CN116982609A - 基于作物处方图的喷雾方法、系统和计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于作物处方图的喷雾方法、系统和计算机设备。所述方法包括：获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点的定位信息；在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值；根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点、第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号。采用本方法能够提供喷雾机喷药的精准度。
Description
技术领域
本申请涉及农业喷雾技术领域，特别是涉及一种基于作物处方图的喷雾方法、系统和计算机设备。
背景技术
农业作物的施药方式一般采用粗放式连续喷雾测量，通过喷药作业机械、无人机采用手动或自动的方式进行连续喷药，但这种喷药方式在目标农业作物上有效沉积的农药不足30％，导致农药利用率低、雾滴漂移残留严重，并且容易造成环境污染、作物品质下降、生态系统失衡等问题。
目前，为了解决上述问题实现果园精准施药，目前大多采用变量施药技术，并且有基于作物处方图的变量喷雾系统，喷雾的实现大致可分为三步，利用"3S"技术或实时传感器技术获取作物田中各类差异性信息生成变量处方图，结合定位技术解译变量处方图并获取目标作物处方值，处方值指导喷药执行机构调节喷雾量，完成变量喷雾作业。现有作物处方图的变量喷雾技术主要应用于大田场景，对应果园果树的施肥施药喷雾方法未考虑果树之间存在间隙、喷雾系统存在延时，由此喷雾的精确度低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高喷雾精确度的基于作物处方图的喷雾方法、系统和计算机设备。
一种基于作物处方图的喷雾方法，所述方法包括：
获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点的定位信息；
遍历作物处方图信息，计算每个靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离；第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点；
在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值；
根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点，和单个喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点；
在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
在其中一个实施例中，在相同喷雾压力，相同作业环境的情况下，同一个喷嘴的有效喷雾喷辐w和喷雾喷辐W的关系式为：
w＝k×W其中，k为比例因子；
在相同喷雾压力，相同作业环境的情况下，同一个喷嘴延迟修正作业距离L和有效喷雾喷辐w的关系式为：
其中，ts为喷雾系统开启延时时间，单位为s；te为喷雾系统结束延时时间，单位为s；v为喷雾机作业速度，单位为m/s；a、b、c、d、e为比例因子；t1为GPS和IMU信号采集解析延时时间，单位为s；t2为流量传感器测速延时时间，单位为s；t3为变量喷雾控制模块处理开启信号和喷雾组件响应时间，单位为s；t4为控制信号传输延迟时间，单位为s；t5为喷雾组件结束喷雾响应时间，单位为s；
其中，第一点表示喷头位置，W为喷雾喷辐，喷雾喷辐表示单个喷头喷雾能够覆盖的宽度方向的最远距离，第二点和第三点分别为左右边界点；w为有效喷雾喷辐，有效喷雾喷辐表示单个喷头能够达到作业标准的宽度方向的最远距离，第四点和第五点分别为左右边界点；L为延时修正作业距离，单位为m，延时修正作业距离表示在考虑喷雾系统延时的情况下的实际有效作业距离，第六点和第七点分别为左右边界点。
在其中一个实施例中，所述第二点的经纬度坐标计算公式如下：
其中，latA为第一点的纬度，单位为°；lonA为第一点的经度，单位为°；latArad为第一点纬度的弧度表示，单位为rad；rA为第一点纬度所对应的地球表面半径，单位为m；CA为第一点所在纬度圈的周长，单位为m；llm表示经度圈上每一度对应的米制距离，单位为m；2α为喷雾角，单位为°；H为喷雾机距离果树行的喷雾距离，单位为m；latB为第二点的纬度，单位为°；lonB为第二点的经度，单位为°；
所述第三点的经纬度坐标计算公式如下：
其中，latC为第三点的纬度，lonC为第三点的经度，单位均为°；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，步骤如下：
将第一点、第二点和靶点三点经纬度坐标换成弧度制：
其中，lonArad为第一点的经度lonA的弧度表示，单位为rad；latArad为第一点的纬度latA的弧度表示，单位为rad；lonBrad为第二点的经度lonB的弧度表示，单位为rad；latBrad为第二点的纬度latB的弧度表示，单位为rad；lonOrad为靶点的经度lonO的弧度表示，单位为rad；latOrad为靶点的纬度latO的弧度表示，单位为rad；靶点的经度和纬度从作物处方图信息中获取；
计算第一点与第二点之间的大地距离，公式如下：
其中，dlat表示第一点和第二点纬度之差的弧度值，单位为rad；dlon表示第一点和第二点经度之差的弧度值，单位为rad；ρ是一个利于计算的中间变量，单位为rad；crad表示第一点与第二点间球面距离的弧长，单位为rad；R表示地球半径，单位为m；DAB表示第一点与第二点间的大地距离，单位为m；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的角度，公式如下：
其中，alpha表示靶点与第一点的连线与第一点与第二点的连接线之间的夹角，beta表示靶点与第二点的连线与第一点与第二点的连接线之间的夹角；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离：
dAB＝|DAB×sin(alpha-beta)|
其中，dAB表示靶点到第一点与第二点的连接线的垂直距离，单位为m。
在其中一个实施例中，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号，包括：在第六点位于靶标果树的处方圆内，或第七点位于靶标果树的处方圆内时，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号。
