CN114903023B - 一种用于设施葡萄园的自走变量喷药装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种用于设施葡萄园的自走变量喷药装置及方法，其中自走变量喷药装置包括：行进机构、喷洒单元、拍摄单元以及处理单元；行进机构上设有安装台；喷洒单元安装在安装台上，喷洒单元具有第一状态、第二状态和第三状态；拍摄单元安装在安装台上，用于拍摄葡萄叶的叶片图像，叶片图像包括叶片正面图像和叶片背面图像；处理单元配置用于：根据叶片图像，判断叶片的生理状态；根据生理状态，驱动喷洒单元切换至第一状态或第二状态或第三状态。上述结构中，实现了对不同类型或不同状态叶片进行自适应喷覆药液动作，提高了工作效率，节约了药液的使用量。
Description
技术领域
本公开一般涉及设施葡萄园喷药装置及方法技术领域，具体涉及一种用于设施葡萄园的自走变量喷药装置及方法。
背景技术
设施葡萄园用于种植葡萄，为方便管理，葡萄树通常以设定间隔排列种植设置。针对于葡萄树的病灶，通常发生于其叶片上；例如通常发生于其叶片正面的白粉病，发生于其叶片背面的霜霉病等；
在对葡萄树进行喷药的过程中，通常通过机械喷药和人工喷药两种方式。人工喷药可根据经验判断叶片的病灶类型，以重点或有针对的进行喷药，然而人工喷药耗费人力资源较大，效率也相对较低；机械喷药虽能提高喷药效率，但其往往智能程度较低，无法根据实际情况进行针对性喷药处理，自适应性较差，药液的有效率较低。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可解决上述技术问题的一种用于设施葡萄园的自走变量喷药装置及方法。
第一方面本申请提供一种用于设施葡萄园的自走变量喷药装置，包括：
行进机构，所述行进机构用于沿葡萄树的排列方向行进，所述行进机构上设有安装台；
喷洒单元，所述喷洒单元安装在所述安装台上，所述喷洒单元具有第一状态、第二状态和第三状态；所述喷洒单元呈第一状态时，所述喷洒单元以第一高度h1，第一喷射方向喷药，所述第一喷射方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角；所述喷洒单元呈第二状态时，所述喷洒单元以第二高度h2，第二喷射方向喷药，所述第二喷射方向垂直于竖直方向；所述喷洒单元呈第三状态时，所述喷洒单元以第三高度h3，第三喷射方向喷药，所述第三喷射方向与竖直方向所呈夹角中远离地面的夹角为锐角；其中，h1>h2>h3；
拍摄单元，所述拍摄单元安装在所述安装台上，用于拍摄葡萄叶的叶片图像，所述叶片图像包括叶片正面图像和叶片背面图像；
处理单元，所述处理单元配置用于：
根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态，所述生理状态包括正面病灶状态，正面正常状态，背面病灶状态，背面正常状态；
根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元切换至所述第一状态或第二状态或第三状态。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元切换至所述第一状态或第二状态或第三状态，具体包括以下步骤：
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元切换为所述第一状态；
判断所述葡萄叶具有背面病灶状态和正面正常状态时，控制所述喷洒单元切换为所述第三状态；
判断所述葡萄叶具有正面正常状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元切换为所述第二状态；
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面病灶状态时，控制所述喷洒单元交替切换所述第一状态和第三状态。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述喷洒单元、拍摄单元沿所述行进机构的行进方向排列设置，且间隔预设水平距离s；
所述处理单元具体配置用于：判断所述叶片的生理状态，延迟第一时间t1后根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元切换至所述第一状态或第二状态或第三状态；
所述第一时间t1由公式(一)计算得到：
其中，v为所述行进机构的行进速度，t0为设定值。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述喷洒单元包括：
多行程气缸，所述多行程气缸沿竖直方向设置，且固定安装在所述安装台上；所述多行程气缸的顶部安装有第一安装座；
第一电机，所述第一电机安装在所述第一安装座上，所述第一电机的轴线平行于所述葡萄树的排列方向；所述第一电机的转轴上安装有连杆；
喷洒件，所述喷洒件安装在所述连杆上，所述喷洒件靠近所述葡萄树一侧设有用于喷药的喷药口。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述连杆垂直于所述第一电机轴线设置；所述喷洒件靠近所述葡萄树一侧安装有喷药杆；
