的除藻剂药箱(15)内；
步骤8，路径规划系统生成全覆盖路径规划，发送给施药无人机的第二控制系统(17)，第二控制系统(17)控制施药无人机的喷洒路径，喷洒除藻剂。
进一步地，步骤4完成后，检测无人机的第一控制系统(14)控制电磁阀(13)打开，喷头(11)出水，清洗多参数水质传感器(7)、多离子传感器(8)，清洗完成后，关闭电磁阀；所述液位检测装置(10)用于水箱中液体液位检测，低于临界值，则通过第一控制系统(14)将信号发送给后台系统，通知工作人员进行补液。
进一步地，施药无人机中的液位检测装置(10)将低于临界值的液位信号发送给第二控制系统(17)，第二控制系统(17)将信号发送给后台系统，通知工作人员进行补充。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.检测无人机根据水域情况能够进行多次在线的水质检测，避免了人工检测带来的检测强度高，检测威胁性大和检测效率慢等问题。
2.本发明能够高效准确地识别水华藻的种类和浓度，避免了从检测到结论产生的时间差带来的检测误差。
3.施药无人机利用处方图进行施药，既能节约除藻剂的用量，又能做到精确施药。
4.本发明能够高效、快速和智能地完成水华水域的检测、除藻剂的确定和除藻剂的施用，降低工作强度，提高工作效率，提升经济效率。
附图说明
图1是本发明基于无人机的水华藻施药装置的结构示意图。
图2是检测无人机的结构示意图。
图3是施药无人机的结构图。
图4是本发明施药装置的施药方法流程图。
其中，1为检测无人机，2为施药无人机，3为后台系统，4为无人机本体，5为高清摄像头，6为红外摄像头，7为多参数水质传感器，8为多离子传感器，9为水箱，10为液位检测装置，11为喷头，12为水管，13为电磁阀，14为第一控制系统，15为除藻剂药箱，16为调节阀，17为第二控制系统。
具体实施方式
下面将结合附图来对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种基于无人机的水华藻施药装置，包括检测无人机1、施药无人机2和后台系统3；所述检测无人机1用于水域中水华藻和水质检测，并将检测的数据传送给后台系统3；所述后台系统3用于对检测无人机传送的数据进行分析，判断是否需要进行除藻剂的喷洒，如需进行除藻剂的喷洒，则将喷洒信号和喷洒路径传输给施药无人机2；所述后台系统4包括水华藻分类系统、施药专家决策系统和施药无人机路径规划系统。所述施药无人机2用于接收后台系统3的喷洒信号和喷洒路径，对暴发水华水域进行除藻剂的喷洒。高清摄像头5和红外摄像头6拍摄的彩色图像信息、红外图像信息以及多参数水质传感器7和多离子传感器8采集的水质信息经第一控制系统14发送给水华藻分类系统，水华藻分类系统识别水华藻种类和浓度；并将识别的水华藻种类和浓度发送给施药专家决策系统，施药专家决策系统给出施药专家决策信息，生成施药处方图，并得到除藻剂类别、浓度和用量；工作人员根据上述条件配置好除藻剂。施药无人机路径规划系统根据得到的施药处方图，得到完整的施药区域，并根据得到的区域，采用遍历路径规划，得到施药无人机的施药路径信息。
如图2所示，本发明的检测无人机1包括无人机本体4、高清摄像头5、红外摄像头6、多参数水质传感器7、多离子传感器8、水箱9、液位检测装置10、喷头11、水管12和第一控制系统14；所述高清摄像头5与红外摄像头6均设置于无人机本体4的机腹前部；所述多参数水质传感器7与多离子传感器8设置于无人机本体4的机腹后部；所述水箱9设置于无人机本体4的机腹中间部位，所述水箱9的底部两侧均连接一根水管12，喷头11通过电磁阀13与水管12连接，所述液位检测装置10设置于水箱内部侧壁上；所述第一控制系统14设置于无人机本体4的上方，与无人机本体4、高清摄像头5、红外摄像头6、多参数水质传感器7、多离子传感器8、液位检测装置10连接。所述第一控制系统14接收无人机本体4发送的位置信息，高清摄像头5发送的彩色图像信息，红外摄像头6发送的红外图像信息，多参数水质传感器7和多离子传感器8发送的水质信息，液位检测装置10发送的水箱9液位信息。所述第一控制系统14控制电磁阀13的通断，对多参数水质传感器7和多离子传感器8清洁。
