CN113749078B - 一种多路喷头独立控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多路喷头独立控制方法及系统，包括：获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；靶标范围信息包括靶标在作业车辆前进方向上的位置范围；在利用作业车辆对作业区域进行喷施的过程中，若确定任一目标靶标位于目标喷头的喷施范围内，则根据目标喷头的喷头位置信息、任一目标靶标的靶标范围信息，控制目标喷头的开关状态。本发明提供的多路喷头独立控制方法及系统，通过判断喷头和靶标的位置关系，分别确定多个喷头的开关状态，实现对同一作业车辆上的多路喷头的的独立控制，提高作业效率，进而为大型农田精准对靶施药作业的控制环节提供必要保证。

Description

一种多路喷头独立控制方法及系统
技术领域
本发明涉及农业喷灌技术领域，尤其涉及一种多路喷头独立控制方法及系统。
背景技术
目前，我国大田杂草及病虫害的防治仍以化学农药喷施为主，然而传统施药方式普遍采用粗放式大面积均一连续喷洒作业，无法考虑到草害、病虫害的分布，以及作物的生长状况、分布特性，导致过量施药或局部保护性不足，造成土壤和水资源的污染。
目前国内针对靶标的识别研究较多的集中在果园对靶施药方面，主要采用超声或者激光雷达探测果树靶标有无、形状轮廓。但大田施药与果园施药由于靶标的不同，靶标探测所采用的技术手段有所不同，大田靶标的识别较多的采用图像处理的方法。图像采集针对视场内面域进行识别，面域内可能存在多个靶标，通过单个摄像头控制多个独立喷头，是目前大田对靶精准施药关键的步骤。
在现有技术中，一方面，利用电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)摄像头实时扫描区域场景，经系统处理后获取病害区域位置、病害程度等信息，再结合测速传感器获得的速度信息，确定各喷头的空间作业位置、喷洒启停时间等作业参数。
另一方面，将双目视觉惯性模组安装在喷杆上，与施药模组一一对应，用于杂草的识别与验证；控制模块根据追踪到的杂草位置，控制喷杆上相应的施药模组在到达杂草位置时开启喷嘴，实现对靶喷施除草剂。
又一方面，通过获取施药作业环境的视频图像，对视频图像中的目标进行实例分割得到喷洒目标范围，终端控制器根据对应的喷洒量阈值，结合喷洒目标范围控制对应的喷头进行定量喷洒作业。
以上技术均未有针对视场面域内靶标信息对应多路喷头进行独立控制的方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种多路喷头独立控制方法及系统。
本发明提供一种多路喷头独立控制方法，包括：获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；靶标范围信息包括靶标在作业车辆前进方向上的位置范围；在利用作业车辆对作业区域进行喷施的过程中，若确定任一目标靶标位于目标喷头的喷施范围内，则根据目标喷头的喷头位置信息、任一目标靶标的靶标范围信息，控制目标喷头的开关状态。
根据本发明提供的一种多路喷头独立控制方法，所述获取任一目标靶标的靶标范围信息，包括：根据所有喷头的所述喷施范围，将视场区域划分为多个子区域；根据所述目标喷头的所述喷施范围，从所述多个子区域中选择所述任一目标靶标所在的目标子区域；获取图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息；利用所述图像采集设备采集视场区域图像，并获取所述视场区域图像的图像信息；根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息。
根据本发明提供的一种多路喷头独立控制方法，所述根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息，包括：
在所述目标子区域中存在目标靶标的情况下，根据所述图像信息，对所述目标子区域进行靶标识别，以获取所述目标子区域内所有目标靶标的像素范围信息；
根据所述像素范围信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的所述靶标范围信息。
根据本发明提供的一种多路喷头独立控制方法，所述若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态，包括：
根据所述任一目标靶标的靶标范围信息和所述目标喷头的喷头位置信息，确定所述目标喷头与所述任一目标靶标在所述作业车辆前进方向上的位置关系；所述位置关系包括所述目标喷头处于所述目标靶标的位置范围内，所述目标喷头处于所述目标靶标的位置范围外；
根据所述位置关系，控制所述目标喷头的开关状态。
根据本发明提供的一种多路喷头独立控制方法，所述根据所述位置关系，控制所述目标喷头的开关状态，包括：
以所述目标喷头所在的位置为原点，以所述作业车辆前进的方向为纵坐标的正方向，根据所述目标喷头与所述目标子区域内任一目标靶标的位置关系，获取所述目标子区域内每个目标靶标所在的纵坐标区间；