所述喷药杆垂直于所述连杆且垂直于所述第一电机轴线；所述喷药杆内部中空，其相对靠近所述葡萄树一侧沿长度方向排列设有若干个喷药孔，其相对远离所述葡萄树一侧设有与所述喷药口连通的输入口。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态具体包括以下步骤：
s11：获取第一数据集，将所述第一数据集分为第一训练集和第一测试集；所述第一数据集包括葡萄叶正面病灶和葡萄叶正面正常的样本图像；
s12：基于第一神经网络构建正面病灶检测模型；
s13：以第一训练集和第一测试集对所述正面病灶检测模型进行训练和测试，得到训练后的正面病灶检测模型；
s14：将所述叶片正面图像输入至所述训练后的正面病灶检测模型中，输出所述葡萄叶的正面状态；所述正面状态包括正面病灶状态和正面正常状态。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态还具体包括以下步骤：
s21：获取第二数据集，将所述第二数据集分为第二训练集和第二测试集；所述第二数据集包括葡萄叶背面病灶和葡萄叶背面正常的样本图像；
s22：基于第二神经网络构建背面病灶检测模型；
s23：以第二训练集和第二测试集对所述背面病灶检测模型进行训练和测试，得到训练后的背面病灶检测模型；
s24：将所述叶片背面图像输入至所述训练后的背面病灶检测模型中，输出所述葡萄叶的背面状态；所述背面状态包括背面病灶状态和背面正常状态。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述拍摄单元包括：
支架，所述支架沿竖直方向安装在所述安装台侧壁上；所述支架顶部设有第一底座；所述支架底部沿第一方向设有固定杆，所述固定杆远离所述支架一端安装有第二底座；所述第一方向平行于水平面且垂直于所述葡萄树的排列方向；
第一相机，所述第一相机安装在所述第一底座上，所述第一相机的轴线方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角，用于拍摄所述葡萄叶的叶片正面图像；
第二相机，所述第二相机安装在所述第二底座上，所述第二相机的轴线方向与竖直方向所呈夹角中背离地面的夹角为锐角，用于拍摄所述葡萄叶的叶片背面图像。
第二方面本申请提供一种用于设施葡萄园的自走变量喷药方法，包括以下步骤：
获取葡萄叶的叶片图像，所述叶片图像包括叶片正面图像和叶片背面图像；所述叶片图像由拍摄单元拍摄得到；所述拍摄单元安装在安装台上，所述安装台设置在行进机构上；所述行进机构用于沿葡萄树的排列方向行进；
根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态，所述生理状态包括正面病灶状态，正面正常状态，背面病灶状态，背面正常状态；
根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元切换至所述第一状态或第二状态或第三状态；所述喷洒单元安装在所述安装台上，所述喷洒单元具有第一状态、第二状态和第三状态；所述喷洒单元呈第一状态时，所述喷洒单元以第一高度h1，第一喷射方向喷药，所述第一喷射方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角；所述喷洒单元呈第二状态时，所述喷洒单元以第二高度h2，第二喷射方向喷药，所述第二喷射方向垂直于竖直方向；所述喷洒单元呈第三状态时，所述喷洒单元以第三高度h3，第三喷射方向喷药，所述第三喷射方向与竖直方向所呈夹角中远离地面的夹角为锐角；其中，h1>h2>h3。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元切换至所述第一状态或第二状态或第三状态，具体包括以下步骤：
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元切换为所述第一状态；
判断所述葡萄叶具有背面病灶状态和正面正常状态时，控制所述喷洒单元切换为所述第三状态；
判断所述葡萄叶具有正面正常状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元切换为第二状态；
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面病灶状态时，控制所述喷洒单元交替切换所述第一状态和第三状态。
本申请的有益效果在于：使用时，行进机构沿葡萄树的排列方向行进，其上的拍摄单元拍摄葡萄叶的叶片正面图像和叶片背面图像，并将其发送至处理单元，处理单元根据所述叶片的正面图像和叶片背面图像判断处于该区域内葡萄叶的状态；由此可实现根据实时的叶片生理状态，调整喷洒单元的喷射模式，以使药液适应于不同葡萄树不同病灶状态，即对于正面患病的叶片区域，以第一高度h1、第一喷射方向喷药；对于背面患病的叶片区域，以第三高度h3、第三喷射方向喷药；对于正常状态的叶片，以第二高度h2、第二喷射方向喷药，上述结构中实现了对不同类型或不同状态叶片进行自适应喷覆药液动作，提高了工作效率，节约了药液的使用量。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请提供的一种用于设施葡萄园的自走变量喷药装置的结构示意图；