在其中一个实施例中，第六点和第七点的经纬度坐标公式为：
其中，latDf表示喷雾机第一行走状态下第六点的纬度坐标，单位为°；lonDf表示喷雾机第一行走状态下第六点的经度坐标，单位为°；latEf表示喷雾机第一行走状态下第七点的纬度坐标，单位为°；lonEf表示喷雾机第一行走状态下第七点的经度坐标，单位为°；latDb表示喷雾机第二行走状态下第六点的纬度坐标，单位为°；lonDb表示喷雾机第二行走状态下第六点的经度坐标，单位为°；latEb表示喷雾机第二行走状态下第七点的纬度坐标，单位为°；lonEb表示喷雾机第二行走状态下第七点的经度坐标，单位为°；latA为第一点(喷头位置)的纬度，单位为°；H为喷雾机距离果树行的喷雾距离，单位为m；llm表示经度圈上每一度对应的米制距离，单位为m；lonA为第一点(喷头位置)的经度，单位为°；2α为喷雾角，单位为°；ts为喷雾系统开启延时时间，单位为s；v为喷雾机作业速度，单位为m/s；te为喷雾系统结束延时时间，单位为s。
在其中一个实施例中，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号之前，还包括：判断喷雾机是否处于累计在Y轴方向的偏差大于30°且绕Z轴的偏航角旋转速度大于5°/s；如果喷雾机处于累计在Y轴方向的偏差大于30°且绕Z轴的偏航角旋转速度大于5°/s，则喷雾机处于转弯状态；否则，喷雾机处于非转弯状态。
在其中一个实施例中，当喷雾机按照预设工作路线行走时，各靶标果树的处方圆根据喷雾机行进方向按照行、列编码，处方圆的行编码为奇数表示喷雾机前进，偶数表示喷雾机倒退；所述在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号，包括：在喷雾机处于前进状态时，当第六点进入获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；在喷雾机处于倒退状态时，当第七点进入获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；所述在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号，包括：在喷雾机处于前进状态时，当第七点离开获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号；在喷雾机处于倒退状态时，当第六点离开获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
在其中一个实施例中，所述基于作物处方图的喷雾方法，还包括：在向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号时，采集系统瞬时流量和对该作物的喷施量；根据延迟修正作业距离、果树冠幅、喷雾装置移动速度、处方值计算理想流量；计算瞬时流量和理想流量的偏差作为PID算法得输入量，输出控制电磁阀的开启和关闭时间的比例，以对喷雾流量的准确调节。
一种基于作物处方图的喷雾系统，所述系统包括：
信息获取模块，用于获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点的定位信息；
距离计算模块，用于遍历作物处方图信息，计算每个靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离；第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点；
处方值获取模块，用于在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值；
延时修正作业距离边界点计算模块，用于根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点，和单个喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点；
喷雾开启模块，用于在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
喷雾关闭模块，用于在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点的定位信息；
遍历作物处方图信息，计算每个靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离；第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点；
在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值；
根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点，和单个喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点；
在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点的定位信息；
遍历作物处方图信息，计算每个靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离；第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点；
在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值；
根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点，和单个喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点；
在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
上述基于作物处方图的喷雾方法、系统和计算机设备，通过引入延迟修正作业距离，即通过喷雾系统开启延时时间和喷雾系统结束延时时间修正喷雾有效喷辐，得到实际喷雾有效距离，可以校准系统的滞后性，确保喷雾有效喷辐能够完全作业在果树冠层上，这种修正使得喷雾能够更准确地覆盖目标区域，避免浪费和漏喷，从而提高了喷雾作业的质量和效率，并通过高效的喷雾控制算法，创新性地通过判断靶点与延迟修正作业距离的位置关系以及喷雾机的状态，发布相应的控制信号，实现对果树的精准喷雾作业。
附图说明
图1为一个实施例中基于作物处方图的喷雾方法的流程示意图；
图2为一个实施例中是基于作物处方图的喷雾方法中喷雾机的喷雾范围与边界点示意图；
图3为一个具体实施例中基于作物处方图的喷雾方法的流程示意图；
图4为另一个实施例中基于作物处方图的喷雾方法的喷雾机作业示意图；