在两个纵坐标区间的至少两个存在相交情况下，对所有相交的纵坐标区间进行合并处理，获取区间集合；
根据所述原点与所述区间集合的关系，确定目标喷头的开关状态。
根据本发明提供的一种多路喷头独立控制方法，所述根据所述原点与所述区间集合的关系，确定目标喷头的开关状态，包括：
在所述原点处于所述区间集合内的任一纵坐标区间内的情况下，确定所述目标喷头的状态为开启；
在所述原点不处于所述区间集合内的任一纵坐标区间内的情况下，确定所述目标喷头的状态为关闭。
本发明还提供一种多路喷头独立控制系统，包括：第一获取单元，用于获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；
第二获取单元，用于在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；所述靶标范围信息包括靶标在所述作业车辆前进方向上的位置范围；
控制单元，用于在利用所述作业车辆对所述作业区域进行喷施的过程中，若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态。
根据本发明提供的一种多路喷头独立控制系统，所述第二获取单元，具体用于：
根据所有喷头的所述喷施范围，将视场区域划分为多个子区域；
根据所述目标喷头的所述喷施范围，从所述多个子区域中选择所述任一目标靶标所在的目标子区域；
获取图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息；
利用所述图像采集设备采集视场区域图像，并获取所述视场区域图像的图像信息；
根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述多路喷头独立控制方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述多路喷头独立控制方法的步骤。
本发明提供的多路喷头独立控制方法及系统，通过判断喷头和靶标的位置关系，分别确定多个喷头的开关状态，实现对同一作业车辆上的多路喷头的的独立控制，提高作业效率，进而为大型农田精准对靶施药作业的控制环节提供必要保证。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的多路喷头独立控制方法的流程示意图；
图2是本发明提供的视场区域的划分示意图；
图3是本发明提供的单个子区域内靶标分布示意图；
图4是本发明提供的作业车辆的结构示意图之一；
图5是本发明提供的作业车辆的结构示意图之二；
图6是本发明提供的相邻视场区域的示意图；
图7是本发明提供的单一视场多喷头控制的流程示意图；
图8是本发明提供的多路喷头独立控制系统的结构示意图；
图9是本发明提供的电子设备的结构示意图；
其中，附图标记为：
41：药筒； 42：GPS接收器； 43：单目相机；
44：车载电脑； 45：药泵； 46：电磁阀；
47：多路独立控制喷头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，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。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
精准施药技术是通过机器视觉、传感探测等技术获取喷雾靶标即农作物与病虫草害的信息，制订精准喷雾策略，驱动变量执行系统或机构实现实时、非均一、非连续的精准喷雾作业。实现精准对靶施药主要包括两个步骤：一是靶标的识别，二是对靶精准控施。
现有的技术中，存在基于视觉的靶标识别及对靶控制方法，但针对视觉视场宽度较大，其视觉信息可支持提供控制器进行多路喷头控制条件下，未给出有效的控制方法。同时，同一喷头覆盖区域横向上有重叠靶标情况下，未给出喷头的控制策略。
下面结合图1至图9描述本发明实施例所提供的多路喷头独立控制方法和系统。
图1是本发明提供的多路喷头独立控制方法的流程示意图，如图1所示，包括但不限于以下步骤：
首先，在步骤S1中，获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息。
其中，作业车辆装载有多个喷头，每个喷头的位置根据实际情况灵活设置，可以在垂直于作业车辆的前进方向上设置为一排。
以作业车辆上的任一喷头为目标喷头，需要获取目标喷头的喷施范围和喷头位置信息。喷施范围为每个喷头进行喷施作业的范围，由喷头的安装位置、喷施宽度，以及作业车辆的作业路径决定。其中，作业路径可以提前进行规划；喷施宽度可以在作业车辆的参数信息中直接得到，也可以通过采集历史喷施数据得到。
喷头位置信息包括喷头所在的位置，可以通过全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)定位作业车辆，再根据作业车辆的定位计算喷头所在的位置。
进一步地，在步骤S2中，在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；所述靶标范围信息包括靶标在所述作业车辆前进方向上的位置范围。
