CN110050619A - 基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法 - Google Patents
基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，主要是通过精准甘蔗气象保障技术、北斗导航技术、GPRS通信技术、无人机飞控技术、RTK定位技术、GIS信息技术结合北斗定位终端及无人机设备，构建GIS信息***、基于GIS的无人机***和基于GIS的无人机植保气象保障服务平台进行联合实施，实现甘蔗病虫害防治喷药作业。本发明能够快速精准定位、快速防治病虫害、机械化程度高，有效解决了目前存在的甘蔗病虫害检测预警***薄弱，甘蔗地块未实现高精度定位，遇到病虫害不能实现精准快速定位、快速预防，防治措施单一，综合防治意识不强，机械化应用水平低等问题。
Description
技术领域
本发明属于甘蔗病虫害防治技术领域，具体涉及了一种基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法。
背景技术
目前甘蔗病虫害基本只能通过培育抗性品种或控制病源来防治。防治措施主要包括：化学防治、生物防治（赤眼蜂防治螟虫）、物理防治（太阳能频振灯）等。例如专利申请号为CN201810688648.0公开了一种甘蔗病虫害防治方法，包括以下步骤：（1）整地深耕：翻耕土壤55～60cm，然后曝晒2～3天，挖种植沟，深度为40～45cm，行间距为0.9～1.2m；（2）施基肥：每亩施加2000～2500斤中药生物有机肥在种植沟内；（3）浸种处理：选择蔗茎粗壮、蔗芽饱满、没有病虫侵害的蔗茎，先用10～15%茶皂素浸泡8～10h，再用2～3%石灰水浸泡10～12h；（4）除草管理：甘蔗种植后进行培土，然后在种植沟土壤表面喷施除草专用剂，覆盖地膜；（5）生长期管理：甘蔗苗期可用10%杀螟丹1000倍混合液，每亩喷100千克；甘蔗伸长期可用20%乐果1000倍混合液喷雾，每亩喷120千克；甘蔗成熟期可在叶面喷洒1次10%苯醚甲环唑3000～4000倍混合液。该甘蔗病虫害防治方法，通过在甘蔗各个生长时期进行病虫害管理，采用简单环保、对环境污染少、防治效果理想的绿色防治方法，即能减少化学农药的使用，还能快速有效杀死病虫害，增强甘蔗抗病力，实现甘蔗的健康生长。再如专利申请号为CN201610902060.1公开了一种甘蔗黑穗病的防治方法，包括以下步骤：（1）种植前：选择健康、无病虫、长势好的甘蔗，切段，每段一个芽眼，将甘蔗段置于温度为52～54℃的烘箱中烘烤15～17分钟，取出，立即置于蜂胶溶液中浸泡10～12小时，得待种甘蔗段，种植前17～19天，将土壤进行深耕灭菌，得待种土壤；（2）种植时：将待种甘蔗段进行大棚种植，将待种土壤的株行距确定为20～24cm×126～130cm，开沟后，喷洒质量分数为1.7～1.9%的抗病剂溶液，抗病剂溶液的喷洒量为100～120ml/m2，甘蔗种植完毕后，每两行之间按照常规株行距种植大蒜，得甘蔗和大蒜套种大棚；（3）种植后：将甘蔗和大蒜套种大棚内的温度调节至7～9℃、湿度为64～66%，保持18～20小时，然后调节温度为11～13℃、湿度为65～67%，保持22～24小时，再调节温度为18～20℃、湿度为70～72%，保温至甘蔗和大蒜发芽，发芽后定期喷洒抗菌剂溶液。