图2为图1所示喷洒件25上安装有喷药杆26的结构示意图；
图3为本申请提供的一种用于设施葡萄园的自走变量喷药装置的原理图；
图4为图1所示喷洒单元处于第一状态时的结构示意图；
图5为图1所示喷洒单元处于第二状态时的结构示意图；
图6为图1所示喷洒单元处于第三状态时的结构示意图；
图7为图2所示喷洒单元处于第一状态时的结构示意图；
图8为图2所示喷洒单元处于第二状态时的结构示意图；
图9为图2所示喷洒单元处于第三状态时的结构示意图；
图10为图8所示喷药杆26为弧形的结构示意图；
图11为图9所示喷药杆26为弧形的结构示意图；
附图标号：
1、行进机构；2、喷洒单元；3、拍摄单元；4、处理单元；11、安装台；21、多行程气缸；22、第一安装座；23、第一电机；24、连杆；25、喷洒件；25-1、喷药口；26、喷药杆；26-1、喷药孔；27、存储罐、28、波纹管、29、泵体；31、支架；32、第一底座；33、固定杆；34、第二底座；35、第一相机；36、第二相机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
请参考图1-图6为本申请提供的一种用于设施葡萄园的自走变量喷药装置，包括：
行进机构1，所述行进机构1用于沿葡萄树的排列方向行进，所述行进机构1上设有安装台11；
喷洒单元2，所述喷洒单元安装在所述安装台11上，所述喷洒单元2具有第一状态、第二状态和第三状态；所述喷洒单元2呈第一状态时，所述喷洒单元2以第一高度h1，第一喷射方向喷药，所述第一喷射方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角；所述喷洒单元2呈第二状态时，所述喷洒单元2以第二高度h2，第二喷射方向喷药，所述第二喷射方向垂直于竖直方向；所述喷洒单元2呈第三状态时，所述喷洒单元2以第三高度h3，第三喷射方向喷药，所述第三喷射方向与竖直方向所呈夹角中远离地面的夹角为锐角；其中，h1>h2>h3；
拍摄单元3，所述拍摄单元3安装在所述安装台11上，用于拍摄葡萄叶的叶片图像，所述叶片图像包括叶片正面图像和叶片背面图像；
处理单元4，所述处理单元4配置用于：
根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态，所述生理状态包括正面病灶状态，正面正常状态，背面病灶状态，背面正常状态；
根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元2切换至所述第一状态或第二状态或第三状态。
具体的，所述行进机构1为车体，所述车体内安装有用于驱动其行进的驱动机构；所述处理单元4的输出端与所述驱动机构连接，用于驱动其以设定速度行进。
具体的，设施葡萄园内的葡萄树排列设置，相邻两个葡萄树间具有设定间隔；
具体的，第一喷射方向、第二喷射方向、第三喷射方向为所述喷洒单元2中药液的喷出方向；
在一些实施例中，所述第一高度h1、第二高度h2、第三高度h3均为设定数值，例如第一高度h1为2m；第二高度h2为1.6m；第三高度h3为1.2m；在另一些实施例中，所述第一高度h1、第二高度h2、第三高度h3还可以为设定范围值，例如第一高度h1为2.0m-2.2m；第二高度h2为1.6m-1.8m；第三高度h3为1.2-1.4m；其中，在不同具体实施例中，第一高度h1、第二高度h2、第三高度h3均需满足h1>h2>h3。
具体的，拍摄单元3的拍摄频率为As/次，其中，A为设定值；所述拍摄单元3的拍摄频率可根据实际需求进行设置，例如在一些实施例中，所述行进机构1的行进速度为0.2m/s，拍摄单元3的拍摄频率为：10s/次。
工作原理：使用时，行进机构1沿葡萄树的排列方向行进，其上的拍摄单元3拍摄葡萄叶的叶片正面图像和叶片背面图像，并将其发送至处理单元4，处理单元4根据所述叶片的正面图像和叶片背面图像判断处于该区域内葡萄叶的状态；
当该区域内葡萄叶正面患病时(即叶片生理状态为正面病灶状态)，处理单元4通过控制喷洒单元2切换为第一状态，此时喷洒单元2的输出端上升至第一高度h1，并以第一喷射方向斜向下喷射药液，以使药液覆盖于葡萄叶的正面。
当该区域内葡萄叶未患病时(即叶片生理状态为正面正常状态和背面正常状态时)，处理单元4通过控制喷洒单元2切换为第二状态，此时喷洒单元2的输出端下降至第二高度h2，并以第二喷射方向水平喷射药液。
当该区域内葡萄叶背面患病时(即叶片生理状态为背面病灶状态)，处理单元4通过控制喷洒单元2切换为第三状态，此时喷洒单元2的输出端下降至第三高度h3，并以第三喷射方向斜向上喷射药液。
由此可实现根据实时的叶片生理状态，调整喷洒单元2的喷射模式，以使药液适应于不同葡萄树不同病灶状态，便于对不同类型或不同状态叶片进行自适应喷覆药液，提高了工作效率，节约了药液的使用量。