其中，作业区域为作业车辆需要进行喷施作业的区域。在作业车辆进行喷施作业的过程中，目标靶标为处于目标喷头喷施范围的靶标。
具体地，获取作业区域内任一目标靶标的靶标范围信息。其中，靶标范围信息还可以包括靶标形状信息和靶标位置信息。
进一步地，在步骤S3中，在利用所述作业车辆对所述作业区域进行喷施的过程中，若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态。
其中，目标靶标为处于目标喷头的喷施范围内的任一靶标。
具体地，在利用作业车辆对作业区域进行喷施的过程中，根据目标喷头的喷头位置信息、任一目标靶标的靶标范围信息，在作业车辆前进方向上，确定目标喷头和任一目标靶标的位置关系。若确定目标喷头所在位置处于任一目标靶标的位置范围内，则控制目标喷头为开启状态；若确定目标喷头所在位置处于所有目标靶标的位置范围外，则控制目标喷头为关闭状态。
本发明提供一种多路喷头独立控制方法，通过判断喷头和靶标的位置关系，分别确定多个喷头的开关状态，实现对同一作业车辆上的多路喷头的的独立控制，提高作业效率，进而为大型农田精准对靶施药作业的控制环节提供必要保证。
可选地，所述获取任一目标靶标的靶标范围信息，包括：
根据所有喷头的所述喷施范围，将视场区域划分为多个子区域；
根据所述目标喷头的所述喷施范围，从所述多个子区域中选择所述任一目标靶标所在的目标子区域；
获取图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息；
利用所述图像采集设备采集视场区域图像，并获取所述视场区域图像的图像信息；
根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息。
图2是本发明提供的视场区域的划分示意图，如图2所示，根据作业车辆上4个喷头的喷施范围，将视场区域划分为4个子区域。靶标位置信息为靶标的中心坐标(x，y)。
进一步地，根据目标喷头的所述喷施范围，从多个子区域中选择任一目标靶标所在的目标子区域，目标子区域处于目标喷头的喷施范围内。
进一步地，获取图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息。
其中，图像采集设备可以为相机、红外扫描仪或线阵相机。视场角的大小与图像采集设备的镜头参数有关，图像采集设备的镜头设置为垂直向下。
视场区域为图像采集设备在拍摄高度、拍摄角度和视场角下能够拍摄到的区域。高度信息为图像采集设备与地面的相对高度，采集位置信息为图像采集设备在采集视场区域图像时在水平面上所处的位置。
进一步地，利用图像采集设备采集视场区域图像，并获取视场区域图像的图像信息。图像信息中包括视场区域的像素分布，以及视场图像中靶标的相对位置。为提高喷施精度，避免漏喷，视场区域可以为多个在作业区域内相邻的区域。
进一步地，根据图像信息，将目标子区域中所存在的所有目标靶标进行识别定位，获取目标靶标在视场区域图像中的范围；根据靶标在视场区域图像中的范围，以及图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息，确定目标子区域中所存在的所有目标靶标的靶标范围信息。
根据本发明提供的多路喷头独立控制方法，通过将视场区域划分成多个子区域，并分别与各个喷头相对应，为实现同时独立控制多路喷头提供基础。
可选地，所述根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息，包括：
在所述目标子区域中存在目标靶标的情况下，根据所述图像信息，对所述目标子区域进行靶标识别，以获取所述目标子区域内所有目标靶标的像素范围信息；
根据所述像素范围信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的所述靶标范围信息。
具体地，在目标子区域中存在目标靶标的情况下，根据图像信息，在视场区域图像内的对目标子区域进行靶标识别，以获取目标子区域内所有目标靶标的像素范围信息。
其中，像素范围信息为靶标在视场区域图像内的像素范围。
进一步地，根据靶标的像素范围信息、视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，可以得到所有的目标靶标在目标子区域中的靶标范围信息。
根据本发明提供的多路喷头独立控制方法，通过视场图像获取靶标范围信息，为实现每路喷头开关的独立精准控制提供基础。
可选地，所述若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态，包括：
根据所述任一目标靶标的靶标范围信息和所述目标喷头的喷头位置信息，确定所述目标喷头与所述任一目标靶标在所述作业车辆前进方向上的位置关系；所述位置关系包括所述目标喷头处于所述目标靶标的位置范围内，所述目标喷头处于所述目标靶标的位置范围外；
根据所述位置关系，控制所述目标喷头的开关状态。