图5为一个实施例中基于作物处方图的喷雾系统的硬件方案设计图；
图6为一个实施例中基于作物处方图的喷雾系统的结构框图；
图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于作物处方图的喷雾方法，所述方法包括：
S110，获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点(喷头位置)的定位信息。
其中，作物处方图信息包括靶点经纬度信息、靶标果树的冠幅值和果树变量施药处方值。果树变量施药处方值即作物的处方值，处方值为喷雾机的理想喷施量。喷头位置为第一点，如图2中A点。喷头在施药过程中会持续运动，需要实时获取第一点的定位信息。
S120，遍历作物处方图信息，计算每个靶点与第一点与第二点的连接线的的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离；第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点。
其中，第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，如图2中B点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点，如图3中C点。其中，在得到的果树变量喷雾处方图中，按照果树划分，以靶标果树质心为圆心、以冠幅为直径的圆形成作业区域，称此圆为处方圆，称圆心为靶点。
S130，在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值。
S140，根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点，和单个喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点。
其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，如图2中F点和G点；第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点，如图2中D点和E点。其中，D点位于B点和F点之间，E点位于G点和C点之间。第六点、第七点计算是考虑喷雾系统的开启延迟时间、喷雾系统结束延迟时间、喷雾机的作业速度、信号采集解析延时时间、流量传感器测速延时时间、变量喷雾控制模块处理开启信号和喷雾组件响应时间、控制信号传输延迟时间、喷雾组件结束喷雾响应时间。
S150，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号。
其中，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，表示作为已经处于预备喷雾范围，此时向喷雾机发出喷雾信号。
S160，在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
上述基于作物处方图的喷雾方法中，通过引入延迟修正作业距离，即通过喷雾系统开启延时时间和喷雾系统结束延时时间修正喷雾有效喷辐，得到实际喷雾有效距离，可以校准系统的滞后性，确保喷雾有效喷辐能够完全作业在果树冠层上，这种修正使得喷雾能够更准确地覆盖目标区域，避免浪费和漏喷，从而提高了喷雾作业的质量和效率，并通过高效的喷雾控制算法，创新性地通过判断靶点与延迟修正作业距离的位置关系以及喷雾机的状态，发布相应的控制信号，实现对果树的精准喷雾作业。
在其中一个实施例中，在相同喷雾压力，相同作业环境的情况下，同一个喷嘴的有效喷雾喷辐w和喷雾喷辐W的关系式为：
w＝k×W
其中，k为比例因子；
在相同喷雾压力，相同作业环境的情况下，同一个喷嘴延迟修正作业距离L和有效喷雾喷辐w的关系式为：
其中，ts为喷雾系统开启延时时间，单位为s；te为喷雾系统结束延时时间，单位为s；v为喷雾机作业速度，单位为m/s；a、b、c、d、e为比例因子；t1为GPS和IMU信号采集解析延时时间，单位为s；t2为流量传感器测速延时时间，单位为s；t3为变量喷雾控制模块处理开启信号和喷雾组件响应时间，单位为s；t4为控制信号传输延迟时间，单位为s；t5为喷雾组件结束喷雾响应时间，单位为s；其中，第一点表示喷头位置，W为喷雾喷辐，喷雾喷辐表示单个喷头喷雾能够覆盖的宽度方向的最远距离，第二点和第三点分别为左右边界点；w为有效喷雾喷辐，有效喷雾喷辐表示单个喷头能够达到作业标准的宽度方向的最远距离，第四点和第五点分别为左右边界点；L为延时修正作业距离，单位为m，延时修正作业距离表示在考虑喷雾系统延时的情况下的实际有效作业距离，第六点和第七点分别为左右边界点。
所述第二点的经纬度坐标计算公式如下：
其中，latA为第一点(喷头位置)的纬度，单位为°；lonA为第一点(喷头位置)的经度，单位为°；latArad为第一点纬度的弧度表示，单位为rad；rA为第一点纬度所对应的地球表面半径，单位为m；CA为第一点所在纬度圈的周长，单位为m；llm表示经度圈上每一度对应的米制距离，单位为m；2α为喷雾角，单位为°；H为喷雾机距离果树行的喷雾距离，单位为m；latB为第二点纬度，单位为°；lonB为第二点经度，单位为°；
所述第三点的经纬度坐标计算公式如下：
其中，latC为第三点的纬度，lonC为第三点的经度，单位均为°。
计算靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，步骤如下：
将第一点、第二点和靶点三点经纬度坐标换成弧度制：
其中，lonArad为第一点的经度lonA的弧度表示，单位为rad；latArad为第一点的纬度latA的弧度表示，单位为rad；lonBrad为第二点的经度lonB的弧度表示，单位为rad；latBrad为第二点的纬度latB的弧度表示，单位为rad；lonOrad为靶点的经度lonO的弧度表示，单位为rad；latOrad为靶点的纬度latO的弧度表示，单位为rad；靶点的经度和纬度从作物处方图信息中获取；
计算第一点与第二点之间的大地距离，公式如下：
其中，dlat表示第一点和第二点纬度之差的弧度值，单位为rad；dlon表示第一点和第二点经度之差的弧度值，单位为rad；ρ是一个利于计算的中间变量，单位为rad；crad表示第一点与第二点间球面距离的弧长，单位为rad；R表示地球半径，单位为m；DAB表示第一点与第二点间的大地距离，单位为m；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的角度，公式如下：
其中，alpha表示靶点与第一点的连线与第一点与第二点的连接线之间的夹角，beta表示靶点与第二点的连线与第一点与第二点的连接线之间的夹角；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离：
