CN117337751A - 一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统及方法，涉及绿地养护领域。其中，浇灌系统包括：喷头机构和控制系统；所述喷头机构，包括：喷嘴和喷嘴控制模块；所述控制系统根据绿地信息识别绿地轮廓信息，并根据绿地轮廓信息和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数；所述浇灌参数包括：方位角、出水量和压强；所述喷嘴控制模块根据浇灌参数控制喷嘴完成浇灌；并基于该浇灌系统提出了一种浇灌方法；本发明，可以实现各种形状的绿地的全方位浇灌。
Description
技术领域
本发明涉及绿地养护领域，具体涉及一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统及方法。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
随着城市绿化的一步步发展，当下绿化养护工作成为了重中之重；因此，如何合理浇灌也成为了当下急需解决的问题。
在过去，城市中绿地的浇灌往往依赖于人工浇水，效率较低且费时费力；而随着自动浇灌系统的发展，使得城市中绿地的浇灌工作得到了极大的改善；目前，自动浇灌系统的浇灌面积都是圆形，而随着城市绿化工作的进步，出现了各种千奇百怪的绿地，现有的自动浇灌系统无法实现对不规则形状的绿地的精准浇灌。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中存在的问题，提供了一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统及方法，可以实现各种形状的绿地的全方位浇灌，解决了上述问题。
本发明的技术方案如下：
一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统，包括：
喷头机构，所述喷头机构，包括：喷嘴和喷嘴控制模块；
控制系统，所述控制系统根据绿地信息识别绿地轮廓信息，并根据绿地轮廓信息和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数；所述浇灌参数包括：方位角、出水量和压强；所述喷嘴控制模块根据浇灌参数控制喷嘴完成浇灌。
进一步地，所述喷嘴为多个，沿环形线路布置；
所述喷嘴控制模块，包括：
电磁控制阀，所述电磁控制阀用于调节喷嘴的出水量和压强；
线性致动器，所述线性致动器用于调整喷嘴的俯仰角度；
无刷电机，所述无刷电机用于实现喷嘴的水平旋转。
进一步地，所述控制系统根据预设的识别算法对绿地信息进行处理，生成一个精确的绿地模型，并以喷嘴位置作为坐标原点建立模型坐标系；
所述控制系统获取模型坐标系中需要浇灌的点集，再基于所述点集、模型坐标系原点和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数。
一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，包括：
步骤S1：基于绿地信息，识别绿地轮廓信息；
步骤S2：根据绿地轮廓信息和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数；所述浇灌参数包括：方位角、出水量和压强；
步骤S3：喷嘴控制模块根据浇灌参数控制喷嘴完成浇灌。
进一步地，所述绿地信息能够从城市绿地的设计图纸或图像传感器采集的图像中获取。
进一步地，所述步骤S1，包括：
步骤S11：图像传感器采集绿地图像；
步骤S12：对绿地图像进行预处理；所述预处理，包括：图像去噪、图像增强、图像平滑；
步骤S13：基于特征提取算法，在预处理后的绿地图像中，提取出绿地轮廓的特征信息；
步骤S14：基于特征信息，进行绿地轮廓的检测，得到绿地轮廓信息。
进一步地，所述特征提取算法，包括：边缘检测算法和颜色分割算法；
所述步骤S14，包括：
对于边缘检测算法，通过寻找边缘像素点或边缘连接来检测绿地轮廓；
对于颜色分割算法，通过阈值分割得到绿地区域并进行连通区域分析来检测绿地轮廓。
进一步地，所述步骤S2，包括：
步骤S21：获取到绿地轮廓信息后，建立绿地模型；
步骤S22：对绿地模型进行网格划分，
步骤S23：根据绿地轮廓信息，获取模型坐标系中需要浇灌的点集；
步骤S24：计算点集的中心点，并将所述中心点作为喷嘴的安装位置；
步骤S25：以喷嘴位置作为坐标原点建立模型坐标系；
步骤S26：基于所述点集、模型坐标系原点和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数。
进一步地，所述步骤S24，包括：