例如，图3是本发明提供的单个子区域内靶标分布示意图，如图3所示，若喷头4是目标喷头，那么区域4为目标子区域，靶标A、靶标B和靶标C均为目标靶标。
进一步地，在作业车辆行驶过程中，根据任一目标靶标的靶标范围信息和目标喷头的喷头位置信息，确定目标喷头与任一目标靶标的位置关系；位置关系指的是在作业车辆前进方向上，目标喷头与任一目标靶标的位置关系，包括目标喷头处于任一目标靶标的位置范围内，或目标喷头处于所有目标靶标的位置范围外。
进一步地，根据位置关系，控制目标喷头的开关状态。若目标喷头处于任一目标靶标的位置范围内，控制目标喷头的状态为开启；若目标喷头处于所有目标靶标的位置范围外，控制目标喷头的状态为关闭。
例如，在图3中，作业车辆的前进方向为靶标A指向靶标C，在喷头4进入Amin时，控制喷头4的状态为打开，在喷头4离开Cmax时，控制喷头4的状态为关闭。
根据本发明提供的多路喷头独立控制方法，通过喷头与靶标的位置关系控制各路喷头的开关状态，进而实现各路喷头的独立精准控制。
现有的喷头控制方法均未提出针对同一喷头靶标信息重叠情况下的控制方法。
可选地，根据所述位置关系，控制所述目标喷头的开关状态，包括：
以所述目标喷头所在的位置为原点，以所述作业车辆前进的方向为纵坐标的正方向，根据所述目标喷头与所述目标子区域内任一目标靶标的位置关系，获取所述目标子区域内每个目标靶标所在的纵坐标区间；
在两个纵坐标区间的至少两个存在相交情况下，对所有相交的纵坐标区间进行合并处理，获取区间集合；
根据所述原点与所述区间集合的关系，确定目标喷头的开关状态。
其中，区间集合包括合并处理后的纵坐标区间，以及不能合并处理的独立的纵坐标区间。
如图3所示，靶标A的纵坐标区间为[Amin，Amax]，靶标B的纵坐标区间为[Bmin，Bmax]，靶标C的纵坐标区间为[Cmin，Cmax]，可以看出，由于Bmin大于Amin、而Bmax小于Amax，故纵坐标区间[Amin，Amax]与纵坐标区间[Bmin，Bmax]相交，而由于Cmin小于Amax，而Cmax大于Amax，故纵坐标区间[Amin，Amax]与纵坐标区间[Cmin，Cmax]相交。
可以将纵坐标区间[Amin，Amax]、纵坐标区间[Bmin，Bmax]和纵坐标区间[Cmin，Cmax]进行合并处理，得到[Amin，Cmax]。
在目标喷头所在原点进入到区间集合中任一纵坐标区间的情况下，控制目标喷头为开启状态；在目标喷头所在原点离开区间集合中任一纵坐标区间的情况下，控制目标喷头为关闭状态。
可选地，对任一目标子区域建立关于靶标的变量数组Min[]、Max[]，分别存放在视场区域图像中识别的目标靶标与目标喷头的距离信息，其中Min[]存放目标子区域内所有目标靶标到目标喷头的最近的距离信息，Max[]存放目标子区域内目标靶标到目标喷头的最大距离信息。然后对Min[]、Max[]进行排序得到SQMin[]、SQMax[]，再根据Max信息进行控制喷头开闭信息整合。
例如，在图3中，A、B、C表示子区域4内的3个靶标，设A距离喷头4的最近距离是Amin、最远距离是Amax；B距离喷头4的最近距离是Bmin、最远距离是Bmax；C距离喷头4的最近距离是Cmin、最远距离是Cmax；那么Min[]相当于是[Amin，Bmin，Cmin]，Max[]为[Amax，Bmax，Cmax]。
设Amin<Bmin<Cmin，但Bmax<Amax<Cmax，此时，按照从小到大的排序，每个靶标到喷头4的最小距离的排序为SQMin[Amin，Bmin，Cmin]，每个靶标到喷头4的最大距离的排序为SQMax[Bmax，Amax，Cmax]。
A与B存在前进方向上重叠。假设在前进方向上不重叠，喷头4在Amin遇到靶标A时打开，在Amax离开靶标A时关闭喷头。喷头4同样应满足当在Bmin遇到靶标B打开喷头，然后在Bmax离开靶标B关闭喷头。但是靶标A与靶标B在同一子区域内，且在前进方向上有重叠。因此应能保证在遇到Bmax时不关闭，直至遇到Amax时关闭。
具体规则如下，SQMin[1，2，3，4，5，…]中表示目标子区域内每个靶标到目标喷头的最近距离，先判断靶标2的最大距离SQMax[2]与靶标1的位置关系。
当SQMax[2]<SQMax[1]，则在前进方向上，靶标2与靶标1有重叠且在靶标1在前进方向的范围内，删除靶标2的SQMax[2]和SQMin[2]。
当SQMax[2]>SQMax[1]且SQMin[2]＜SQMax[1]，则在前进方向上，认为靶标2与靶标1有重叠，但不完全在靶标1在前进方向的范围内，则删除靶标2的最小信息SQMin[2]及靶标1的最大信息SQMax[1]。对两个靶标比对后，依次类推，直至本次采集的视场区域内靶标信息遍历完毕。
根据本发明提供的多路喷头独立控制方法，通过对纵向存在重合的靶标进行处理，使得对靶标的喷施策略可实施性更高。
所述根据所述原点与所述区间集合的关系，确定目标喷头的开关状态，包括：
在所述原点处于所述区间集合内的任一纵坐标区间内的情况下，确定所述目标喷头的状态为开启；
在所述原点不处于所述区间集合内的任一纵坐标区间内的情况下，确定所述目标喷头的状态为关闭。