dAB＝|DAB×sin(alpha-beta)|
其中，dAB表示靶点到第一点与第二点的连接线的垂直距离，单位为m。
本实施例中，通过判断每个靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离是否小于作物冠幅的一半来进行处方圆编码寻址，相较于传统坐标转换加行列扫描的解决方法，该算法一方面可以有效解决对非正向果树寻址的问题，提高了系统在各种果园环境下的适用性；一方面减少数据失真和误差累加问题，提高处方图寻址的准确性。
在其中一个实施例中，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号，包括：在第六点位于靶标果树的处方圆内，或第七点位于靶标果树的处方圆内时，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号。所述的第六点和第七点在不同的行走状态下有不同的经纬度坐标计算公式。在其中一个实施例中，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号，包括：在第六点离开靶标果树的处方圆内，或第七点离开靶标果树的处方圆内时，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。所述的第六点和第七点在不同的行走状态下有不同的经纬度坐标计算公式。
在本实例中，创新性地通过判断靶点与延迟修正作业距离的位置关系以及喷雾机的状态，发布相应的控制信号，高效的喷雾控制算法实现对果树的精准喷雾作业。
所述第六点和第七点的经纬度坐标公式为：
其中，latDf表示喷雾机第一行走状态下第六点的纬度坐标，单位为°；lonDf表示喷雾机第一行走状态下第六点的经度坐标，单位为°；latEf表示喷雾机第一行走状态下第七点的纬度坐标，单位为°；lonEf表示喷雾机第一行走状态下第七点的经度坐标，单位为°；latDb表示喷雾机第二行走状态下第六点的纬度坐标，单位为°；lonDb表示喷雾机第二行走状态下第六点的经度坐标，单位为°；latEb表示喷雾机第二行走状态下第七点的纬度坐标，单位为°；lonEb表示喷雾机第二行走状态下第七点的经度坐标，单位为°；latA为第一点(喷头位置)的纬度，单位为°；H为喷雾机距离果树行的喷雾距离，单位为m；llm表示经度圈上每一度对应的米制距离，单位为m；lonA为第一点(喷头位置)的经度，单位为°；2α为喷雾角，单位为°；ts为喷雾系统开启延时时间，单位为s；v为喷雾机作业速度，单位为m/s；te为喷雾系统结束延时时间，单位为s。其中，第一行走状态可为喷雾机前进状态，第二行走状态可为喷雾机倒退状态；第一行走状态也可为喷雾机向右横向行走状态，第二行走状态可为喷雾机向左横向行走状态；当然不限于此，第一行走状态和第二行走状态的方向相反即可。
在其中一个实施例中，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号之前，还包括：判断喷雾机是否处于累计在Y轴方向的偏差大于30°且绕Z轴的偏航角旋转速度大于5°/s；如果喷雾机处于累计在Y轴方向的偏差大于30°且绕Z轴的偏航角旋转速度大于5°/s，则喷雾机处于转弯状态；否则，喷雾机处于非转弯状态。
其中，可以在喷雾机处于转弯状态时，将转弯状态标志位置1；在喷雾机处于非转弯状态时，将转弯标志位置1。当然，此处的转弯状态标志位是可以根据需要进行设置，不限于1或0，也可以用其它符号代替。此处Y轴方向为喷雾机正前方，X轴沿喷雾机指向水平右侧，Z轴为由原点(IMU放置位置)指向喷雾机顶部。
在其中一个实施例中，当喷雾机按照预设工作路线行走时，各靶标果树的处方圆根据喷雾机行进方向按照行、列编码，处方圆的行编码为奇数表示喷雾机前进，偶数表示喷雾机倒退；所述在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号，包括：在喷雾机处于前进状态时，当第六点进入获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；在喷雾机处于倒退状态时，当第七点进入获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号。所述在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号，包括：在喷雾机处于前进状态时，当第七点离开获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号；在喷雾机处于倒退状态时，当第六点离开获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
例如，如图4所示，喷头前进时，检测左方的靶标果树的处方圆，在处方圆处于喷雾范围时，控制喷嘴进行喷雾，在处方圆离开喷雾范围时，控制喷嘴停止喷雾。处方圆按照行列编码，如图4中，设处方图的右下角处方圆的行号为1，列号为1；沿着喷雾机作业前进的方向增加，每增加一个处方圆，列号加1；沿着垂直喷雾机前进的方向增加，每增加一行，行号加1；每个处方圆都有一个唯一的编码，根据行号和列号组合而成。根据当前处方圆的编码可进行下个处方圆编码的判断；当行号为奇数时，列号若为最大值，则下一个处方圆的编码为行号加1，列号为最大值；其他情况均行号不变，列号加1。当行号为偶数时且列号为1时，下一个处方圆的编码为行号加1，列号为1；其他情况均行号不变，列号减1。
本实施例中，利用当前处方圆编码来判断下一个处方圆编码，这样可以确保喷雾机在切换到下一个作业位置时能够平稳地进行喷雾作业，避免喷雾的中断或重叠，提高喷雾作业的连续性。
在其中一个实施例中，所述基于作物处方图的喷雾方法，还包括：在向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号时，采集系统瞬时流量和对该作物的喷施量；根据延迟修正作业距离、果树冠幅、喷雾装置移动速度、处方值计算理想流量；计算瞬时流量和理想流量的偏差作为PID算法得输入量，输出控制电磁阀的开启和关闭时间的比例，以对喷雾流量的准确调节。
其中，理想流量q2的计算公式为：
其中，L为延迟修正作业距离，单位为m；l为果树冠幅，单位为m；v为喷雾装置移动速度，单位为m/min；ty为喷雾机在单个果树持续工作的时间，单位为min；Q2为理想喷施量，即为处方值，单位为L；q2为理想流量，单位为L/min。本实施例中，PID-PWM调控模块，采用PID控制算法结合PWM调制技术来实现对变量喷施系统的精确调节和控制。系统瞬时流量和理想流量的偏差作为PID算法得输入量，经过PID控制算法运算后输出一个占空比值；STM32控制器将产生相应占空比的PWM方波，控制电磁阀得开启和关闭时间的比例，实现对喷雾流量的准确调节。