在一些实施例中，根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元2切换至所述第一状态或第二状态或第三状态，具体包括以下步骤：
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为所述第一状态；
判断所述葡萄叶具有背面病灶状态和正面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为所述第三状态；
判断所述葡萄叶具有正面正常状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为所述第二状态；
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面病灶状态时，控制所述喷洒单元2交替切换所述第一状态和第三状态。
进一步的，交替切换所述第一状态和第三状态时，切换频率为As内交替切换m次。所述切换频率可根据需求进行设置，例如在一些实施例中，拍摄单元3的拍摄频率为10s/次，切换频率为10s内切换三次。
进一步的，交替切换所述第一状态和第三状态时，需判断上一次喷洒单元2的状态，当上一次喷洒单元2的状态为第一状态时，则交替切换开始时维持第一状态一段时间(例如1.5s)后再切换为第三状态；当上一次喷洒单元2的状态为第三状态时，则交替切换开始时维持第三状态一段时间后再切换为第一状态，进而再次交替切换。
在一些实施例中，所述喷洒单元2、拍摄单元3沿所述行进机构1的行进方向排列设置，且间隔预设水平距离s；
所述处理单元4具体配置用于：判断所述叶片的生理状态，延迟第一时间t1后根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元2切换至所述第一状态或第二状态或第三状态；
所述第一时间t1由公式(一)计算得到：
其中，v为所述行进机构1的行进速度，t0为设定值。
具体的，间隔预设水平距离s为设定值，例如s＝1m；
具体的，t0为设定值，可根据实际需求进行设置，以对第一时间t1起到对响应时间的补偿作用，例如t0设置为0.3s。
工作原理：由于喷洒单元2、拍摄单元3沿所述行进机构1的行进方向排列设置，且间隔预设水平距离s；同时通过延时的方式，即第一时间t1前拍摄单元3拍摄其对应区域的叶片状态，第一时间t1后，喷洒单元2运动至该区域，此时切换其状态，使得与该区域叶片状态对应，因此可避免喷洒过程中，药液喷覆至拍摄单元3上，避免影响拍摄效果。
为了便于本领域技术人员的理解，以装置的某段协同动作为例，例如拍摄单元3拍摄其对应区域的叶片图像，处理模块4判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面病灶状态，则：处理模块4延迟第一时间t1后，此时喷洒单元2已行进至该对应区域，此时控制所述喷洒单元2交替切换所述第一状态和第三状态。
在一些实施例中，所述喷洒单元2包括：
多行程气缸21，所述多行程气缸21沿竖直方向设置，且固定安装在所述安装台11上；所述多行程气缸21的顶部安装有第一安装座22；
第一电机23，所述第一电机23安装在所述第一安装座22上，所述第一电机23的轴线平行于所述葡萄树的排列方向；所述第一电机23的转轴上安装有连杆24；
喷洒件25，所述喷洒件25安装在所述连杆24上，所述喷洒件25靠近所述葡萄树一侧设有用于喷药的喷药口25-1。
具体的，所述处理模块4的输出端与所述第一电机23、多行程气缸21连接；通过上述结构，使得处理模块4可控制多行程气缸21升降，以使所述喷药口25-1位于不同高度值或不同高度范围值；同时通过控制第一电机23转动，使得可控制切换喷药口25-1的喷射方向。
具体的，所述喷洒件25远离所述葡萄树一侧设有连接口；所述安装台11上设有用于盛装药液的存储罐27，所述存储罐27上通过连接管道连接有泵体29，所述泵体29输出端通过波纹管28与所述连接口连通。
在一些实施例中，所述拍摄单元3包括：
支架31，所述支架31沿竖直方向安装在所述安装台11侧壁上；所述支架31顶部设有第一底座32；所述支架31底部沿第一方向设有固定杆33，所述固定杆33远离所述支架31一端安装有第二底座34；所述第一方向平行于水平面且垂直于所述葡萄树的排列方向；
第一相机35，所述第一相机35安装在所述第一底座32上，所述第一相机35的轴线方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角，用于拍摄所述葡萄叶的叶片正面图像；
第二相机36，所述第二相机36安装在所述第二底座34上，所述第二相机36的轴线方向与竖直方向所呈夹角中背离地面的夹角为锐角，用于拍摄所述葡萄叶的叶片背面图像。
进一步的，所述处理单元4的输入端与所述第一相机35、第二电机36连接；所述处理单元4还配置用于：
获取所述叶片正面图像、叶片背面图像；
对所述叶片正面图像、叶片背面图像进行处理，以剔除无效图像；
其中剔除无效图像的方法可以为通过筛除分辨率较低，曝光严重等图像；同时也可通过特征提取的方式筛除或过滤无效图像信息，以便于后期检测叶片状态。