根据本发明提供的多路喷头独立控制方法，通过喷头与靶标的位置关系，确定各个喷头的开闭状态，以实现对靶标的精准施药。
图4是本发明提供的作业车辆的结构示意图之一，如图4所示，包括但不仅限于：药筒41、GPS接收器42、单目相机43、车载电脑44(Electronic Control Unit，ECU)、药泵45、电磁阀46、多路独立控制喷头47。作业车辆可以为单一视场多路喷头控制装置。
作业车辆装有一台单目相机43，单目相机43的视场角α，可以装载于作业车辆的车头居中位置的正上方。多路独立控制喷头47可以对称安装于作业车辆的尾部，各喷头之间的水平距离可以根据喷头的喷施宽度设置。
其中，单目相机43为图像采集装置。
在作业车辆进行喷施作业过程中，通过GPS接收器42接收的GPS信息获取车速时，车载电脑44通过RS232串口接收GPS信息的NMEA0183格式导航电文，通过处理GPRMC帧中数据可得到当前作业车辆的前进速度。
在预设拍摄时刻，单目相机43触发拍照，对视场区域内进行拍摄，得到视场区域图像，经车载电脑44处理并识别视场区域图像内每个靶标的靶标像素信息，再根据各喷头的喷施范围，对视场区域如图2所示划分为多个子区域，将各个喷头与处于喷施范围内的子区域进行对应分配，在各子区域内靶标识别后，通过控制电磁阀的开闭状态，实现对靶施药。
其中，预设拍摄时刻是根据作业车辆的前进速度确定的。
图5是本发明提供的作业车辆的结构示意图之二，如图5所示，靶标A范围内的任一点X与喷头的水平间距为SX，SX的计算公式为：
Figure BDA0003213465140000141
其中，L为在作业车辆的前进方向上的视场区域长度，单位为米；S为喷头与单目相机的水平间距，单位为米；H为单目相机相对于地面的高度，单位为米；α为单目相机的视场角，单位为度；600为长度L在视场区域图像上的像素个数；pix为目标区域图像上点X与图2中的边a2之间的像素个数。
在喷施过程中，单目相机43在视场区域采集视场区域图像，车载电脑44获取视场区域图像中的图像信息，进行处理，进而通过电磁阀46对多路独立控制喷头47中的每个喷头的开关状态进行控制。
带有传送带的演示台上，将喷头和单目相机固定在带有传送带的装置上，相对地面静止。传送带上带有靶标，传送带的传送速度即为喷头与靶标之间的相对速度。
控制器程序启动后，首先完成初始化配置，根据电机驱动传送带运动，安装在电机驱动轴上的编码器获取当前脉冲信号，
脉冲装置安装于传送带辊子两侧，统计脉冲信号的个数可以得到传送带的传送距离。
图6是本发明提供的相邻视场区域的示意图，如图6所示，每个视场区域为连续的相邻的区域，故拍摄为等间隔时长，且时长根据传送带的速度v和视场区域的长度L确定。
对于传送带上的任一靶标K，Kn为靶标K到目标喷头的最近距离，KN为靶标K到目标喷头的最远距离。编码器为600线，即旋转一周600个脉冲，编码器旋转一周，传送带的传送距离为Lr。则对靶标K拍照后需要编码器n个脉冲打开喷头，计算公式为：
n＝(Kn/Lr)×600；
对靶标K进行拍照后N个脉冲关闭喷头，计算公式为：
N＝(KN/Lr)×600；
可以对脉冲信号进行统计，用于得到传送带运动的距离。
当脉冲数等于600时，即表示运动距离等于单目相机的视场在传送方向上的长度，触发单目相机拍照，如果触发的为首张照片，应延迟m个脉冲，m的计算公式如下：
m＝(L1/Lr)×600；
其中，L1是首帧图像所对应的视场区域到喷头的最近距离，Lr为编码器旋转一周，传送带的传送距离。
表1是对靶施药总线系统数据场协议，如果为非首帧图像，则直接下发位置信息，位置信息包括图2所示的不同区域信息以及喷头启停所需的脉冲数信息，不同区域信息下发不同的数据帧，数据帧由信息标识符进行区分，分配如表1所示。
表1对靶施药总线系统数据场协议
Figure BDA0003213465140000161
在表1中，TTC32控制传送带的启停和速度，车载电脑控制喷头的启停。
以图3为例，对于靶标A，子区域4喷头启动需要脉冲数N4为：
N4＝(Amin/Lr)×600；
其中，Amin为靶标A距离目标喷头的最近距离，Lr为编码器旋转一周，传送带的传送距离。
关闭需要脉冲数N4’为：
N′4＝(Amax/Lr)×600；
其中，Amax为靶标A距离目标喷头的最远距离，Lr为编码器旋转一周，传送带的传送距离。
车载电脑根据下发的靶标位置信息与喷头启停所需的脉冲数信息，结合编码器获取的脉冲数，控制不同子区域对应的喷头进行喷药启停。
图7是本发明提供的单一视场多喷头控制的流程示意图，如图7所示，以杂草为靶标。
首先，在步骤1中，硬件端口初始化、参数初始化。
进一步地，在步骤2中，电机驱动传送带运动，编码器采集脉冲信号。
进一步地，在步骤3中，在编码器脉冲数量不大于600的情况下，执行步骤2；在编码器脉冲数量大于600的情况下，执行步骤4。
进一步地，在步骤4中，触发单目相机对视场区域拍照，获取视场区域图像。
进一步地，在步骤5中，在视场区域图像为首张照片的情况下，图像处理设备获取视场区域内靶标位置信息，执行步骤6；在视场区域图像不为首张照片的情况下，对视场区域图像进行图像处理，获取视场区域内的靶标位置信息，下发控制器，执行步骤6。
