[发明专利]无人机变量施药自动控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水稻无人机变量施药的自动控制系统，属于农业植保技术领域。

背景技术

与传统的田间人工施药作业相比，无人机施药作业效率高，农药对作业人员伤害小，用工量和劳动强度降低，还能满足越来越高的环保要求，达到低量、精喷量、少污染、高功效、高防治的要求。

农业无人机在美国、日本等发达国家使用较早，在农田监测、农药喷施方面起着重要的作用。美国航空施药采用大型固定翼农用航空施药装备，灵活性差，不适用于中国农业种植面积小、地块分散、地形复杂的特点。国内无人机农药喷洒已经成为近年来发展较快的一个新兴领域，多采用多旋翼无人机，机动性好，但都采用均匀喷洒方式，无法根据不同的地块受灾严重程度设定不同的药量处方值，从而无法达到更好的病虫害防治效果，降低农业成本，减少用药量。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种能够根据不同的地块受灾严重程度设定不同的药量处方值，达到更好的病虫害防治效果，降低农业成本，减少用药量的基于图像处理的水稻无人机变量施药自动控制系统及方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种基于图像处理的水稻无人机变量施药自动控制系统，包括田间信息采集模块、信息处理模块、信息管理决策模块及无人机变量喷施控制模块；

所述的田间信息采集模块用于包括航拍无人机及配套飞控系统、搭载相机的云台、GPS定位系统及植保多旋翼无人机载电脑，其中相机对作物实时采集的图像信息及GPS定位系统获得的定位信息均传入植保多旋翼无人机载电脑；

所述的信息处理模块包括GPS接收设备及安装于植保多旋翼无人机载电脑上的嵌入式GIS系统，其中嵌入式GIS系统接收相机采集的图像信息和GPS接收设备提供的定位信息用于生成农田信息分布图；

GPS接收设备用于为嵌入式GIS系统提供GPS定位信息，嵌入式GIS系统由eSuperMap软件开发，主要用于提取采集的图像信息和GPS定位信息，建立坐标系，生成农田信息分布图。

所述的信息管理决策模块装于离线计算机上，包括管理决策系统、图像处理环节和作物病虫害专家系统，其中管理决策系统接收由嵌入式GIS系统生成的农田信息分布图，结合图像处理环节的分析处理结果，由作物病害防治专家系统对处理结果作出判断并生成相应的变量施药处方图，离线计算机将变量施药处方图传输给植保多旋翼无人机载电脑；

所述图像处理环节利用图像处理技术识别病害种类，判断病害严重程度；所述作物病害防治专家系统通过改进现有专家系统以提高区域适用性，能依据图像处理结果做出准确的农药喷洒量，即给出不同地块的施药处方值。

所述的无人机变量喷施控制系统包括装载于植保多旋翼无人机上的变量施药控制系统，变量施药控制系统通过CAN总线与植保多旋翼无人机载电脑相连，接收植保多旋翼无人机载电脑传输的变量施药处方图。

变量施药控制系统接收植保多旋翼无人机载电脑传输的变量施药处方图，作用到变量施药控制系统实施作物无人机田间农药喷洒。

所述的植保多旋翼无人机载电脑选用S3C6410型ARM工控机并配置液晶触摸显示屏。植保多旋翼无人机载电脑用来与GPS接收设备、离线计算机和变量施药控制系统系统进行信息传输和数据交互。

所述的变量施药控制系统包括变量喷施控制器、药箱、液泵、电磁阀、液管、喷杆和喷头，药箱内设有液泵，并经液管、喷杆连接至喷头,液管上设有用于控制其通断的电磁阀。根据作业所在点的处方值要求，由ARM工控机发送喷雾指令到变量喷施控制器，通过变量喷施控制器控制电磁阀的通电时间，来改变喷头喷洒的药液量。

一种基于图像处理的水稻无人机变量施药自动控制方法，依次包括以下步骤：

步骤一：利用航拍无人机采集田间图像信息，同时由机载GPS定位系统获取田间定位信息；

步骤二：对采集的田间图像信息进行处理，以分析不同地块作物受病害情况；

步骤三：由信息管理决策系统依据作物受病害情况的分析结果制定出变量施药处方图；

步骤四：无人机变量施药控制系统获得变量施药处方图，由植保多旋翼无人机按照预定的路线实施自动变量施药作业；

步骤五：在施药作业过程中实时显示并由检测控制站监测植保多旋翼无人机所在位置、药箱药量和施药状态。