如图3所示，本发明的施药无人机施药装置包括无人机本体4、液位检测装置10、喷头11、除草剂箱15、第二控制系统17；所述除草剂箱15设置于无人机本体4的下方，所述液位检测装置10设置于除藻剂药箱15的内部侧壁上，所述喷头设置于除藻剂药箱15的底部，通过调节阀16与除藻剂药箱15连接，所述第二控制系统17设置于无人机本体4的上方，与无人机本体4、液位检测装置10、调节阀16连接。所述第二控制系统17接收无人机本体4发送的位置信息，液位检测装置10发送的除藻剂药箱15液位信息。所述第二控制系统17控制调节阀16的通断大小，对不同区域进行不同剂量的施药。
如图4所示，是一种基无人机的水华施药装置的喷施方法，具体步骤：
步骤1，检测无人机利用高清摄像头5，找到完整的水华区域，将水华区域数据传送给后台系统；
步骤2，后台系统将水华区域进行划分，得到大小相同的不同区域，并得到区域中心位置坐标；
步骤3，后台系统控制检测无人机飞行至各个位置坐标，利用高清摄像头5拍摄区域内彩色图像信息，利用红外摄像头6拍摄区域内红外图像信息，将彩色图像信息和红外图像信息传输至第一控制系统14；
步骤4，检测无人机下降高度，使用多参数水质传感器7和多离子传感器8检测水域中各水质信息，并将水质信息传输至第一控制系统14；检测完成后，检测无人机的第一控制系统14控制电磁阀13的打开，喷头11出水，清洗多参数水质传感器7、多离子传感器8，清洗完成后，关闭电磁阀；所述液位检测装置10用于水箱中液体液位检测，低于临界值，则通过第一控制系统14将信号发送给后台系统，通知工作人员进行补液。
步骤5，随后第一控制系统14将彩色图像信息、红外图像信息、水质信息与位置信息发送给后台系统；
步骤6，后台系统将接收的彩色图像信息、红外图像信息和水质信息，利用水华藻分类系统识别水华藻种类和浓度；
步骤7，后台系统将得到的水华藻种类和浓度通过施药专家决策系统逐步生成施药处方图，并得到除藻剂类别，浓度和用量，工作人员上述条件配置好除藻剂，并将药剂放入施药无人机的除藻剂药箱15内；
步骤8，路径规划系统生成全覆盖路径规划，发送给施药无人机的第二控制系统17，第二控制系统17控制施药无人机的喷洒路径，喷洒除藻剂。当施药无人机中的液位检测装置10将低于临界值的液位信号发送给第二控制系统17，第二控制系统17将信号发送给后台系统，通知工作人员进行补充。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于无人机的水华藻施药装置，其特征在于：包括检测无人机、施药无人机和后台系统；
所述检测无人机用于水域中水华藻和水质检测，并将检测的数据传送给后台系统；
所述后台系统用于对检测无人机传送的数据进行分析，判断是否需要进行除藻剂的喷洒，如需进行除藻剂的喷洒，则将喷洒信号、施药处方图和喷洒路径传输给施药无人机，并将水华藻种类，浓度和用量告知工作人员进行除藻剂配置；
所述施药无人机用于接收后台系统的喷洒信号、施药处方图和喷洒路径，对暴发水华水域进行除藻剂的喷洒。
2.根据权利要求1所述基于无人机的水华藻施药装置，其特征在于：所述后台系统包括水华藻分类系统、施药专家决策系统和施药无人机路径规划系统。