进一步地，在步骤6中，ECU接收靶标范围信息R[]，执行步骤7。
进一步地，在步骤7中，在编码器脉冲数与靶标到喷头的距离不相等的情况下，执行步骤2；在编码器脉冲数与靶标到喷头的距离相等的情况下，执行步骤8。
进一步地，在步骤8中，ECU给出喷头的开关信号，控制电磁阀的启停，执行步骤3。
图8是本发明提供的多路喷头独立控制系统的结构示意图，如图8所示，包括但不限于以下单元：
第一获取单元801，用于获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息。
第二获取单元802，用于在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；所述靶标范围信息包括靶标在所述作业车辆前进方向上的位置范围。
控制单元803，在利用所述作业车辆对所述作业区域进行喷施的过程中，若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态。
在系统运行的过程中，第一获取单元801获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；第二获取单元802在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；所述靶标范围信息包括靶标在所述作业车辆前进方向上的位置范围；控制单元803在利用所述作业车辆对所述作业区域进行喷施的过程中，若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态。
首先，第一获取单元801获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息。
其中，作业车辆装载有多个喷头，每个喷头的位置根据实际情况灵活设置，可以在垂直于作业车辆的前进方向上设置为一排。
以作业车辆上的任一喷头为目标喷头，需要获取目标喷头的喷施范围和喷头位置信息。喷施范围为每个喷头进行喷施作业的范围，由喷头的安装位置、喷施宽度，以及作业车辆的作业路径决定。其中，作业路径可以提前进行规划；喷施宽度可以在作业车辆的参数信息中直接得到，也可以通过采集历史喷施数据得到。
喷头位置信息包括喷头所在的位置，可以通过GPS定位作业车辆，再根据作业车辆的定位计算喷头所在的位置。
进一步地，第二获取单元802在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；所述靶标范围信息包括靶标在所述作业车辆前进方向上的位置范围。
其中，作业区域为作业车辆需要进行喷施作业的区域。在作业车辆进行喷施作业的过程中，目标靶标为处于目标喷头喷施范围的靶标。
具体地，获取作业区域内任一目标靶标的靶标范围信息。其中，靶标范围信息还可以包括靶标形状信息和靶标位置信息。
进一步地，控制单元803在利用所述作业车辆对所述作业区域进行喷施的过程中，若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态。
其中，目标靶标为处于目标喷头的喷施范围内的任一靶标。
具体地，在利用作业车辆对作业区域进行喷施的过程中，根据目标喷头的喷头位置信息、任一目标靶标的靶标范围信息，在作业车辆前进方向上，确定目标喷头和任一目标靶标的位置关系。若确定目标喷头所在位置处于任一目标靶标的位置范围内，则控制目标喷头为开启状态；若确定目标喷头所在位置处于所有目标靶标的位置范围外，则控制目标喷头为关闭状态。
本发明提供一种多路喷头独立控制系统，通过判断喷头和靶标的位置关系，分别确定多个喷头的开关状态，实现对同一作业车辆上的多路喷头的的独立控制，提高作业效率，进而为大型农田精准对靶施药作业的控制环节提供必要保证。
根据本发明提供的一种多路喷头独立控制系统，所述第二获取单元802，具体用于：
根据所有喷头的所述喷施范围，将视场区域划分为多个子区域；
根据所述目标喷头的所述喷施范围，从所述多个子区域中选择所述任一目标靶标所在的目标子区域；
获取图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息；
利用所述图像采集设备采集视场区域图像，并获取所述视场区域图像的图像信息；
根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息。
如图2所示，根据作业车辆上4个喷头的喷施范围，将视场区域划分为4个子区域。靶标位置信息为靶标的中心坐标(x，y)。
进一步地，根据目标喷头的所述喷施范围，从多个子区域中选择任一目标靶标所在的目标子区域，目标子区域处于目标喷头的喷施范围内。
进一步地，获取图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息。
其中，图像采集设备可以为相机、红外扫描仪或线阵相机。视场角的大小与图像采集设备的镜头参数有关，图像采集设备的镜头设置为垂直向下。