近年来随着科学技术水平的发展，水肥药一体化、大型喷雾机、农用无人机等设施手段开始应用于甘蔗植保业务。但由于广西甘蔗地分散，地形不一，水肥一体化，大型喷雾机和无人机等技术手段应用并未得到全面应用，甘蔗病虫害仍然以人力喷药为主，影响了甘蔗病虫害的防治速度，贻误了时机。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的甘蔗病虫害检测预警***薄弱，甘蔗地块未实现高精度定位，遇到病虫害不能实现精准快速定位、快速预防，防治措施单一，综合防治意识不强，机械化应用水平低等问题，提供了一种能够快速精准定位、快速防治病虫害、机械化程度高的基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法。本发明是一种通过精准甘蔗气象保障技术、北斗导航技术、GPRS通信技术、无人机飞控技术、RTK定位技术、GIS信息技术结合北斗定位终端及无人机设备的新型甘蔗病虫害防治方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，通过构建GIS信息***、基于GIS的无人机***和基于GIS的无人机植保气象保障服务平台进行联合实施，包括以下几个步骤：
步骤一：在服务器上建立GIS信息***，用以储存及处理大量地块测量数据、储存及处理气象数据、采集甘蔗病虫害数据、处理无人机航拍影像图、规划无人机飞行路径；
步骤二：使用北斗定位终端结合地块管理***手机APP采集地块基础数据，并上传到GIS信息***进行储存；
步骤三：在GIS信息***对地块基础数据进行汇总分析，得出甘蔗分布情况、生长情况、病虫害严重程度以及具体地块的高精度坐标等数据；
步骤四：通过小型气象站设备，获取3x3公里内的小气象信息范围内的地面气象站、雷达、卫星的气象数据，并在这些气象数据基础上建立格点化气象预报模型，形成基于GIS的无人机植保气象保障服务平台，提供植保降水精细化保障、植保风精细化保障、无人机任务规划辅助决策；
步骤五：使用无人机***的RTK定位模块结合北斗高精度定位导航技术，对地块进行航拍作业，得出高清影像图；从高清影像图中充分自动采集地块及地块附近的地形、地貌、道路形式、作物种植生长情况；
步骤六：使用GIS技术将无人机拍摄的高清影像图叠加到GIS信息***的地块基础信息底图上，形成专题甘蔗地块图；利用无人机搭载多光谱相机拍摄高清影像图，形成多光谱成像，可通过人工记录或人工智能对地块进行全面分析，包括耕作类型、病虫害情况（如健康、干旱、植被出现凤梨病疫情等）和气候环境（如光合辐射、空气温度、空气湿度、风速、二氧化碳、土壤温度和湿度等）；
步骤七：在GIS信息***上对甘蔗地块图进行无人机飞行路径规划，根据甘蔗病虫害防治区域规划无人机的飞行区域，之后可以自动生成航飞规划路径，为后续无人机植保喷洒农药提供技术支撑；
步骤八：从GIS信息***中获取甘蔗长势、病虫害发生时间、类型、规模等数据分析出甘蔗生长趋势及病虫害严重程度，根据分析结果可将适量农药装载至无人机***的装药模块，自动进行农药稀释及调配；
步骤九：无人机***的变量喷洒模块可根据用户需要选择喷头直径、设置喷洒流量及喷幅宽度，最大程度发挥农药的效果；
步骤十：将GIS信息***中的飞行路线数据传输至无人机中的飞控模块，无人机将根据既定路径及坐标数据进行飞行作业，完成甘蔗病虫害防治喷药作业。
作为本发明的进一步说明，以上所述的GIS信息***主要包括GIS地块采集模块、甘蔗病虫害采集模块、航拍底图模块、路径规划模块。
作为本发明的进一步说明，以上所述的地块基础数据包括地块编号、地块ID号、地块所有人信息、种植作物信息、土壤类型、是否为双高基地、地形类型、作物生长情况及病虫害程度、作物生长情况照片。
作为本发明的进一步说明，以上所述的基于GIS的无人机***主要包括RTK定位模块、装药模块、变量喷洒模块、电力及动力模块。