3.根据权利要求1所述基于无人机的水华藻施药装置，其特征在于：所述检测无人机包括无人机本体(4)、高清摄像头(5)、红外摄像头(6)、多参数水质传感器(7)、多离子传感器(8)、水箱(9)、液位检测装置(10)、喷头(11)、水管(12)和第一控制系统(14)；所述高清摄像头(5)与红外摄像头(6)均设置于无人机本体(4)的机腹前部；所述多参数水质传感器(7)与多离子传感器(8)设置于无人机本体(4)的机腹后部；所述水箱(9)设置于无人机本体(4)的机腹中间部位，所述水箱(9)的底部两侧均连接一根水管(12)，喷头(11)通过电磁阀(13)与水管(12)连接，所述液位检测装置(10)设置于水箱内部侧壁上；所述第一控制系统设置于无人机本体(4)的上方，与无人机本体(4)、高清摄像头(5)、红外摄像头(6)、多参数水质传感器(7)、多离子传感器(8)、液位检测装置(10)连接。
4.根据权利要求1所述基于无人机的水华藻施药装置，其特征在于：所述施药无人机包括无人机本体(4)、液位检测装置(10)、喷头(11)、除藻剂药箱(15)、第二控制系统(17)；所述除藻剂药箱(15)设置于无人机本体(4)的下方，所述液位检测装置(10)设置于除藻剂药箱(15)的内部侧壁上，所述喷头设置于除藻剂药箱(15)的底部，通过调节阀(16)与除藻剂药箱(15)连接，所述第二控制系统(17)设置于无人机本体(4)的上方，与无人机本体(4)、液位检测装置(10)、调节阀(16)连接。
5.一种基于无人机的水华施药装置的喷施方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，检测无人机利用高清摄像头(5)，找到完整的水华区域，将水华区域数据传送给后台系统；
步骤2，后台系统将水华区域进行划分，得到大小相同的不同区域，并得到区域中心位置坐标；
步骤3，后台系统控制检测无人机飞行至各个位置坐标，利用高清摄像头(5)拍摄区域内彩色图像信息，利用红外摄像头(6)拍摄区域内红外图像信息，将彩色图像信息和红外图像信息传输至第一控制系统(14)；
步骤4，检测无人机下降高度，使用多参数水质传感器(7)和多离子传感器(8)检测水域中各水质信息，并将水质信息传输至第一控制系统(14)；
步骤5，随后第一控制系统(14)将彩色图像信息、红外图像信息、水质信息与位置信息发送给后台系统；
步骤6，后台系统将接收的彩色图像信息、红外图像信息和水质信息，利用水华藻分类系统识别水华藻种类和浓度；
步骤7，后台系统将得到的水华藻种类和浓度通过施药专家决策系统逐步生成施药处方图，并得到除藻剂类别，浓度和用量，工作人员根据上述条件配置好除藻剂，并将药剂放入施药无人机的除藻剂药箱(15)内；
步骤8，路径规划系统生成全覆盖路径规划，发送给施药无人机的第二控制系统(17)，第二控制系统(17)控制施药无人机的喷洒路径，喷洒除藻剂。
6.根据权利要求5所述喷施方法，其特征在于，步骤4完成后，检测无人机的第一控制系统(14)控制电磁阀(13)打开，喷头(11)出水，清洗多参数水质传感器(7)、多离子传感器(8)，清洗完成后，关闭电磁阀；所述液位检测装置(10)用于水箱中液体液位检测，低于临界值，则通过第一控制系统(14)将信号发送给后台系统，通知工作人员进行补液。
7.根据权利要求5所述喷施方法，其特征在于，施药无人机中的液位检测装置(10)将低于临界值的液位信号发送给第二控制系统(17)，第二控制系统(17)将信号发送给后台系统，通知工作人员进行补充。
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