视场区域为图像采集设备在拍摄高度、拍摄角度和视场角下能够拍摄到的区域。高度信息为图像采集设备与地面的相对高度，采集位置信息为图像采集设备在采集视场区域图像时在水平面上所处的位置。
进一步地，利用图像采集设备采集视场区域图像，并获取视场区域图像的图像信息。图像信息中包括视场区域的像素分布，以及视场图像中靶标的相对位置。为提高喷施精度，避免漏喷，视场区域可以为多个在作业区域内相邻的区域。
进一步地，根据图像信息，将目标子区域中所存在的所有目标靶标进行识别定位，获取目标靶标在视场区域图像中的范围；根据靶标在视场区域图像中的范围，以及图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息，确定目标子区域中所存在的所有目标靶标的靶标范围信息。
根据本发明提供的多路喷头独立控制系统，通过将视场区域划分成多个子区域，并分别与各个喷头相对应，为实现同时独立控制多路喷头提供基础。
需要说明的是，本发明实施例提供的多路喷头独立控制系统，在具体执行时，可以基于上述任一实施例所述的多路喷头独立控制方法来实现，对此本实施例不作赘述。
图9是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行多路喷头独立控制方法，该方法包括：获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；靶标范围信息包括靶标在作业车辆前进方向上的位置范围；在利用作业车辆对作业区域进行喷施的过程中，若确定任一目标靶标位于目标喷头的喷施范围内，则根据目标喷头的喷头位置信息、任一目标靶标的靶标范围信息，控制目标喷头的开关状态。
此外，上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的多路喷头独立控制方法，该方法包括：获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；靶标范围信息包括靶标在作业车辆前进方向上的位置范围；在利用作业车辆对作业区域进行喷施的过程中，若确定任一目标靶标位于目标喷头的喷施范围内，则根据目标喷头的喷头位置信息、任一目标靶标的靶标范围信息，控制目标喷头的开关状态。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的多路喷头独立控制方法，该方法包括：获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；靶标范围信息包括靶标在作业车辆前进方向上的位置范围；在利用作业车辆对作业区域进行喷施的过程中，若确定任一目标靶标位于目标喷头的喷施范围内，则根据目标喷头的喷头位置信息、任一目标靶标的靶标范围信息，控制目标喷头的开关状态。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：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 (4)

1.一种多路喷头独立控制方法，其特征在于，包括：
获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；
在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；所述靶标范围信息包括靶标在所述作业车辆前进方向上的位置范围；
在利用所述作业车辆对所述作业区域进行喷施的过程中，若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态；
所述获取任一目标靶标的靶标范围信息，包括：
根据所有喷头的所述喷施范围，将视场区域划分为多个子区域；
根据所述目标喷头的所述喷施范围，从所述多个子区域中选择所述任一目标靶标所在的目标子区域；
获取图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息；
利用所述图像采集设备采集视场区域图像，并获取所述视场区域图像的图像信息；
根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息；
所述根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息，包括：
在所述目标子区域中存在目标靶标的情况下，根据所述图像信息，对所述目标子区域进行靶标识别，以获取所述目标子区域内所有目标靶标的像素范围信息；
根据所述像素范围信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的所述靶标范围信息；
靶标A范围内的任一点X与喷头的水平间距为SX，SX的计算公式为：
Figure FDA0004112842020000021
其中，L为在作业车辆的前进方向上的视场区域长度，单位为米；S为喷头与单目相机的水平间距，单位为米；H为单目相机相对于地面的高度，单位为米；α为单目相机的视场角，单位为度；600为长度L在视场区域图像上的像素个数；pix为目标区域图像上点X与喷头离开目标区域的边之间的像素个数；