作为本发明的进一步说明，以上所述的基于GIS的无人机植保气象保障服务平台主要包括植保降水精细化保障模块、植保风精细化保障模块、无人机任务规划辅助决策模块，并与GIS信息***和基于GIS的无人机***对接；
所述的基于GIS的无人机植保气象保障服务平台采用格点化气象要素预报体系技术，建立格点化气象预报模型，提供植保时间段内精细化（2km格点）降水以及风要素的3天内逐3小时信息的精细化预报信息，实现植保降水精细化保障和植保风精细化保障、以及基于精细化气象预报信息的无人机植保规划决策建议信息；基于GIS的无人机植保气象保障服务平台与GIS信息***对接，基于GIS将种植区域进行很好的展示；基于GIS的无人机植保气象保障服务平台与无人机***对接，提供无人机规划决策。
作为本发明的进一步说明，所述的地块管理***手机APP与GIS信息***通过无线通信技术进行信息交互；地块管理***手机APP设有用户管理单元、物地测量单元、信用管理单元、审批管理单元、扶持管理单元、配送查询单元和在线交流单元。
下面对本发明中所涉及的功能模块或者结构模块进行进一步说明：
GIS信息***的GIS地块采集模块主要是指：通过使用北斗定位终端结合地块管理***手机APP获取地块的高精度坐标、对地块基础信息数据等进行采集并录入到GIS信息***中进行存储。地块基础信息数据包括：地块标识号、蔗农编号、蔗农姓名、地块所在的乡村屯、地块测量面积、地形、土壤类型、当前作物类型及品种、植期信息、是否双高基地、地块种植方式等等。
GIS信息***的甘蔗病虫害采集模块是指：采集甘蔗生长周期、甘蔗株高、甘蔗病害、甘蔗虫害、拍摄的甘蔗图片等信息数据。
GIS信息***的航拍底图模块是指：使用无人机搭载高清摄像头对地块进行拍摄，得到基础图像后进行处理，这包括将图像加载到GIS地块图层上，在电子地图上叠加显示高清航拍图像等。
GIS信息***的路径规划模块是指：根据需要设置，规划飞行区域，之后可以自动生成航飞规划路径。
无人机***的RTK定位模块是指：信号***（跟踪GPS、GLONASS、北斗的定位信号）、双RTK天线、3G/4G的天线（用于对接查分信号模块）、RTK数传天线、地面数传等。
无人机***的装药模块是指：药箱、灌药机及电池。该模块可自动将农药与灌药机中的水或者其他液体进行混合。
无人机***的变量喷洒模块是指：根据作物的病害虫害程度，调整着药量、选择喷头直径，调整喷洒流量及喷幅宽度，来达到最大程度的药物使用效果。
无人机***的电力及动力模块包括：智能电池、充电器、各类电线及接口。
地块管理***手机APP是结合移动互联网、无线通信技术集成研发的应用软件，通过无线连接以及通信技术实现***与手机APP的信息交互，使用户实时掌控便携式的糖业物地测量、信用管理、审批管理、扶持管理、配送管理等相关业务信息，实现***在不同手机平台上广泛使用。主要功能有：
用户管理：实现对蔗农、制糖企业或个人等用户信息的录入、修改、查询、统计功能。
物地测量：手机APP结合北斗定位终端（北斗移动差分盒）进行定位测量，纠正定位误差，测量精度达到亚米级。首先打开地块管理***手机APP，开启量地功能，沿地块边沿行走，形成一个闭合区域，随时测量农务地块的特征信息，主要包括地块的位置采集、道路测量、蔗点测量、中转站测量等信息，及时准确地获取地块信息。
信用管理：根据甘蔗量、欠款、外流、历年还款和资产信息对蔗农进行信用评价管理，主要包括借贷记录、提额申请、资产信息和外流记录。
审批管理：对需要审批的业务，提供自动审批功能，主要包括有预付审批、补贴审批、地块审批、道路审批、中转站审批、参数审批等。
扶持管理：为蔗农提供补贴扶持的在线申请和办理，主要包括预付申请、补贴申请和补贴验收。