其中，当变量喷雾控制系统接收到处方值，开启定时、计数器，所述流量信息采集模块以每50ms为采样周期，采集脉冲数量，计算当前的系统瞬时流量q1和喷施量Q1；解译系统发送来的处方值Q2和计算得到的理想流量q2反馈至STM32控制器。流量采集模块，基于霍尔传感器实时监测喷雾机的喷雾流速，并将采集到的数据反馈给控制器。定时用于计时、计数器用于计数，用于流量传感器是每50ms采一次流量值，每采一次记一次数。
本实施例中，通过PID控制算法输出的占空比值，实时根据理想流量调节喷雾机喷头喷出的瞬时流量，能够更精确的实现对喷头喷雾的控制。
在一个具体的实施例中，如图3所示，提供了一种基于作物处方图的喷雾系统的算法流程，包括处方图信息预处理模块、信息采集处理模块、处方图寻址算法和喷雾控制算法。
在处方图信息预处理模块：控制处方图生成，划分处方圆，对处方圆进行行列编码，提取靶标果树的经纬度坐标、冠幅、处方值，将经纬度坐标、冠幅、处方值存储在结构体的数组中、并发送至STM32。在信息采集处理模块：初始化个存储器及参数变量，接受并解析喷头A点的GPS信息，接收并处理IMU传感器数据。处方图寻址算法：计算喷头喷辐边界点B、C点经纬度坐标，遍历处方图信息，判断靶点O到线段AB或线段AC的垂直距离小于冠幅的一半，如果是则进行处方块匹配，锁定作业处方块编码，此处同时可人为手动输入/修正处方块编码，在对下一颗靶标果树喷雾时进行新的作业处方块编码。喷雾控制算法：按照喷雾机是前进还是倒退进行，则根据公式计算D/E经纬度坐标；判断靶点O到线段AD的垂直距离小于冠幅的一半；判断靶点O到线段AE的垂直距离是否大于冠幅的一半，控制喷雾的开始和结束，在完成一个靶标果树的喷雾后，对处方圆的行和/或列的行号加1。
其中，处方图信息预处理模块具体工作步骤如下：应用三维GIS软件模拟生成果树处方图并按照靶标果树划分处方圆；将处方圆按照行列坐标进行编码；提取处方文件中靶标果树经纬度坐标、冠幅和处方值；设计结构体用于存储和访问处方图信息。
其中，所述的信息采集处理模块分为GPS信号采集处理和IMU数据采集处理模块。所述GPS信号采集处理具体工作步骤如下：选用NMEA-0813通信协议中的RMC格式语句作为数据传输的方式；根据语句识别符RMC提取$GPRMC整个语句，提取经纬度和速度的信息，实时获取当前喷雾机速度和喷头经纬度坐标。其中，所述IMU数据采集处理模块具体工作步骤如下：连接IMU传感器与STM32，读取传感器数据，进行单位转换、校准等数据预处理和滤波，计算姿态和加速度，最后输出处理后的数据。
其中，所述喷雾控制算法具体工作步骤如下：根据得到的处方圆编码获取相应处方信息；判断延迟修正作业距离的边界点是否在处方作业圆内；判断喷雾机是否处于转弯状态；根据自定义的通信协议方式给控制系统发布信号，从而完成对应位置的喷雾作业；判断下一个作业处方圆编码，确保喷雾机切换到下一个作业位置时能够无缝作业。
其中，所述的处方图数据接收模块，主要是利用自定义的通信协议接收来自解译系统的处方图数据，包括处方值、处方圆编码、冠幅、距离dAD、距离dAE、速度和转弯状态标识位。具体地，为了将处方值、处方圆编码、冠幅、距离dAD、距离dAE以及速度有序的发送给变量喷雾系统，本发明制定了一个解译系统与变量喷雾系统的通信协议，格式为KPmmXmYmLmmmmDmmmmEmmmmVmmmmTmmM，其中K为起始识位，P为处方值标识位，X行编码标识位，Y为列编码标识位，L为冠幅标识位，D为距离dAD标识位，E为距离dAE标识位，V为速度标识位，T为转弯状态标识位，M为终止位，m为发送值。
在一个具体的实施例中，如图5所示，提供了一种基于作物处方图的喷雾系统的硬件部分，主要主要有流量采集模块、PID-PWM调控模块、数据可视化模块、STM32控制器、供电组件、喷施组件组成。
其中，所述的数据可视化模块是通过SPI通信的方式将瞬时流量、理想流量、实际流量、处方圆编码和速度等信息通过液晶显示屏等形式直观地展示，方便操作人员实时监测和调节系统参数；其中，所述STM32控制器的具体工作步骤如下：接收来自解译子系统的处方值等信息，计算理想流量接收流量传感器反馈而来的系统瞬时流量；计算系统瞬时流量和理想流量偏差送至PID控制算法；计算电磁阀的占空比并发送至喷施组件和数据可视化界面。所述STM32控制器具体为STM32F103开发板；其中，，基于作物处方图的喷雾系统的供电组件由220V移动电压、AC-DC整流模块、DC-DC降压模块和晶体管驱动放大模块组成。220V的移动电压经过整流降压成直流5v，12v电压为单片机和驱动放大模块供电；STM32控制器产生的PWM信号最大为5v，而开关电磁阀的额定电压为12v，无法直接驱动开关电磁阀工作，所以需要晶体管的驱动放大作用对PWM方波信号进行放大，从而驱动开关电磁阀工作。其中，基于作物处方图的喷雾系统的喷施组件包括喷雾机药箱、水泵、喷头、电磁阀、输药软管和支架；所述药箱和水泵连接，所述水泵通过转接头连入输药软管，所述的输药软管要与电磁阀连接并固定在支架上，所述的喷头和电磁阀连接。
应该理解的是，虽然图1、3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1、3中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本发明一种基于作物处方图的喷雾系统，为了确保喷雾时有效喷雾喷辐能完全作业在果树上，需要考虑喷雾系统的延时时间，并进行相应的修正，L为延时修正作业距离，表示在考虑喷雾系统延时的情况下的实际有效作业距离，D、E为其左右边界点。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种基于作物处方图的喷雾系统，包括：
信息获取模块210，用于获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点(喷头位置)的定位信息；
距离计算模块220，用于遍历作物处方图信息，计算每个靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离；第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点；
处方值获取模块230，用于在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值；
延时修正作业距离边界点计算模块240，用于根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点，和单个喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点；
喷雾开启模块250，用于在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