所述若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态，包括：
根据所述任一目标靶标的靶标范围信息和所述目标喷头的喷头位置信息，确定所述目标喷头与所述任一目标靶标在所述作业车辆前进方向上的位置关系；所述位置关系包括所述目标喷头处于所述目标靶标的位置范围内，所述目标喷头处于所述目标靶标的位置范围外；
根据所述位置关系，控制所述目标喷头的开关状态；
所述根据所述位置关系，控制所述目标喷头的开关状态，包括：
以所述目标喷头所在的位置为原点，以所述作业车辆前进的方向为纵坐标的正方向，根据所述目标喷头与所述目标子区域内任一目标靶标的位置关系，获取所述目标子区域内每个目标靶标所在的纵坐标区间；
在两个纵坐标区间的至少两个存在相交情况下，对所有相交的纵坐标区间进行合并处理，获取区间集合；
根据所述原点与所述区间集合的关系，确定目标喷头的开关状态；
所述根据所述原点与所述区间集合的关系，确定目标喷头的开关状态，包括：
在所述原点处于所述区间集合内的任一纵坐标区间内的情况下，确定所述目标喷头的状态为开启；
在所述原点不处于所述区间集合内的任一纵坐标区间内的情况下，确定所述目标喷头的状态为关闭。
2.一种多路喷头独立控制系统，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取作业车辆上任一目标喷头的喷施范围和喷头位置信息；
第二获取单元，用于在作业区域内，获取任一目标靶标的靶标范围信息；所述靶标范围信息包括靶标在所述作业车辆前进方向上的位置范围；
控制单元，用于在利用所述作业车辆对所述作业区域进行喷施的过程中，若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态；
所述获取任一目标靶标的靶标范围信息，包括：
根据所有喷头的所述喷施范围，将视场区域划分为多个子区域；
根据所述目标喷头的所述喷施范围，从所述多个子区域中选择所述任一目标靶标所在的目标子区域；
获取图像采集设备的视场角、高度信息和采集位置信息；
利用所述图像采集设备采集视场区域图像，并获取所述视场区域图像的图像信息；
根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息；
所述根据所述图像信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的靶标范围信息，包括：
在所述目标子区域中存在目标靶标的情况下，根据所述图像信息，对所述目标子区域进行靶标识别，以获取所述目标子区域内所有目标靶标的像素范围信息；
根据所述像素范围信息、所述视场角、所述高度信息和所述采集位置信息，确定所述任一目标靶标的所述靶标范围信息；
靶标A范围内的任一点X与喷头的水平间距为SX，SX的计算公式为：
Figure FDA0004112842020000041
其中，L为在作业车辆的前进方向上的视场区域长度，单位为米；S为喷头与单目相机的水平间距，单位为米；H为单目相机相对于地面的高度，单位为米；α为单目相机的视场角，单位为度；600为长度L在视场区域图像上的像素个数；pix为目标区域图像上点X与喷头离开目标区域的边之间的像素个数；
所述若确定所述任一目标靶标位于所述目标喷头的喷施范围内，则根据所述目标喷头的喷头位置信息、所述任一目标靶标的靶标范围信息，控制所述目标喷头的开关状态，包括：
根据所述任一目标靶标的靶标范围信息和所述目标喷头的喷头位置信息，确定所述目标喷头与所述任一目标靶标在所述作业车辆前进方向上的位置关系；所述位置关系包括所述目标喷头处于所述目标靶标的位置范围内，所述目标喷头处于所述目标靶标的位置范围外；
根据所述位置关系，控制所述目标喷头的开关状态；
所述根据所述位置关系，控制所述目标喷头的开关状态，包括：
以所述目标喷头所在的位置为原点，以所述作业车辆前进的方向为纵坐标的正方向，根据所述目标喷头与所述目标子区域内任一目标靶标的位置关系，获取所述目标子区域内每个目标靶标所在的纵坐标区间；
在两个纵坐标区间的至少两个存在相交情况下，对所有相交的纵坐标区间进行合并处理，获取区间集合；
根据所述原点与所述区间集合的关系，确定目标喷头的开关状态；
所述根据所述原点与所述区间集合的关系，确定目标喷头的开关状态，包括：
在所述原点处于所述区间集合内的任一纵坐标区间内的情况下，确定所述目标喷头的状态为开启；
在所述原点不处于所述区间集合内的任一纵坐标区间内的情况下，确定所述目标喷头的状态为关闭。
3.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述多路喷头独立控制方法步骤。
4.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述多路喷头独立控制方法步骤。
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