在一些实施例中，根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态具体包括以下步骤：
s11：获取第一数据集，将所述第一数据集分为第一训练集和第一测试集；所述第一数据集包括葡萄叶正面病灶和葡萄叶正面正常的样本图像；
s12：基于第一神经网络构建正面病灶检测模型；
s13：以第一训练集和第一测试集对所述正面病灶检测模型进行训练和测试，得到训练后的正面病灶检测模型；
s14：将所述叶片正面图像输入至所述训练后的正面病灶检测模型中，输出所述葡萄叶的正面状态；所述正面状态包括正面病灶状态和正面正常状态。
在一些实施例中，根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态还具体包括以下步骤：
s21：获取第二数据集，将所述第二数据集分为第二训练集和第二测试集；所述第二数据集包括葡萄叶背面病灶和葡萄叶背面正常的样本图像；
s22：基于第二神经网络构建背面病灶检测模型；
s23：以第二训练集和第二测试集对所述背面病灶检测模型进行训练和测试，得到训练后的背面病灶检测模型；
s24：将所述叶片背面图像输入至所述训练后的背面病灶检测模型中，输出所述葡萄叶的背面状态；所述背面状态包括背面病灶状态和背面正常状态。
实施例2
在实施例1的基础上，一些实施例中，如图7-图9所示，所述连杆24垂直于所述第一电机22轴线设置；所述喷洒件25靠近所述葡萄树一侧安装有喷药杆26；
所述喷药杆26垂直于所述连杆24且垂直于所述第一电机23轴线；所述喷药杆26内部中空，其相对靠近所述葡萄树一侧沿长度方向排列设有若干个喷药孔26-1，其相对远离所述葡萄树一侧设有与所述喷药口25-1连通的输入口。
具体的，所述第一高度h1、第二高度h2、第三高度h3为设定范围值；即所述第一高度h1具有第一最小高度h1s和第一最大高度h1t；所述第二高度h2具有第一最小高度h2s和第一最大高度h2t；所述第三高度h3具有第一最小高度h3s和第一最大高度h3t；可以知道的是，由于h1>h2>h3，因此h1t>h1s>h2t>h2s>h3t>h3s；例如，当所述喷洒单元2处于第一状态时，所有所述喷药孔26-1均处于第一高度h1，例如2.0m-2.2m；
具体的，所有所述喷药孔26-1的开口方向相同，例如，当所述喷洒单元2处于第一状态时，所述喷药孔26-1的轴线方向为所述第一喷射方向。
在一些实施例中，所述安装台11上安装有回收罐，所述喷药杆26靠近所述葡萄树一侧沿其长度方向设有凹槽，所述凹槽的横截面为弧形结构；所述凹槽底部设有第一安装孔，所述喷药杆远离所述葡萄树一侧设有第二安装孔，所述回收罐上设有回收管道，所述回收管道通过所述第二安装孔插入至所述第一安装孔内；
具体的，所述回收管道为软管或波纹管；
使用时，泵体将存储罐27内的药液依次通过所述波纹管28、输入口，最终由喷药孔26-1喷射而出；此时未喷射至叶片上的部分药液(尤其当所述喷洒单元2处于第三状态时)，在重力作用下落入至所述凹槽内，经过所述第一安装孔以及回收管道进入至所述存储罐27内。
进一步的，所述第二安装孔与所述回收管道间设有密封垫，以进一步增强密封性；
进一步的，如图10-图11所示，所述喷药杆26沿长度方向上的截面为弧形，且所述第一安装孔设置于所述喷药杆26中部位置。该弧形结构下，一方面可适应于葡萄树叶片的特点，即避免当喷洒单元2处于第三状态，自下而上喷射药液时，不易喷射至相对靠近安装台11一侧的叶片上；而将所述喷药杆设置为弧形，使得可将在第三高度范围内提高相对靠近安装台11一侧喷药口的高度；另一方面，当喷洒单元2处于第二状态时，可以更好的覆盖葡萄树的顶部及底部位置，喷射更为均匀。另一方面，也便于回收管道回收多余的药液。
实施例3
本实施例提供一种用于设施葡萄园的自走变量喷药方法，包括以下步骤：
获取葡萄叶的叶片图像，所述叶片图像包括叶片正面图像和叶片背面图像；所述叶片图像由拍摄单元3拍摄得到；所述拍摄单元3安装在安装台11上，所述安装台11设置在行进机构1上；所述行进机构1用于沿葡萄树的排列方向行进；
根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态，所述生理状态包括正面病灶状态，正面正常状态，背面病灶状态，背面正常状态；
根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元2切换至所述第一状态或第二状态或第三状态；所述喷洒单元2安装在所述安装台上，所述喷洒单元2具有第一状态、第二状态和第三状态；所述喷洒单元2呈第一状态时，所述喷洒单元2以第一高度h1，第一喷射方向喷药，所述第一喷射方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角；所述喷洒单元2呈第二状态时，所述喷洒单元2以第二高度h2，第二喷射方向喷药，所述第二喷射方向垂直于竖直方向；所述喷洒单元2呈第三状态时，所述喷洒单元2以第三高度h3，第三喷射方向喷药，所述第三喷射方向与竖直方向所呈夹角中远离地面的夹角为锐角；其中，h1>h2>h3。
