CN108402021B - 一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒*** - Google Patents

一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***，包括装于无人机上的图像采集单元、图像分析单元和喷洒单元；图像采集单元定时采集图像传送给图像分析单元；图像分析单元对采集的数据进行图像分割，获取雾滴分布的通道图，对图像进行锐化和边缘检测，获取雾滴的分布方向并进行线性化处理，获取雾滴漂移方向的中轴线，与垂直线进行比较，计算出漂移的差额角，将差额角进行换算得到喷洒单元的喷头方向应该偏转的角度；喷洒单元的喷头安装在可调整方向的喷杆上，喷杆由舵机控制进行相应角度的偏转以补偿雾滴漂移量。本发明提升了无人机植保作业对于天气和其它环境适应性以及植保无人机的使用率和作业效率。

Description

一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***
技术领域
本发明涉及农用植保无人机的技术领域，尤其是指一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***。
背景技术
近年来，伴随着我国科学技术水平的不断提高，无人机领域也在迅猛快速地发展，尤其是在农业方面的应用也在快速地推广，至今已成为世界各国农业领域重要的技术之一。目前，无人机最重要的应用和作业项目是进行航空植保作业，在农业应用中，无人机作业技术特点独特，逐渐成为农业生产尤其是农药喷洒的新型工具。首先，无人机在低空施药作业中由飞手远程操控，无需专业的飞行员，可以大大降低作业成本，同时，这种远距离作业模式也避免了操作人员与农药的近距离长期接触，有效减小了农药对其身体的化学伤害，因此，无人机作业相对传统的作业模式具有高效安全，劳动强度小的优势。其次，无人机在作业过程中机动性好，且可灵活调整飞行速度、喷洒高度等优势，利用无人机进行低空施药作业时不受作业对象和地形地貌条件的影响，尤其在丘陵山区、连片梯田等特殊地带，展现出传统作业模式无法达到的作业效果，因此无人机低空施药技术在现代化农业发展中有着不可替代的作用，无人机低空施药时，药液被很好地雾化，均匀附着在农作物茎叶表面，且与遥感技术相结合作业，还可有效减少重喷和漏喷，提高了农药的喷洒均匀度，减少农药和水资源的浪费，保证喷洒农药的适量性，不仅提高了农药的喷洒效率，还大大减少了农药对环境造成的污染，所以具有很好的环保特性。
然而，无人机进行航空植保作业往往受天气影响或限制比较大，FRITZ等研究了气象条件和喷头类型对航空施药雾滴沉积和雾滴飘移的影响，指出风速是影响两者最显著的因素。王玲等利用脉宽调制技术实现了流量和雾滴直径的变量控制，利用风洞测试了不同风速、不同雾滴直径时雾滴沉积效果。可以说雾滴的沉积规律往往对航空植保的作业效果起了决定性的作用。但是现在的无人机植保作业往往缺乏对雾滴沉积的监测，导致作业时喷洒出来的雾滴受各方面的影响(尤其是自然风)而得不到有效的缓解办法，而这往往导致雾滴漂移严重，重喷漏喷现象的产生，使得作业效果下降，漂移的农药化肥雾滴又容易造成环境污染。本***意图通过图像分析的办法对无人机植保作业喷洒出的雾滴进行一个有效的监测和反馈调节，以减少雾滴的漂移和重喷漏喷的现象，提升航空植保作业质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***，可以实时监测无人机航空植保作业雾滴沉积飘移，并作出相应反馈以减少雾滴飘移，从而解决无人机植保作业受外界环境影响雾滴飘移的不可监测和调节而导致的重喷、漏喷和作业效果下降以及农药化肥浪费和环境污染等问题，同时也提升了无人机植保作业对于天气和其它环境适应性以及植保无人机的使用率和作业效率。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***，包括分别装于无人机上的图像采集单元、图像分析单元和角度可调节的喷洒单元；其中，以无人机作业时的前进方向为前方，所述图像采集单元设在喷洒单元的后方，并定时采集图像传送给图像分析单元进行分析处理，且无人机在喷洒雾滴的同时向前运动，此时图像采集单元就随着无人机平移到雾滴的前方，随着图像采集单元的往前移动雾滴同时在扩散和下降，这样便能够获取到下落到某一高度的雾滴图像，以更能够反应出雾滴的飘移方向；所述图像分析单元对采集的数据进行图像分割，获取雾滴分布的通道图，然后对图像进行锐化和边缘检测，获取雾滴的分布方向并进行线性化处理，获取雾滴漂移方向的中轴线，与垂直线进行比较，计算出漂移的差额角，最后将差额角进行换算得到喷洒单元的喷头方向应该偏转的角度，然后再将角度信号发送至喷洒单元进行相应角度调节；所述喷洒单元的喷头安装在可调整方向的喷杆上，且所述喷杆由舵机控制进行相应角度的偏转以补偿雾滴漂移量。
所述图像采集单元为机载相机。
