[发明专利]一种果园智能喷药系统及方法

权利要求书

1.一种果园智能喷药方法，其特征在于，采用一种果园智能喷药系统，包括控制端及喷药车；喷药车包括移动装置，以及安装在移动装置上的驱动装置、定位装置、探测装置和喷洒装置；其中：控制端与驱动装置通信连接，用于向驱动装置发送用户输入的控制命令进而控制喷药车实现自动喷药；驱动装置分别与定位装置、探测装置、喷洒装置及移动装置电连接；喷洒装置包括多个朝向果树设置的高度不同的喷头，探测装置包括多个朝向果树设置的高度不同的距离探测器，喷头与探测器一一对应，喷头与距离探测器通过与驱动装置电连接的距离调整装置安装在移动装置上，距离调整装置能够调整探测装置及喷洒装置与果树的距离，进而调整喷头及距离探测器与果树的距离；果园智能喷药系统还包括与控制端电连接的树冠扫描雷达；

该方法包括如下步骤：

S1、控制端向驱动装置发送全自动喷药命令，喷药车开启全自动喷药模式；

S2、移动装置基于定位装置获取的位置信息按照预设轨迹前进；

S3、到达喷药区域后，距离探测器采集与果树在对应高度上的距离；

S4、驱动装置判断距离探测器与果树在对应高度上的距离是否在预设范围内；

S5、当距离探测器与果树在对应高度上的距离在预设范围内时，则对应的喷头喷药；

S6、当距离探测器与果树在对应高度上的距离在预设范围外时，距离调整装置调整探测装置及喷洒装置与果树的距离，使距离探测器与果树在对应高度上的距离在预设范围内；

利用雷达进行扫描并确定喷药量的具体方法包括：

1）利用激光雷达采集数据并进行叶面积计算：

a.采集不同规格大小的树叶，此处以大、中、小三种规格树叶为例，确定树叶图像与树叶实物的比例系数k1、k2、k3；

b.将图像转化为灰度图后，通过最大类间方差法求解灰度图阈值，利用该阈值进行图像二值化并腐蚀，获得树叶完整无孔洞的二值化图像；

c.利用凸包算法进行外形轮廓连线叶面积逼近，获得完整无孔洞的叶面积x1、x2、x3；

2）利用模糊PID算法对叶面积进行优化，进行同一树种多次实验，对叶面积进行补偿量设计，得到补偿量W关于比值e的函数关系；

通过该关系，建立果园所有果树的喷药量数据库；

3）实验中，通过每棵树前设立的正方形参考物，进行数据对比，利用正方形参考物在激光雷达扫描的面积与正方形参考物实际面积的比值Q与雷达扫描的叶面积值，快速计算出树的实际叶面积值，并根据数据库里该树的编号进行增加或减少补偿量，从而达到实时精准变量喷药。

2.如权利要求1所述的果园智能喷药方法，其特征在于，移动装置为履带式移动装置。

3.如权利要求1所述的果园智能喷药方法，其特征在于，距离探测器与喷药车前端的距离小于喷头与喷药车前端的距离。

4.如权利要求1所述的果园智能喷药方法，其特征在于，喷药车还包括朝向喷药车前端设置的与驱动装置电连接的全景图像采集装置，控制端包括用于显示全景图像采集装置采集的全景图像的显示装置。

5.如权利要求1所述的果园智能喷药方法，其特征在于，所述果园智能喷药系统中，距离探测器与喷药车前端的距离小于喷头与喷药车前端的距离；所述果园智能喷药方法中，距离探测器与果树在对应高度上的距离在预设范围内时，移动装置前进预设距离后，对应的喷头开始喷药，预设距离为距离探测器与喷药车前端的距离和喷头与喷药车前端的距离的距离差。

6.如权利要求1所述的果园智能喷药方法，其特征在于，所述果园智能喷药系统中，控制端包括显示装置；所述果园智能喷药方法包括：

控制端向驱动装置发送半自动喷药命令及喷头选择指令时，喷药车开启半自动喷药模式并确定被选择的喷头，与被选择的喷头对应的距离探测器采集与果树在对应高度上的距离，并通过显示装置显示；控制端向驱动装置发送确认指令，移动装置基于定位装置获取的位置信息按照预设轨迹前进，被选择的喷头开始喷药；

控制端向驱动装置发送手动喷药命令及喷头选择指令时，喷药车开启手动喷药模式，并确定被选择的喷头，与被选择的喷头对应的距离探测器采集与果树在对应高度上的距离，并通过显示装置显示；控制端向驱动装置发送确认指令，被选择的喷头开始喷药，移动装置停止前进。