具体的，所述行进机构1为车体，所述车体内安装有用于驱动其行进的驱动机构；所述处理单元4的输出端与所述驱动机构连接，用于驱动其以设定速度行进。
具体的，设施葡萄园内的葡萄树排列设置，相邻两个葡萄树间具有设定间隔；
具体的，第一喷射方向、第二喷射方向、第三喷射方向为所述喷洒单元2中药液的喷出方向；
在一些实施例中，所述第一高度h1、第二高度h2、第三高度h3均为设定数值，例如第一高度h1为2m；第二高度h2为1.6m；第三高度h3为1.2m；在另一些实施例中，所述第一高度h1、第二高度h2、第三高度h3还可以为设定范围值，例如第一高度h1为2.0m-2.2m；第二高度h2为1.6m-1.8m；第三高度h3为1.2-1.4m；其中，在不同具体实施例中，第一高度h1、第二高度h2、第三高度h3均需满足h1>h2>h3。
具体的，拍摄单元3的拍摄频率为As/次，其中，A为设定值；所述拍摄单元3的拍摄频率可根据实际需求进行设置，例如在一些实施例中，所述行进机构1的行进速度为0.2m/s，拍摄单元3的拍摄频率为：10s/次。
在一些实施例中，根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元2切换至所述第一状态或第二状态或第三状态，具体包括以下步骤：
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为所述第一状态；
判断所述葡萄叶具有背面病灶状态和正面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为所述第三状态；
判断所述葡萄叶具有正面正常状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为第二状态；
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面病灶状态时，控制所述喷洒单元2交替切换所述第一状态和第三状态。
在一些实施例中，驱动所述喷洒单元2切换至所述第一状态或第二状态或第三状态，具体包括以下步骤：
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为所述第一状态；
判断所述葡萄叶具有背面病灶状态和正面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为所述第三状态；
判断所述葡萄叶具有正面正常状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元2切换为所述第二状态；
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面病灶状态时，控制所述喷洒单元2交替切换所述第一状态和第三状态。
进一步的，交替切换所述第一状态和第三状态时，切换频率为As内交替切换m次。所述切换频率可根据需求进行设置，例如在一些实施例中，拍摄单元3的拍摄频率为10s/次，切换频率为10s内切换三次。
进一步的，交替切换所述第一状态和第三状态时，需判断上一次喷洒单元2的状态，当上一次喷洒单元2的状态为第一状态时，则交替切换开始时维持第一状态一段时间(例如1.5s)后再切换为第三状态；当上一次喷洒单元2的状态为第三状态时，则交替切换开始时维持第三状态一段时间后再切换为第一状态，进而再次交替切换。
在一些实施例中，判断所述叶片的生理状态，根据所述生理状态驱动所述喷洒单元2切换至所述第一状态或第二状态或第三状态的方法具体为：
判断所述叶片的生理状态，延迟第一时间t1后根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元2切换至所述第一状态或第二状态或第三状态；
所述第一时间t1由公式(一)计算得到：
其中，v为所述行进机构1的行进速度，t0为设定值；
其中，所述喷洒单元2、拍摄单元3沿所述行进机构1的行进方向排列设置，且间隔预设水平距离s；
在一些实施例中，根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态具体包括以下步骤：
s11：获取第一数据集，将所述第一数据集分为第一训练集和第一测试集；所述第一数据集包括葡萄叶正面病灶和葡萄叶正面正常的样本图像；
s12：基于第一神经网络构建正面病灶检测模型；
s13：以第一训练集和第一测试集对所述正面病灶检测模型进行训练和测试，得到训练后的正面病灶检测模型；
s14：将所述叶片正面图像输入至所述训练后的正面病灶检测模型中，输出所述葡萄叶的正面状态；所述正面状态包括正面病灶状态和正面正常状态。
在一些实施例中，根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态还具体包括以下步骤：
s21：获取第二数据集，将所述第二数据集分为第二训练集和第二测试集；所述第二数据集包括葡萄叶背面病灶和葡萄叶背面正常的样本图像；
s22：基于第二神经网络构建背面病灶检测模型；
s23：以第二训练集和第二测试集对所述背面病灶检测模型进行训练和测试，得到训练后的背面病灶检测模型；
