一种植保无人飞机智能施药系统及控制方法

航空航天装置制造技术1.本发明涉及病虫害防控技术领域，尤其涉及一种植保无人飞机智能施药系统及控制方法。背景技术：2.植物化学保护是当前最主要的病虫害防控方法，植保无人飞机具有机动性强等特点,能够实现人机分离与人药分离的高效,精准,智能的施药技术，植保无人飞机智能施药控制方法的技术核心点在于获取农田小区域病虫草害信息，并根据其差异性采取变量施药技术，实现按需施药；3.植保无人飞机智能施药控制方法以显著提高农药利用率、极大减轻环境污染等为优势，已经得到了大力发展与广泛应用；4.现有的植保无人飞机智能施药是多个机器工作共同合作的方法，无法实现对大田的农作物进行实时相关数据的采集,并传输和综合判断农作物的病虫害信息，使得施药控制执行机构接收不到变量施药指令,无法实现精准变量施药，存在“多喷”和“漏喷”现象,病虫害防治效果不理想，因此，本发明提出一种植保无人飞机智能施药系统及控制方法以解决现有技术中存在的问题。技术实现要素：5.针对上述问题，本发明的目的在于提出一种植保无人飞机智能施药系统及控制方法，该植保无人飞机智能施药系统及控制方法通过使用病虫害识别可以实时对病虫害进行分析辨认，以保证虫害数据的准确性，达到了精准变量施药的目的。6.为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种植保无人飞机智能施药系统，包括图像采集模块、图像处理模块、对比识别模块、药液传感模块、飞控模块和施药控制模块，所述图像采集模块通过无人机搭载的光谱相机实时采集农作物图像，所述图像处理模块用于对采集的图像进行视觉处理，所述对比识别模块用于根据预存的病虫害图像信息与采集的图像信息进行对比识别出作物病虫害和棵数信息，所述药液传感模块通过液位传感器获取药液余量信息，所述飞控模块用于根据对比识别模块输出的数据进行施药量计算并发出调控信号，所述施药控制模块用于根据飞控模块输出的调控信号通过流量传感器、输送泵和离心雾化喷头控制药液喷洒量。7.一种植保无人飞机智能施药系统的控制方法，包括以下步骤：8.步骤一、从数据库中选取多组农作物常发生的病虫害和多组不同棵数的农作物待检测的照片，将其存储到无人飞机文件系统进行处理后导入无人飞机的数据存储模块中；9.步骤二、利用无人飞机搭载的光谱相机对正在进行施药的农作物进行图像采集，获取农作物的实时图像；10.步骤三、将获取的图像进行处理后，将其与步骤一中存储的病虫害信息进行对比，检测判断出无人飞机获取的照片中农作物病虫害和棵数信息并通过互联网上传至飞控系统中；11.步骤四、由飞控系统根据接受的农作物病虫害和棵数信息做出决策并生成信号，再将信号反馈到施药控制模块中控制施药，实现精准变量施药。12.进一步改进在于：所述步骤一中和步骤三中对图像的处理方法具体为13.s1、收集图像，相对图像进行灰度处理，然后进行二值化处理，得到二值化后的灰度图像；14.s2、利用小波去噪法对二值化后的灰度图像进行去噪处理，处理后的图像进行倾斜度校正；15.s3、将校正后的图像进行字符切割处理，然后再对切割后的图像进行归一化处理，获得处理后的图像。16.进一步改进在于：所述步骤三中对图像中的农作物病虫害及棵数信息识别方法具体为17.e1、先建立图像字符特征提取模型，并将步骤一中选取的照片整理成图像集；18.e2、以图像集作为样本输入，对图像字符特征提取模型进行样本训练；19.e3、再以无人飞机上搭载的光谱相机获取的农作物实时图像作为输入，利用训练后的图像字符特征提取模型提取关键字符并进行识别，再将识别后的结果输出。20.进一步改进在于：所述步骤四中做出决策时先建立出基于农作物病虫害和密集度的多信息融合算法，再根据融合算法计算出施药量，然后将施药量信息转化成pwm信息反馈至施药控制模块中。21.进一步改进在于：所述融合算法计算施药量由下式表示[0022][0023]其中q0表示喷头的目标喷雾流量，单位l/min，kα表示病虫害特征参数，kβ表示棵数特征参数，kγ表示修正参数，qs表示每公顷施药量，单位l/hm2，w表示喷头的喷幅宽度，单位m，c表示药液的体积比，单位ml/l，n表示喷头个数。[0024]进一步改进在于：所述步骤四中施药控制模块与飞控系统通过串口通讯技术进行信号通讯交流，所述施药控制模块是以单片机为控制核心，配合液位传感器、流量传感器、输送泵和离心雾化喷头完成施药控制。[0025]进一步改进在于：所述液位传感器用于检测药箱内药液剩余量，所述流量传感器实时获取输出流量信息并反馈至单片机中，所述输送泵和离心雾化喷头通过单片机控制调整。[0026]本发明的有益效果为：本发明通过模块之间的相互配合，实现了由施药控制模块控制输送泵和离心雾化喷头的转速，达到了精准施药的目的；还可以避免在没有农作物的区域内产生不必要的农药浪费，以及保证在病虫害严重和农作物密集度高的区域内获得最优的农药量。