喷雾关闭模块260，用于在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
在其中一个实施例中，在相同喷雾压力，相同作业环境的情况下，同一个喷嘴的有效喷雾喷辐w和喷雾喷辐W的关系式为：
w＝k×W
其中，k为比例因子；
在相同喷雾压力，相同作业环境的情况下，同一个喷嘴延迟修正作业距离L和有效喷雾喷辐w的关系式为：
其中，ts为喷雾系统开启延时时间，单位为s；te为喷雾系统结束延时时间，单位为s；v为喷雾机作业速度，单位为m/s；a、b、c、d、e为比例因子；t1为GPS和IMU信号采集解析延时时间，单位为s；t2为流量传感器测速延时时间，单位为s；t3为变量喷雾控制模块处理开启信号和喷雾组件响应时间，单位为s；t4为控制信号传输延迟时间，单位为s；t5为喷雾组件结束喷雾响应时间，单位为s；
其中，第一点表示喷头位置，W为喷雾喷辐，喷雾喷辐表示单个喷头喷雾能够覆盖的宽度方向的最远距离，第二点和第三点分别为左右边界点；w为有效喷雾喷辐，有效喷雾喷辐表示单个喷头能够达到作业标准的宽度方向的最远距离，第四点和第五点分别为左右边界点；L为延时修正作业距离，单位为m，延时修正作业距离表示在考虑喷雾系统延时的情况下的实际有效作业距离，第六点和第七点分别为左右边界点。
在其中一个实施例中，所述第二点的经纬度坐标计算公式如下：
其中，latA为第一点(喷头位置)的纬度，单位为°；lonA为第一点(喷头位置)的经度，单位为°；latArad为第一点纬度的弧度表示，单位为rad；rA为第一点纬度所对应的地球表面半径，单位为m；CA为第一点所在纬度圈的周长，单位为m；llm表示经度圈上每一度对应的米制距离，单位为m；2α为喷雾角，单位为°；H为喷雾机距离果树行的喷雾距离，单位为m；latB为第二点纬度，单位为°；lonB为第二点经度，单位为°；
所述第三点的经纬度坐标计算公式如下：
其中，latC为第三点的纬度，lonC为第三点的经度，单位均为°；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，步骤如下：
将第一点、第二点和靶点三点经纬度坐标换成弧度制：
其中，lonArad为第一点的经度lonA的弧度表示，单位为rad；latArad为第一点的纬度latA的弧度表示，单位为rad；lonBrad为第二点的经度lonB的弧度表示，单位为rad；latBrad为第二点的纬度latB的弧度表示，单位为rad；lonOrad为靶点的经度lonO的弧度表示，单位为rad；latOrad为靶点的纬度latO的弧度表示，单位为rad；靶点的经度和纬度从作物处方图信息中获取；
计算第一点与第二点之间的大地距离，公式如下：
其中，dlat表示第一点和第二点纬度之差的弧度值，单位为rad；dlon表示第一点和第二点经度之差的弧度值，单位为rad；ρ是一个利于计算的中间变量，单位为rad；crad表示第一点与第二点间球面距离的弧长，单位为rad；R表示地球半径，单位为m；DAB表示第一点与第二点间的大地距离，单位为m；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的角度，公式如下：
其中，alpha表示靶点与第一点的连线与第一点与第二点的连接线之间的夹角，beta表示靶点与第二点的连线与第一点与第二点的连接线之间的夹角；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离：
dAB＝|DAB×sin(alpha-beta)|
其中，dAB表示靶点到第一点与第二点的连接线的垂直距离，单位为m。
在其中一个实施例中，喷雾开启模块250，还用于在第六点位于靶标果树的处方圆内，或第七点位于靶标果树的处方圆内时，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号。
在其中一个实施例中，第六点和第七点的经纬度坐标公式为：
其中，latDf表示喷雾机第一行走状态下第六点的纬度坐标，单位为°；lonDf表示喷雾机第一行走状态下第六点的经度坐标，单位为°；latEf表示喷雾机第一行走状态下第七点的纬度坐标，单位为°；lonEf表示喷雾机第一行走状态下第七点的经度坐标，单位为°；latDb表示喷雾机第二行走状态下第六点的纬度坐标，单位为°；lonDb表示喷雾机第二行走状态下第六点的经度坐标，单位为°；latEb表示喷雾机第二行走状态下第七点的纬度坐标，单位为°；lonEb表示喷雾机第二行走状态下第七点的经度坐标，单位为°；latA为第一点(喷头位置)的纬度，单位为°；H为喷雾机距离果树行的喷雾距离，单位为m；llm表示经度圈上每一度对应的米制距离，单位为m；lonA为第一点(喷头位置)的经度，单位为°；2α为喷雾角，单位为°；ts为喷雾系统开启延时时间，单位为s；v为喷雾机作业速度，单位为m/s；te为喷雾系统结束延时时间，单位为s。
在其中一个实施例中，一种基于作物处方图的喷雾系统还包括：转弯判断模块，用于判断喷雾机是否处于累计在Y轴方向的偏差大于30°且绕Z轴的偏航角旋转速度大于5°/s；如果喷雾机处于累计在Y轴方向的偏差大于30°且绕Z轴的偏航角旋转速度大于5°/s，则喷雾机处于转弯状态；否则，喷雾机处于非转弯状态。
在其中一个实施例中，当喷雾机按照预设工作路线行走时，各靶标果树的处方圆根据喷雾机行进方向按照行、列编码，处方圆的行编码为奇数表示喷雾机前进，偶数表示喷雾机倒退。喷雾开启模块250，还用于在喷雾机处于前进状态时，当第六点进入获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；在喷雾机处于倒退状态时，当第七点进入获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号。喷雾关闭模块260，还用于在喷雾机处于前进状态时，当第七点离开获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号；在喷雾机处于倒退状态时，当第六点离开获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
在其中一个实施例中，一种基于作物处方图的喷雾系统还包括：流量采集模块，用于在向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号时，采集系统瞬时流量和对该作物的喷施量；理想流量计算模块，用于根据延迟修正作业距离、果树冠幅、喷雾装置移动速度、处方值计算理想流量；调节模块，用于计算瞬时流量和理想流量的偏差作为PID算法得输入量，输出控制电磁阀的开启和关闭时间的比例，以对喷雾流量的准确调节。