配送查询：随时查询配送车辆当前的任务情况、行车轨迹和签收情况等信息。
在线交流：实现***功能介绍、故障的申报、故障处理跟踪、用户反馈等功能等。
在本发明中，所涉及的硬件设施均可以直接市场上购买回来后直接使用（或简单组装在一起使用），无需结构上的创新改进。在本发明实施过程中，涉及两种无人机类型，一是航拍无人机用于影像采集，二是植保无人机用于喷农药，在市场上也均可以购买得到。
本发明的技术效果：
1.气象预报预警：当前各甘蔗种植大户及农业部门主要由多种渠道接收到来自于各级气象部门的气象预报和预警信息，缺乏针对性。而采用精准气象服务，建立对具体种植区域的滚动化和定位精细化预报模型，实现对甘蔗种植区域的精细点的预报预警，将甘蔗林精细化运营管理、防灾减灾以及无人机植保管理结合，将产生较大的实际应用效果。
2.病虫害响应速度：没有建立GIS信息***前，甘蔗病虫害基本上都根据种植经验人工判断，时效性不高，而且会延误病虫害的防治时机。使用GIS信息***采集地块信息后，辅以无人机航拍技术，将大大提高了甘蔗的生长趋势信息采集分析，为糖厂及蔗农争取了宝贵的甘蔗病虫害防治时间。
3.喷药效率：一般一台无人机一个小时就可以喷洒40～80亩，一天可以喷洒400～800亩地；人工一个小时大概1～2亩，一天下来大概8～10亩；可见无人机喷药是人工喷药效率的几十倍。而且喷药无人机一般可以装载30公斤农药，飞行高度在2至3米，一次飞行可以喷洒10至15亩地，大大的提高了作业效率。
4.喷洒效果：植保无人机喷向甘蔗的营养剂或防虫药剂会形成雾状水汽直接喷上根部，喷雾直径不到100um，防治效果比较好，其旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，使叶片正反面着药，渗透性强，让甘蔗均匀吸收，能够大大提高防治效果和农药利用率。人工喷药大多附着于叶片表面，还可能出现漏喷重喷的现象。可见无人机喷药比传统人工喷洒效果更好，还能节约50%的农药和90%的用水量。
5.喷药成本：现在人工作业的成本越来越高，很多地区甚至出现有钱还请不到人的现象。目前市面上人工喷一亩药的成本大概是20～25元，但存在浪费农药的弊端。无人机喷药服务费用大概是10～15元，还能节省至少30%的农药，成本不到人工喷药的1/2，而且喷洒范围越大，成本会越低。
6.作业安全：工喷药有农药残留的风险，损害农民的健康；而植保无人机喷药则完全没有这个顾虑，不仅避免了农业作业者直接暴露于农药的危险，还特别解决了高温作业的情况下，人们容易中暑的风险。让广大农业作业者可以轻轻松松的完成大片农田的农药喷洒的目的。从长久发展来看，用无人机进行喷药作业，从作业上保障上了广大农业工作者的健康。
附图说明
图1是本发明一实施例的原理结构框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例：
如图1所示，一种基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，通过构建GIS信息***、基于GIS的无人机***和基于GIS的无人机植保气象保障服务平台进行联合实施，包括以下几个步骤：
步骤一：在服务器上建立GIS信息***，用以储存及处理大量地块测量数据、储存及处理气象数据、采集甘蔗病虫害数据、处理无人机航拍影像图、规划无人机飞行路径；
步骤二：使用北斗定位终端结合地块管理***手机APP采集地块基础数据，并上传到GIS信息***进行储存；地块基础数据包括地块编号、地块ID号、地块所有人信息、种植作物信息、土壤类型、是否为双高基地、地形类型、作物生长情况及病虫害程度、作物生长情况照片等；