附图说明[0027]为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0028]图1为本发明实施例一系统控制架构图。[0029]图2为本发明实施例二实施流程图。[0030]图3为本发明实施例二图像处理及信息识别关系流程图。[0031]图4为本发明实施例二飞控模块与施药控制模块配合流程图。具体实施方式[0032]为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。[0033]实施例一[0034]根据图1所示，本实施例提供了一种植保无人飞机智能施药系统，包括图像采集模块、图像处理模块、对比识别模块、药液传感模块、飞控模块和施药控制模块；[0035]所述图像采集模块通过无人机搭载的光谱相机实时采集农作物图像；[0036]所述图像处理模块用于对采集的图像进行视觉处理，通过互联网将图像信息传递至无人飞机中进行数据存储；[0037]所述对比识别模块用于将采集的图像信息与预存的病虫害图像信息进行对比，判断出农作物的病虫害和棵数信息，并传递到飞控模块当中；[0038]所述药液传感模块通过液位传感器获取药液余量信息；[0039]所述飞控模块用于根据对比识别模块输出的病虫害和棵数信息做出决策反馈到施药控制子系统中，控制施药量实现精准变量施药。[0040]做出决策时通过建立出基于农作物病虫害和密集度的多信息融合的算法，根据农作物病虫害信息，再结合其密集度，从而计算出施药流量。[0041]所述施药控制模块用于根据飞控模块输出的调控信号通过流量传感器、输送泵和离心雾化喷头控制药液喷洒量，具体为控制输送泵和离心雾化喷头的转速，实现精准变量喷药。[0042]施药控制模块是以单片机为控制核心，并基于pwm信号实现的，利用串口通讯技术实现飞控模块和施药控制模块的通讯，将飞控模块输出的pwm决策信号，给外置施药控制模块的单片机，实现基于pwm的施药控制。[0043]施药控制模块设置了流量反馈环节，在无人飞机施药输送泵的出药口加入流量传感器可以实时获取输出流量信息，将流量传感器的实时数据反馈给单片机，根据反馈的流量数据调整输送泵和离心雾化喷头转速。[0044]实施例二[0045]根据图2、图3和图4所示，本实施例提供了一种植保无人飞机智能施药系统的控制方法，包括以下步骤：[0046]步骤一、从数据库中选取多组农作物常发生的病虫害和多组不同棵数的农作物待检测的照片，将其存储到无人飞机文件系统进行处理后导入无人飞机的数据存储模块中；[0047]步骤二、利用无人飞机搭载的光谱相机对正在进行施药的农作物进行图像采集，获取农作物的实时图像；[0048]步骤三、将获取的图像进行处理后，将其与步骤一中存储的病虫害信息进行对比，检测判断出无人飞机获取的照片中农作物病虫害和棵数信息并通过互联网上传至飞控系统中；[0049]步骤一中和步骤三中对图像的处理方法具体为[0050]s1、收集图像，相对图像进行灰度处理，然后进行二值化处理，得到二值化后的灰度图像；[0051]s2、利用小波去噪法对二值化后的灰度图像进行去噪处理，处理后的图像进行倾斜度校正；[0052]s3、将校正后的图像进行字符切割处理，然后再对切割后的图像进行归一化处理，获得处理后的图像。[0053]对图像中的农作物病虫害及棵数信息识别方法具体为[0054]e1、先建立图像字符特征提取模型，并将步骤一中选取的照片整理成图像集；[0055]e2、以图像集作为样本输入，对图像字符特征提取模型进行样本训练；[0056]e3、再以无人飞机上搭载的光谱相机获取的农作物实时图像作为输入，利用训练后的图像字符特征提取模型提取关键字符并进行识别，再将识别后的结果输出。[0057]步骤四、由飞控系统根据接受的农作物病虫害和棵数信息做出决策并生成信号，再将信号反馈到施药控制模块中控制施药，实现精准变量施药；[0058]做出决策时先建立出基于农作物病虫害和密集度的多信息融合算法，再根据融合算法计算出施药量，然后将施药量信息转化成pwm信息反馈至施药控制模块中。[0059]融合算法计算施药量由下式表示[0060][0061]其中q0表示喷头的目标喷雾流量，单位l/min，kα表示病虫害特征参数，kβ表示棵数特征参数，kγ表示修正参数，qs表示每公顷施药量，单位l/hm2，w表示喷头的喷幅宽度，单位m，c表示药液的体积比，单位ml/l，n表示喷头个数。[0062]施药控制模块与飞控系统通过串口通讯技术进行信号通讯交流，所述施药控制模块是以单片机为控制核心，配合液位传感器、流量传感器、输送泵和离心雾化喷头完成施药控制，液位传感器用于检测药箱内药液剩余量；流量传感器实时获取输出流量信息并反馈至单片机中；输送泵和离心雾化喷头通过单片机控制调整。[0063]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。









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