s24：将所述叶片背面图像输入至所述训练后的背面病灶检测模型中，输出所述葡萄叶的背面状态；所述背面状态包括背面病灶状态和背面正常状态。
通过上述方法，由此可实现根据实时的叶片生理状态，调整喷洒单元2的喷射模式，以使药液适应于不同葡萄树不同病灶状态，便于对不同类型或不同状态叶片进行自适应喷覆药液，提高了工作效率，节约了药液的使用量。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (6)
1.用于设施葡萄园的自走变量喷药装置，其特征在于，包括：
行进机构(1)，所述行进机构(1)用于沿葡萄树的排列方向行进，所述行进机构(1)上设有安装台(11)；
喷洒单元(2)，所述喷洒单元安装在所述安装台(11)上，所述喷洒单元(2)具有第一状态、第二状态和第三状态；所述喷洒单元(2)呈第一状态时，所述喷洒单元(2)以第一高度h1，第一喷射方向喷药，所述第一喷射方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角；所述喷洒单元(2)呈第二状态时，所述喷洒单元(2)以第二高度h2，第二喷射方向喷药，所述第二喷射方向垂直于竖直方向；所述喷洒单元(2)呈第三状态时，所述喷洒单元(2)以第三高度h3，第三喷射方向喷药，所述第三喷射方向与竖直方向所呈夹角中远离地面的夹角为锐角；其中，h1>h2>h3；
拍摄单元(3)，所述拍摄单元(3)安装在所述安装台(11)上，用于拍摄葡萄叶的叶片图像，所述叶片图像包括叶片正面图像和叶片背面图像；
处理单元(4)，所述处理单元(4)配置用于：
根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态，所述生理状态包括正面病灶状态，正面正常状态，背面病灶状态，背面正常状态；
根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元(2)切换至所述第一状态或第二状态或第三状态；
所述拍摄单元(3)包括：
第一相机(35)，所述第一相机(35)的轴线方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角，用于拍摄所述葡萄叶的叶片正面图像；
第二相机(36)，所述第二相机(36)的轴线方向与竖直方向所呈夹角中背离地面的夹角为锐角，用于拍摄所述葡萄叶的叶片背面图像；
所述喷洒单元(2)包括：
多行程气缸(21)，所述多行程气缸(21)沿竖直方向设置，且固定安装在所述安装台(11)上；所述多行程气缸(21)的顶部安装有第一安装座(22)；
第一电机(23)，所述第一电机(23)安装在所述第一安装座(22)上，所述第一电机(23)的轴线平行于所述葡萄树的排列方向；所述第一电机(23)的转轴上安装有连杆(24)；
喷洒件(25)，所述喷洒件(25)安装在所述连杆(24)上，所述喷洒件(25)靠近所述葡萄树一侧设有用于喷药的喷药口(25-1)；
所述连杆(24)垂直于所述第一电机(23)轴线设置；所述喷洒件(25)靠近所述葡萄树一侧安装有喷药杆(26)；
所述喷药杆(26)内部中空，其相对靠近所述葡萄树一侧沿长度方向排列设有若干个喷药孔(26-1)，其相对远离所述葡萄树一侧设有与所述喷药口(25-1)连通的输入口；
所述安装台(11)上安装有回收罐，所述喷药杆(26)靠近所述葡萄树一侧沿其长度方向设有凹槽，所述凹槽的横截面为弧形结构；所述凹槽底部设有第一安装孔，所述喷药杆(26)远离所述葡萄树一侧设有第二安装孔，所述回收罐上设有回收管道，所述回收管道通过所述第二安装孔插入至所述第一安装孔内；
所述喷药杆(26)沿长度方向上的截面为弧形，且所述第一安装孔设置于所述喷药杆(26)中部位置；
根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元(2)切换至所述第一状态或第二状态或第三状态，具体包括以下步骤：
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元(2)切换为所述第一状态；
判断所述葡萄叶具有背面病灶状态和正面正常状态时，控制所述喷洒单元(2)切换为所述第三状态；
判断所述葡萄叶具有正面正常状态和背面正常状态时，控制所述喷洒单元(2)切换为所述第二状态；
判断所述葡萄叶具有正面病灶状态和背面病灶状态时，控制所述喷洒单元(2)交替切换所述第一状态和第三状态。
2.根据权利要求1所述的用于设施葡萄园的自走变量喷药装置，其特征在于，所述喷洒单元(2)、拍摄单元(3)沿所述行进机构(1)的行进方向排列设置，且间隔预设水平距离s；
所述处理单元(4)具体配置用于：判断所述叶片的生理状态，延迟第一时间t1后根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元(2)切换至所述第一状态或第二状态或第三状态；
所述第一时间t1由公式(一)计算得到：
其中，v为所述行进机构(1)的行进速度，t0为设定值。
3.根据权利要求2所述的用于设施葡萄园的自走变量喷药装置，其特征在于，根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态具体包括以下步骤：