方位角θ通过如下公式计算：
θ＝arctan2(y,x)
式中：
y表示需浇灌的点的y轴坐标值；
x表示需浇灌的点的x轴坐标值；
出水量Q通过如下公式计算：
Q＝Q0*Cw*Cc*Cf
其中：
Q0表示理论所需的总流量；
Cw表示水流修正系数；
Cc表示覆盖修正系数；
Cf表示流量修正系数；
压强P通过如下公式计算：
P＝(0.5*ρ*V2)+(ρ*g*h)
其中：
ρ表示水的密度；
V表示水的速度；
g表示重力加速度；
h表示水的高度差。
进一步地，所述覆盖修正系数Cc通过如下公式确定：
Cc＝CoceredArea/TargetArea
其中：
CoceredArea表示喷嘴实际覆盖面积；
TargetArea表示需要浇灌的点集构成的目标区域面积；
所述水流修正系数Cw通过如下公式确定：
Cw＝(0.61*(d/D)^1.54)*(1-0.8*sin(0.5*θ)^1.42)
其中：
d表示喷嘴直径；
D表示喷头机构的直径；
所述流量修正系数Cf通过如下公式确定：
Cf＝(1-(0.012*(L/D))-(0.014*(h/H)-(0.005*(Q/(g*D^2H)))))
其中：
L表示管道长度；
D表示管道直径；
H表示水头高度。
与现有的技术相比本发明的有益效果是：
一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统及方法，具有自动化、适应性强、精准高效的特点，可以减少人工成本和节约资源；不仅提高了浇灌效率和节约了水资源，还能减少水分的浪费和土壤水分的不均匀分布，从而促进绿地的健康生长和维护；此外，该浇灌系统还具备自动预警和故障检测功能，可以提高设备的可靠性和故障排除效率。
附图说明
图1为一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
请参阅图1，一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统，具体包括：
喷头机构，所述喷头机构，包括：喷嘴和喷嘴控制模块；通过所述喷嘴控制模块可以对每个喷嘴进行独立控制和调节；
控制系统，所述控制系统根据绿地信息识别绿地轮廓信息，并根据绿地轮廓信息和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数；所述浇灌参数包括：方位角、出水量和压强；所述喷嘴控制模块根据浇灌参数控制喷嘴完成浇灌；优选地，所述控制系统由计算机或微控制器组成，内置了计算公式，能够根据输入自动计算出喷嘴所需的、角度和压强。
在本实施例中，具体的，所述喷嘴为多个，沿环形线路布置；优选地，所述喷嘴共4个，360°均匀布置，可根据需要进行角度和喷水量、压强的调整；
所述喷嘴控制模块，包括：
电磁控制阀，所述电磁控制阀用于调节喷嘴的出水量和压强；即可以通过控制电磁控制阀的开合程度，来调节出水量和压强，可以实现每个喷嘴的独立调节；
线性致动器，所述线性致动器用于调整喷嘴的俯仰角度；需要说明的是，线性致动器由电机单独驱动，即可通过控制电机的旋转方向和速度来调节喷嘴的俯仰角度；
无刷电机，所述无刷电机用于实现喷嘴的水平旋转；即可通过控制无刷电机的旋转方向和速度来实现喷嘴的水平旋转；
优选地，所述喷嘴控制模块还可以检测到各喷嘴的工作状态，一旦发现故障，可立即通知相关人员进行及时处理；即可使该浇灌系统具备自动预警和故障检测功能。
在本实施例中，具体的，所述控制系统根据预设的识别算法对绿地信息进行处理，生成一个精确的绿地模型，并以喷嘴位置作为坐标原点建立模型坐标系；
所述控制系统获取模型坐标系中需要浇灌的点集，再基于所述点集、模型坐标系原点和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数。
本实施例还提出了一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：基于绿地信息，识别绿地轮廓信息；
步骤S2：根据绿地轮廓信息和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数；所述浇灌参数包括：方位角、出水量和压强；
步骤S3：喷嘴控制模块根据浇灌参数控制喷嘴完成浇灌。
在本实施例中，具体的，所述绿地信息能够从城市绿地的设计图纸或图像传感器采集的图像中获取；即针对具有设计图纸的绿地，所述绿地信息可从城市绿地的设计图纸中获取；针对位置坐标不明确，也没有设计图纸的绿地，所述绿地信息可从图像传感器采集的图像中获取；优选地，在本实施例中，所述绿地信息从图像传感器采集的图像中获取；所述图像传感器例如：摄像头、激光扫描仪或红外线传感器等，还可以安装一些气候传感器，进行环境状态监控。
在本实施例中，具体的，所述步骤S1，包括：