所述喷洒单元包括药箱、药液管、舵机、喷杆、喷头，其中，所述药箱和舵机固定在无人机上，且所述喷杆通过药液管与药箱连接，并由舵机控制进行偏转，所述喷头安装在喷杆上，通过偏转相应角度的喷杆以实现对喷头雾滴漂移量的实时补偿。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、利用图像分析技术实时获取雾滴分布图像并进行分析，可以对无人机植保作业质量进行一个有效的监测。
2、将图像分析获取的结果实时反馈给喷洒单元，调节喷洒的角度，可以减少雾滴的飘移量，提升雾滴的沉积量，从而防止重喷、漏喷以提升作业质量，减少化肥农药的浪费以及环境的污染，也可以提升无人机植保作业对环境的适应性，提升植保无人机的利用率和植保作业的效率。
3、通过对作业过程雾滴图像的获取、分析和储存可以对整个无人机植保作业过程进行一个有效的监控，获得一个初步的作业效果评估，减少因作业质量引起的农户与作业人员的纠纷。
附图说明
图1为本发明的结构简示图之一(图中未画出舵机)。
图2为本发明的结构简示图之二。
图3为喷杆与舵机的关系示意图。
图4为舵机控制喷杆偏转的简示图之一。
图5为舵机控制喷杆偏转的简示图之二。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1至图5所示，本实施例所提供的带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***，包括分别装于无人机4上的图像采集单元1、图像分析单元2和角度可调节的喷洒单元。
所述图像采集单元1具体为机载相机，将机载相机固定在喷洒单元的后方(以无人机4作业时的前进方向为前方)，设定每隔2s触发一次拍摄程序，所获取的图像自动传输至图像分析单元2进行分析处理，无人机4在喷洒雾滴的同时向前运动，此时机载相机就随着无人机4平移到了雾滴的前方，这样做的原因是雾滴刚喷出时初速度比较大，飘移方向随环境因素的影响小，而随着相机的往前移动雾滴同时在扩散和下降，我们便可以获取到下落到一定高度的雾滴图像，更能够反应出雾滴的飘移方向，此外，将机载相机布置在喷洒单元的后方还可以避免雾滴漂移并附着在镜头上影响图像质量。
所述图像分析单元2的处理过程具体是：首先，对采集的数据进行图像分割，获取雾滴分布的通道图，然后对图像进行锐化和边缘检测，获取雾滴的分布方向并进行线性化处理，获取雾滴漂移方向的中轴线，与垂直线进行比较，计算出漂移的差额角，最后将差额角进行换算得到喷洒单元的喷头方向应该偏转的角度，然后再将角度信号发送至喷洒单元进行相应角度调节。
所述喷洒单元包括药箱31、药液管32、舵机33、喷杆34、喷头35，其中，在无人机4的起落架上横向安装一根与喷杆34平行的固定杆36，所述药箱31固定在无人机4的起落架上，所述舵机33固定在该固定杆36上，所述喷杆34通过药液管32与药箱31连接，并由舵机33控制进行偏转，所述喷头35安装在喷杆34上，通过偏转相应角度的喷杆34以实现对喷头雾滴漂移量的实时补偿，具体是当收到传输过来的角度调节信号以后，由舵机33控制的可调整方向的喷杆34进行一定的偏转以平衡风速或其他环境因素带来的对雾滴飘移的影响。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***，其特征在于：包括分别装于无人机上的图像采集单元、图像分析单元和角度可调节的喷洒单元；其中，以无人机作业时的前进方向为前方，所述图像采集单元设在喷洒单元的后方，并定时采集图像传送给图像分析单元进行分析处理，且无人机在喷洒雾滴的同时向前运动，此时图像采集单元就随着无人机平移到雾滴的前方，随着图像采集单元的往前移动雾滴同时在扩散和下降，这样便能够获取到下落到某一高度的雾滴图像，以更能够反应出雾滴的飘移方向；所述图像分析单元对采集的数据进行图像分割，获取雾滴分布的通道图，然后对图像进行锐化和边缘检测，获取雾滴的分布方向并进行线性化处理，获取雾滴漂移方向的中轴线，与垂直线进行比较，计算出漂移的差额角，最后将差额角进行换算得到喷洒单元的喷头方向应该偏转的角度，然后再将角度信号发送至喷洒单元进行相应角度调节；所述喷洒单元的喷头安装在可调整方向的喷杆上，且所述喷杆由舵机控制进行相应角度的偏转以补偿雾滴漂移量。
2.根据权利要求1所述的一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***，其特征在于：所述图像采集单元为机载相机。
3.根据权利要求1所述的一种带雾滴漂移检测自动补偿的农用植保无人机喷洒***，其特征在于：所述喷洒单元包括药箱、药液管、舵机、喷杆、喷头，其中，所述药箱和舵机固定在无人机上，且所述喷杆通过药液管与药箱连接，并由舵机控制进行偏转，所述喷头安装在喷杆上，通过偏转相应角度的喷杆以实现对喷头雾滴漂移量的实时补偿。
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