关于基于作物处方图的喷雾系统的具体限定可以参见上文中对于基于作物处方图的喷雾方法的限定，在此不再赘述。上述基于作物处方图的喷雾系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于作物处方图的喷雾方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种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上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于作物处方图的喷雾方法，其特征在于，所述方法包括：
获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点的定位信息；
遍历作物处方图信息，计算每个靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离；第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点；
在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值；
根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点，和单个喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点；
在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
2.根据权利要求1所述基于作物处方图的喷雾方法，其特征在于，在相同喷雾压力，相同作业环境的情况下，同一个喷嘴的有效喷雾喷辐w和喷雾喷辐W的关系式为：
w＝k×W
其中，k为比例因子；
在相同喷雾压力，相同作业环境的情况下，同一个喷嘴延迟修正作业距离L和有效喷雾喷辐w的关系式为：
其中，ts为喷雾系统开启延时时间，单位为s；te为喷雾系统结束延时时间，单位为s；v为喷雾机作业速度，单位为m/s；a、b、c、d、e为比例因子；t1为GPS和IMU信号采集解析延时时间，单位为s；t2为流量传感器测速延时时间，单位为s；t3为变量喷雾控制模块处理开启信号和喷雾组件响应时间，单位为s；t4为控制信号传输延迟时间，单位为s；t5为喷雾组件结束喷雾响应时间，单位为s；
其中，第一点表示喷头位置，W为喷雾喷辐，喷雾喷辐表示单个喷头喷雾能够覆盖的宽度方向的最远距离，第二点和第三点分别为左右边界点；w为有效喷雾喷辐，有效喷雾喷辐表示单个喷头能够达到作业标准的宽度方向的最远距离，第四点和第五点分别为左右边界点；L为延时修正作业距离，单位为m，延时修正作业距离表示在考虑喷雾系统延时的情况下的实际有效作业距离，第六点和第七点分别为左右边界点。
3.根据权利要求1所述基于作物处方图的喷雾方法，其特征在于，所述第二点的经纬度坐标计算公式如下：
其中，latA为喷头位置的第一点的纬度，单位为°；lonA为喷头位置的第一点的经度，单位为°；latArad为第一点纬度的弧度表示，单位为rad；rA为第一点纬度所对应的地球表面半径，单位为m；CA为第一点所在纬度圈的周长，单位为m；llm表示经度圈上每一度对应的米制距离，单位为m；2α为喷雾角，单位为°；H为喷雾机距离果树行的喷雾距离，单位为m；latB为第二点纬度，单位为°；lonB为第二点经度，单位为°；
所述第三点的经纬度坐标计算公式如下：
其中，latC为第三点的纬度，lonC为第三点的经度，单位均为°；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，步骤如下：
将第一点、第二点和靶点三点经纬度坐标换成弧度制：
其中，lonArad为第一点的经度lonA的弧度表示，单位为rad；latArad为第一点的纬度latA的弧度表示，单位为rad；lonBrad为第二点的经度lonB的弧度表示，单位为rad；latBrad为第二点的纬度latB的弧度表示，单位为rad；lonOrad为靶点的经度lonO的弧度表示，单位为rad；latOrad为靶点的纬度latO的弧度表示，单位为rad；靶点的经度和纬度从作物处方图信息中获取；
计算第一点与第二点之间的大地距离，公式如下：
其中，dlat表示第一点和第二点纬度之差的弧度值，单位为rad；dlon表示第一点和第二点经度之差的弧度值，单位为rad；ρ是一个利于计算的中间变量，单位为rad；crad表示第一点与第二点间球面距离的弧长，单位为rad；R表示地球半径，单位为m；DAB表示第一点与第二点间的大地距离，单位为m；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的角度，公式如下：
其中，alpha表示靶点与第一点的连线与第一点与第二点的连接线之间的夹角，beta表示靶点与第二点的连线与第一点与第二点的连接线之间的夹角；
计算靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离：
dAB＝|DAB×sin(alpha-beta)|
其中，dAB表示靶点到第一点与第二点的连接线的垂直距离，单位为m。
4.根据权利要求1所述基于作物处方图的喷雾方法，其特征在于，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号，包括：
在第六点位于靶标果树的处方圆内，或第七点位于靶标果树的处方圆内时，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号。
5.根据权利要求1或4所述基于作物处方图的喷雾方法，其特征在于，第六点和第七点的经纬度坐标公式为：
其中，latDf表示喷雾机前进状态下第六点的纬度坐标，单位为°；lonDf表示喷雾机前进状态下第六点的经度坐标，单位为°；latEf表示喷雾机前进状态下第七点的纬度坐标，单位为°；lonEf表示喷雾机前进状态下第七点的经度坐标，单位为°；latDb表示喷雾机倒退状态下第六点的纬度坐标，单位为°；lonDb表示喷雾机倒退状态下第六点的经度坐标，单位为°；latEb表示喷雾机倒退状态下第七点的纬度坐标，单位为°；lonEb表示喷雾机倒退状态下第七点的经度坐标，单位为°；latA为第一点的纬度，单位为°；H为喷雾机距离果树行的喷雾距离，单位为m；llm表示经度圈上每一度对应的米制距离，单位为m；lonA为第一点的经度，单位为°；2α为喷雾角，单位为°；ts为喷雾系统开启延时时间，单位为s；v为喷雾机作业速度，单位为m/s；te为喷雾系统结束延时时间，单位为s。
6.根据权利要求1所述的基于作物处方图的喷雾方法，其特征在于，在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号之前，还包括：
判断喷雾机是否处于累计在Y轴方向的偏差大于30°且绕Z轴的偏航角旋转速度大于5°/s；