步骤S11：图像传感器采集绿地图像；即可使用无人机航拍，或者将摄像头安装在合适的位置，获取绿地图像；需要说明的是，在获取过程中需确保图像质量良好，绿地区域清晰可见；
步骤S12：对绿地图像进行预处理，以提升后续处理的效果；所述预处理，包括：图像去噪、图像增强、图像平滑；
步骤S13：基于特征提取算法，在预处理后的绿地图像中，提取出绿地轮廓的特征信息；
步骤S14：基于特征信息，进行绿地轮廓的检测，得到绿地轮廓信息；优选地，还可以对检测到的绿地轮廓进行后续处理，如剔除小于一定面积的噪声轮廓、填补轮廓中的空洞等。
在本实施例中，具体的，所述特征提取算法，包括：边缘检测算法和颜色分割算法；
所述步骤S14，包括：
对于边缘检测算法，通过寻找边缘像素点或边缘连接来检测绿地轮廓；
对于颜色分割算法，通过阈值分割得到绿地区域并进行连通区域分析来检测绿地轮廓。
在本实施例中，具体的，所述步骤S2，包括：
步骤S21：获取到绿地轮廓信息后，建立绿地模型；
步骤S22：对绿地模型进行网格划分，
步骤S23：根据绿地轮廓信息，获取模型坐标系中需要浇灌的点集；
步骤S24：计算点集的中心点，并将所述中心点作为喷嘴的安装位置；优选地，所述点集的中心点可通过曲线拟合或多边形逼近等方法确定；
步骤S25：以喷嘴位置作为坐标原点建立模型坐标系；
步骤S26：基于所述点集、模型坐标系原点和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数。
在本实施例中，具体的，所述步骤S24，包括：
方位角θ通过如下公式计算：
θ＝arctan2(y,x)
式中：
y表示需浇灌的点的y轴坐标值；
x表示需浇灌的点的x轴坐标值；
出水量Q通过如下公式计算：
Q＝Q0*Cw*Cc*Cf
其中：
Q0表示理论所需的总流量；理论所需的总流量Q0可根据绿地的长宽和设定的浇水时间计算出来，在此不再进行赘述；
Cw表示水流修正系数，需考虑喷嘴形状、喷嘴直径等因素；
Cc表示覆盖修正系数，需考虑喷嘴覆盖范围和实际需要浇水的形状等因素；
Cf表示流量修正系数，需考虑管道摩阻、水位高度等因素；
压强P通过如下公式计算：
P＝(0.5*ρ*V2)+(ρ*g*h)
其中：
ρ表示水的密度；
V表示水的速度；
g表示重力加速度；
h表示水的高度差。
进一步地，所述覆盖修正系数Cc通过如下公式确定：
Cc＝CoceredArea/TargetArea
其中：
CoceredArea表示喷嘴实际覆盖面积；即通过计算所有喷嘴有效覆盖范围内的小块面积之和，可得到喷嘴实际覆盖面积；
TargetArea表示需要浇灌的点集构成的目标区域面积；
所述水流修正系数Cw通过如下公式确定：
Cw＝(0.61*(d/D)^1.54)*(1-0.8*sin(0.5*θ)^1.42)
其中：
d表示喷嘴直径；
D表示喷头机构的直径；
即水流修正系数Cw考虑了喷头机构形状和喷嘴直径对水流的影响；喷嘴的喷洒角度越大，Cw越小，水流越分散；而喷嘴直径对Cw的影响主要通过d/D的比值体现，当喷嘴直径相对于喷头机构的直径越小时，Cw越小，水流越集中；
所述流量修正系数Cf通过如下公式确定：
Cf＝(1-(0.012*(L/D))-(0.014*(h/H)-(0.005*(Q/(g*D^2H)))))
其中：
L表示管道长度；
D表示管道直径；
H表示水头高度；
即流量修正系数Cf考虑了管道摩阻、水位高度差和重力；管道长度越长、管道直径越小、水位高度差越大以及实际流量越大，Cf越小，表示流量的损失越大。
在本实施例中，优选地，还可以进行浇灌区域划分，则可以通过计算得到在点集范围内以模型坐标系原点为圆心的最小圆面积；
在浇灌时，可先进行该面积的浇灌，再基于模型坐标系的x轴和y轴将剩余区域划分为4块，由4个喷嘴进行独立浇灌。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，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。
提供本背景技术部分是为了大体上呈现本发明的上下文，当前所署名的发明人的工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面，既非明示地也非暗示地被承认是本发明的现有技术。
Claims (10)
1.一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统，其特征在于，包括：
喷头机构，所述喷头机构，包括：喷嘴和喷嘴控制模块；
控制系统，所述控制系统根据绿地信息识别绿地轮廓信息，并根据绿地轮廓信息和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数；所述浇灌参数包括：方位角、出水量和压强；所述喷嘴控制模块根据浇灌参数控制喷嘴完成浇灌。