s11：获取第一数据集，将所述第一数据集分为第一训练集和第一测试集；所述第一数据集包括葡萄叶正面病灶和葡萄叶正面正常的样本图像；
s12：基于第一神经网络构建正面病灶检测模型；
s13：以第一训练集和第一测试集对所述正面病灶检测模型进行训练和测试，得到训练后的正面病灶检测模型；
s14：将所述叶片正面图像输入至所述训练后的正面病灶检测模型中，输出所述葡萄叶的正面状态；所述正面状态包括正面病灶状态和正面正常状态。
4.根据权利要求3所述的用于设施葡萄园的自走变量喷药装置，其特征在于，根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态还具体包括以下步骤：
s21：获取第二数据集，将所述第二数据集分为第二训练集和第二测试集；所述第二数据集包括葡萄叶背面病灶和葡萄叶背面正常的样本图像；
s22：基于第二神经网络构建背面病灶检测模型；
s23：以第二训练集和第二测试集对所述背面病灶检测模型进行训练和测试，得到训练后的背面病灶检测模型；
s24：将所述叶片背面图像输入至所述训练后的背面病灶检测模型中，输出所述葡萄叶的背面状态；所述背面状态包括背面病灶状态和背面正常状态。
5.根据权利要求1所述的用于设施葡萄园的自走变量喷药装置，其特征在于，所述拍摄单元(3)包括：
支架(31)，所述支架(31)沿竖直方向安装在所述安装台(11)侧壁上；所述支架(31)顶部设有第一底座(32)；所述支架(31)底部沿第一方向设有固定杆(33)，所述固定杆(33)远离所述支架(31)一端安装有第二底座(34)；所述第一方向平行于水平面且垂直于所述葡萄树的排列方向；
所述第一相机(35)安装在所述第一底座(32)上，
所述第二相机(36)安装在所述第二底座(34)上。
6.一种用于设施葡萄园的自走变量喷药方法，应用于如权利要求1-5任意一项所述的用于设施葡萄园的自走变量喷药装置，其特征在于，包括以下步骤：
获取葡萄叶的叶片图像，所述叶片图像包括叶片正面图像和叶片背面图像；所述叶片图像由拍摄单元(3)拍摄得到；所述拍摄单元(3)安装在安装台(11)上，所述安装台(11)设置在行进机构(1)上；所述行进机构(1)用于沿葡萄树的排列方向行进；
根据所述叶片图像，判断所述叶片的生理状态，所述生理状态包括正面病灶状态，正面正常状态，背面病灶状态，背面正常状态；
根据所述生理状态，驱动所述喷洒单元(2)切换至所述第一状态或第二状态或第三状态；所述喷洒单元(2)安装在所述安装台上，所述喷洒单元(2)具有第一状态、第二状态和第三状态；所述喷洒单元(2)呈第一状态时，所述喷洒单元(2)以第一高度h1，第一喷射方向喷药，所述第一喷射方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角；所述喷洒单元(2)呈第二状态时，所述喷洒单元(2)以第二高度h2，第二喷射方向喷药，所述第二喷射方向垂直于竖直方向；所述喷洒单元(2)呈第三状态时，所述喷洒单元(2)以第三高度h3，第三喷射方向喷药，所述第三喷射方向与竖直方向所呈夹角中远离地面的夹角为锐角；其中，h1>h2>h3；
所述拍摄单元(3)包括：
第一相机(35)，所述第一相机(35)的轴线方向与竖直方向所呈夹角中指向地面的夹角为锐角，用于拍摄所述葡萄叶的叶片正面图像；
第二相机(36)，所述第二相机(36)的轴线方向与竖直方向所呈夹角中背离地面的夹角为锐角，用于拍摄所述葡萄叶的叶片背面图像；
所述喷洒单元(2)包括：
多行程气缸(21)，所述多行程气缸(21)沿竖直方向设置，且固定安装在所述安装台(11)上；所述多行程气缸(21)的顶部安装有第一安装座(22)；
第一电机(23)，所述第一电机(23)安装在所述第一安装座(22)上，所述第一电机(23)的轴线平行于所述葡萄树的排列方向；所述第一电机(23)的转轴上安装有连杆(24)；
喷洒件(25)，所述喷洒件(25)安装在所述连杆(24)上，所述喷洒件(25)靠近所述葡萄树一侧设有用于喷药的喷药口(25-1)；
所述连杆(24)垂直于所述第一电机(23)轴线设置；所述喷洒件(25)靠近所述葡萄树一侧安装有喷药杆(26)；
所述喷药杆(26)内部中空，其相对靠近所述葡萄树一侧沿长度方向排列设有若干个喷药孔(26-1)，其相对远离所述葡萄树一侧设有与所述喷药口(25-1)连通的输入口；
所述安装台(11)上安装有回收罐，所述喷药杆(26)靠近所述葡萄树一侧沿其长度方向设有凹槽，所述凹槽的横截面为弧形结构；所述凹槽底部设有第一安装孔，所述喷药杆(26)远离所述葡萄树一侧设有第二安装孔，所述回收罐上设有回收管道，所述回收管道通过所述第二安装孔插入至所述第一安装孔内；
所述喷药杆(26)沿长度方向上的截面为弧形，且所述第一安装孔设置于所述喷药杆(26)中部位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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