如果喷雾机处于累计在Y轴方向的偏差大于30°且绕Z轴的偏航角旋转速度大于5°/s，则喷雾机处于转弯状态；
否则，喷雾机处于非转弯状态。
7.根据权利要求1所述的基于作物处方图的喷雾方法，其特征在于，当喷雾机按照预设工作路线行走时，各靶标果树的处方圆根据喷雾机行进方向按照行、列编码，处方圆的行编码为奇数表示喷雾机前进，偶数表示喷雾机倒退；
所述在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号，包括：
在喷雾机处于前进状态时，当第六点进入获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
在喷雾机处于倒退状态时，当第七点进入获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
所述在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号，包括：
在喷雾机处于前进状态时，当第七点离开获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号；
在喷雾机处于倒退状态时，当第六点离开获取的靶点对应的处方圆时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
8.根据权利要求1所述的基于作物处方图的喷雾方法，其特征在于，还包括：
在向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号时，采集系统瞬时流量和对该作物的喷施量；
根据延迟修正作业距离、果树冠幅、喷雾装置移动速度、处方值计算理想流量；
计算瞬时流量和理想流量的偏差作为PID算法得输入量，输出控制电磁阀的开启和关闭时间的比例，以对喷雾流量的准确调节。
9.一种基于作物处方图的喷雾系统，其特征在于，所述系统包括：
信息获取模块，用于获取作物处方图信息和实时获取运动过程中位于第一点的定位信息；
距离计算模块，用于遍历作物处方图信息，计算每个靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离、每个靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离；第二点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的左边界点，第三点为喷头喷雾能够覆盖的最远距离的右边界点；
处方值获取模块，用于在靶点与第一点与第二点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第三点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半时，获取该靶点对应的作物的处方值；
延时修正作业距离边界点计算模块，用于根据单个喷头喷雾能够覆盖的最远距离的第二点和第三点，和单个喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的第四点和第五点，计算延时修正作业距离的第六点和第七点；其中，第四点、第五点分别为喷头喷雾能够达到作业标准的最远距离的左边界点、右边界点，第六点、第七点分别为延时修正作业距离的左边界点、右边界点；
喷雾开启模块，用于在靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离小于该靶点对应作物冠幅的一半，且喷雾机处于非转弯状态时，向喷雾机的喷头发出按照处方值喷雾的信号；
喷雾关闭模块，用于在靶点与第一点与第七点的连接线的垂直距离，或靶点与第一点和第六点的连接线的垂直距离不小于该靶点对应作物冠幅的一半时，向喷雾机的喷头发出结束喷雾的信号。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310972076.XA CN116982609A (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 基于作物处方图的喷雾方法、系统和计算机设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310972076.XA CN116982609A (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 基于作物处方图的喷雾方法、系统和计算机设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116982609A true CN116982609A (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=88522948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310972076.XA Pending CN116982609A (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 基于作物处方图的喷雾方法、系统和计算机设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116982609A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117426188A (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-23 | 哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司 | 一种基于处方图的水田离心施肥变量作业系统及其工作方法 |
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2023
- 2023-08-03 CN CN202310972076.XA patent/CN116982609A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117426188A (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-23 | 哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司 | 一种基于处方图的水田离心施肥变量作业系统及其工作方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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