無人機智能藥物供給噴灑方法和系統與流程

2024-04-05 04:27:05

本發明涉及一種無人機藥物噴灑方法，特別是一種無人機智能藥物供給噴灑方法和系統，屬於模式識別和智能控制技術領域。

背景技術：

隨著計算機技術和信息採集與處理技術的發展，自走式農業機械自動導航、機器視覺與農業機器人研究得到重視，成為探索在農業機械裝備中應用智能控制等高新技術研究的重要方向。農藥噴灑機器人能夠有效減少農民勞動量，大規模推廣後必然會減少對農業從業人口的需求數量。但目前所使用的農藥噴灑機器人智能化程度較低，對減少勞動量和減少農業從業人口的作用有限。

技術實現要素：

針對上述現有技術缺陷，本發明的任務在於提供一種無人機智能藥物供給噴灑方法，解決無人機進行藥物噴灑時的定量問題，提高智能化水平。本發明的另一個任務在於提供一種無人機智能藥物供給噴灑系統。

本發明的技術方案如下：一種無人機智能藥物供給噴灑方法，包括由無人機攜帶的三維雷射處理模塊獲取無人機下方的植物的密度信息；由無人機攜帶的視頻圖像處理模塊獲取無人機下方的植物的生長和蟲害狀況；由所述植物的密度信息確定第一係數α，0≤α≤1，由所述植物的生長和蟲害狀況確定第二係數β，0≤β≤1；無人機的藥物噴灑系統噴灑藥物量由第一係數α和第二係數β確定。

進一步的，無人機的藥物噴灑系統噴灑藥物量由第一係數α和第二係數β確定是由公式V＝αV1+βV2確定，其中V1為植物密度最高時噴灑藥物量，V2為植物生長和蟲害狀況最差時噴灑藥物量，V為無人機的藥物噴灑系統噴灑藥物量。

進一步的，所述三維雷射處理模塊獲取無人機下方的植物的密度信息，包括步驟：掃描獲取無人機下方的場景點雲數據，根據無人機所在高度測算地面數據，將地面數據從場景點雲數據中去除；對去除地面數據的場景點雲數據進行高斯濾波；根據場景點雲數據的成像區域向地面投影，成像區域單位面積中的點雲數量即為植物的密度信息。

進一步的，所述視頻圖像處理模塊獲取無人機下方的植物的生長和蟲害狀況，包括步驟：分別計算拍攝獲取無人機下方的植物彩色圖像的顏色直方圖和預先存儲的植物生長的標準圖像的顏色直方圖，採用Bhattacharyya距離度量兩個直方圖之間的相似性確定植物的生長和蟲害狀況。

一種無人機智能藥物供給噴灑系統，包括無人機機體和設置於所述無人機機體的無人機控制模塊、GPS導航模塊、藥物噴灑控制模塊、三維雷射處理模塊、視頻圖像處理模塊、通信模塊，所述無人機控制模塊控制無人機的飛行姿態，所述GPS導航模塊確定無人機的位置信息；所述三維雷射處理模塊獲取無人機下方的植物的密度信息，並反饋給藥物噴灑控制模塊；所述視頻圖像處理模塊獲取無人機下方的植物的生長和蟲害狀況，並反饋給藥物噴灑控制模塊；所述藥物噴灑控制模塊根據植物的密度信息以及植物的生長和蟲害狀況，控制噴灑頭的噴灑藥物量，監測無人機所攜帶的藥物剩餘量，確定無人機的返航時間；所述通信模塊將無人機的飛行姿態、位置信息、無人機所攜帶的藥物剩餘量、植物的密度信息以及植物的生長和蟲害狀況反饋給地面監控站。

本發明與現有技術相比的優點在於：本發明利用三維雷射掃描植物獲得植物密度信息以及利用視頻圖像處理模塊獲取植物圖片判斷生長和蟲害狀況以確定噴灑藥物量，避免了無人機藥物噴灑只能憑遠程操控人員經驗或以固定藥物量方式噴灑而造成的施藥不足或過量問題，更有利於植物生長。

附圖說明

圖1為無人機智能藥物供給噴灑系統結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。

請結合圖1所示，無人機智能藥物供給噴灑系統，包括無人機機體和設置於無人機機體的無人機控制模塊1、GPS導航模塊2、藥物噴灑控制模塊3、三維雷射處理模塊4、視頻圖像處理模塊5、通信模塊6。

無人機控制模塊1控制無人機的飛行姿態，GPS導航模塊2確定無人機的位置信息；三維雷射處理模塊4獲取無人機下方的植物的密度信息，並反饋給藥物噴灑控制模塊3；視頻圖像處理模塊5獲取無人機下方的植物的生長和蟲害狀況，並反饋給藥物噴灑控制模塊3；藥物噴灑控制模塊3根據植物的密度信息以及植物的生長和蟲害狀況，控制噴灑頭的噴灑藥物量，監測無人機所攜帶的藥物剩餘量，確定無人機的返航時間；通信模塊6將無人機的飛行姿態，位置信息，無人機所攜帶的藥物剩餘量，無人機下方植物的密度信息以及植物的生長和蟲害狀況反饋給地面監控站。

無人機返航模式分為人工決策模式和自動模式；人工決策模式即地面監控站的操作人員可根據通信模塊6反饋的無人機的飛行姿態，位置信息，無人機所攜帶的藥物剩餘量人工決策無人機的返航時間；自動模式即無人機控制模塊1根據無人機的飛行姿態，無人機的位置信息和無人機所攜帶的藥物剩餘量自動決策無人機的返航時間；人工決策模式其優先級高於自動模式。

無人機噴灑模式也分為人工決策模式和自動模式；人工決策模式即地面監控站的操作人員可根據通信模塊反饋的無人機下方植物的密度信息以及植物的生長和蟲害狀況人工決策藥物噴灑量；自動模式即無人機根據無人機下方植物的密度信息以及植物的生長和蟲害狀況自主決策藥物噴灑量。同樣的人工決策模式其優先級高於自動模式。

以自動模式進行無人機藥物噴灑方法是這樣的：藥物噴灑供給量按以下公式確定：V＝αV1+βV2，其中，其中V1為植物密度最高時噴灑藥物量，V2為植物生長和蟲害狀況最差時噴灑藥物量，V為無人機的藥物噴灑系統噴灑藥物量。V1、V2根據操作人員的經驗取經驗值；第一係數α根據植物的密度信息確定，0≤α≤1，第二係數β根據植物的生長和蟲害狀況確定，0≤β≤1。

通過以下步驟來確定植物的密度信息：1、利用三維雷射處理模塊4的三位雷射掃描，獲取無人機下方的場景點雲數據；2、根據無人機所在高度測算地面數據，將地面數據從場景點雲數據中去除，避免影響無人機下方的果樹的密度信息，減少計算量；3、對去除地面數據的場景點雲數據進行高斯濾波，減少系統誤差和三維雷射自身的成像誤差引起的噪聲；4、根據場景點雲數據的成像區域向地面投影，成像區域單位面積中的點雲數量即為植物的密度信息ρ。

密度信息以及α之間對應關係：

通過一下步驟來確定植物的生長和蟲害狀況：1、利用視頻圖像處理模塊5的CCD相機遙感無人機下方的植物彩色圖像；2、分別計算無人機下方的植物彩色圖像的顏色直方圖和預先存儲的植物生長的標準圖像的顏色直方圖；3、採用Bhattacharyya距離d度量兩個直方圖之間的相似性確定植物的生長和蟲害狀況。

巴氏距離d與β之間的對應關係：

β＝1-d。