2.根据权利要求1所述的一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统，其特征在于，所述喷嘴为多个，沿环形线路布置；
所述喷嘴控制模块，包括：
电磁控制阀，所述电磁控制阀用于调节喷嘴的出水量和压强；
线性致动器，所述线性致动器用于调整喷嘴的俯仰角度；
无刷电机，所述无刷电机用于实现喷嘴的水平旋转。
3.根据权利要求1所述的一种可实现任意形状绿地养护的浇灌系统，其特征在于，所述控制系统根据预设的识别算法对绿地信息进行处理，生成一个精确的绿地模型，并以喷嘴位置作为坐标原点建立模型坐标系；
所述控制系统获取模型坐标系中需要浇灌的点集，再基于所述点集、模型坐标系原点和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数。
4.一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，其特征在于，包括：
步骤S1：基于绿地信息，识别绿地轮廓信息；
步骤S2：根据绿地轮廓信息和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数；所述浇灌参数包括：方位角、出水量和压强；
步骤S3：喷嘴控制模块根据浇灌参数控制喷嘴完成浇灌。
5.根据权利要求4所述的一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，其特征在于，所述绿地信息能够从城市绿地的设计图纸或图像传感器采集的图像中获取。
6.根据权利要求5所述的一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：
步骤S11：图像传感器采集绿地图像；
步骤S12：对绿地图像进行预处理；所述预处理，包括：图像去噪、图像增强、图像平滑；
步骤S13：基于特征提取算法，在预处理后的绿地图像中，提取出绿地轮廓的特征信息；
步骤S14：基于特征信息，进行绿地轮廓的检测，得到绿地轮廓信息。
7.根据权利要求6所述的一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，其特征在于，所述特征提取算法，包括：边缘检测算法和颜色分割算法；
所述步骤S14，包括：
对于边缘检测算法，通过寻找边缘像素点或边缘连接来检测绿地轮廓；
对于颜色分割算法，通过阈值分割得到绿地区域并进行连通区域分析来检测绿地轮廓。
8.根据权利要求4所述的一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：
步骤S21：获取到绿地轮廓信息后，建立绿地模型；
步骤S22：对绿地模型进行网格划分，
步骤S23：根据绿地轮廓信息，获取模型坐标系中需要浇灌的点集；
步骤S24：计算点集的中心点，并将所述中心点作为喷嘴的安装位置；
步骤S25：以喷嘴位置作为坐标原点建立模型坐标系；
步骤S26：基于所述点集、模型坐标系原点和喷嘴信息，计算得到喷嘴所需的浇灌参数。
9.根据权利要求8所述的一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，其特征在于，所述步骤S24，包括：
方位角θ通过如下公式计算：
θ＝arctan2(y,x)
式中：
y表示需浇灌的点的y轴坐标值；
x表示需浇灌的点的x轴坐标值；
出水量Q通过如下公式计算：
Q＝Q0*Cw*Cc*Cf
其中：
Q0表示理论所需的总流量；
Cw表示水流修正系数；
Cc表示覆盖修正系数；
Cf表示流量修正系数；
压强P通过如下公式计算：
P＝(0.5*ρ*V2)+(ρ*g*h)
其中：
ρ表示水的密度；
V表示水的速度；
g表示重力加速度；
h表示水的高度差。
10.根据权利要求9所述的一种可实现任意形状绿地养护的浇灌方法，其特征在于，所述覆盖修正系数Cc通过如下公式确定：
Cc＝CoceredArea/TargetArea
其中：
CoceredArea表示喷嘴实际覆盖面积；
TargetArea表示需要浇灌的点集构成的目标区域面积；
所述水流修正系数Cw通过如下公式确定：
Cw＝(0.61*(d/D)^1.54)*(1-0.8*sin(0.5*θ)^1.42)
其中：
d表示喷嘴直径；
D表示喷头机构的直径；
所述流量修正系数Cf通过如下公式确定：
Cf＝(1-(0.012*(L/D))-(0.014*(h/H)-(0.005*(Q/(g*D^2H)))))
其中：
L表示管道长度；
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