步骤三：在GIS信息***对地块基础数据进行汇总分析，得出甘蔗分布情况、生长情况、病虫害严重程度以及具体地块的高精度坐标等数据；
步骤四：通过小型气象站设备，获取3x3公里内的小气象信息范围内的地面气象站、雷达、卫星的气象数据，并在这些气象数据基础上建立格点化气象预报模型，形成基于GIS的无人机植保气象保障服务平台，提供植保降水精细化保障、植保风精细化保障、无人机任务规划辅助决策；
步骤五：使用无人机***的RTK定位模块结合北斗高精度定位导航技术，对地块进行航拍作业，得出高清影像图；从高清影像图中充分自动采集地块及地块附近的地形、地貌、道路形式、作物种植生长情况；
步骤六：使用GIS技术将无人机拍摄的高清影像图叠加到GIS信息***的地块基础信息底图上，形成专题甘蔗地块图；利用无人机搭载多光谱相机拍摄高清影像图，形成多光谱成像，可通过人工记录或人工智能对地块进行全面分析，包括耕作类型、病虫害情况（如健康、干旱、植被出现凤梨病疫情等）和气候环境（如光合辐射、空气温度、空气湿度、风速、二氧化碳、土壤温度和湿度等）；
步骤七：在GIS信息***上对甘蔗地块图进行无人机飞行路径规划，根据甘蔗病虫害防治区域规划无人机的飞行区域，之后可以自动生成航飞规划路径，为后续无人机植保喷洒农药提供技术支撑；
步骤八：从GIS信息***中获取甘蔗长势、病虫害发生时间、类型、规模等数据分析出甘蔗生长趋势及病虫害严重程度，根据分析结果可将适量农药装载至无人机***的装药模块，自动进行农药稀释及调配；
步骤九：无人机***的变量喷洒模块可根据用户需要选择喷头直径、设置喷洒流量及喷幅宽度，最大程度发挥农药的效果；
步骤十：将GIS信息***中的飞行路线数据传输至无人机中的飞控模块，无人机将根据既定路径及坐标数据进行飞行作业，完成甘蔗病虫害防治喷药作业。
在本实施例中，所述的GIS信息***主要由GIS地块采集模块、甘蔗病虫害采集模块、航拍底图模块和路径规划模块组成。所述的基于GIS的无人机***主要包括RTK定位模块、装药模块、变量喷洒模块、电力及动力模块。所述的基于GIS的无人机植保气象保障服务平台主要包括植保降水精细化保障模块、植保风精细化保障模块、无人机任务规划辅助决策模块，并与GIS信息***和基于GIS的无人机***对接；所述的基于GIS的无人机植保气象保障服务平台采用格点化气象要素预报体系技术，建立格点化气象预报模型，提供植保时间段内精细化（2km格点）降水以及风要素的3天内逐3小时信息的精细化预报信息，实现植保降水精细化保障和植保风精细化保障、以及基于精细化气象预报信息的无人机植保规划决策建议信息；基于GIS的无人机植保气象保障服务平台与GIS信息***对接，基于GIS将种植区域进行很好的展示；基于GIS的无人机植保气象保障服务平台与无人机***对接，提供无人机规划决策。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，其特征在于：通过构建GIS信息***、基于GIS的无人机***和基于GIS的无人机植保气象保障服务平台进行联合实施，包括以下几个步骤：
步骤一：在服务器上建立GIS信息***，用以储存及处理大量地块测量数据、储存及处理气象数据、采集甘蔗病虫害数据、处理无人机航拍影像图、规划无人机飞行路径；
步骤二：使用北斗定位终端结合地块管理***手机APP采集地块基础数据，并上传到GIS信息***进行储存；
步骤三：在GIS信息***对地块基础数据进行汇总分析，得出甘蔗分布情况、生长情况、病虫害严重程度以及具体地块的高精度坐标；
步骤四：通过小型气象站设备，获取3x3公里内的小气象信息范围内的地面气象站、雷达、卫星的气象数据，并在这些气象数据基础上建立格点化气象预报模型，形成基于GIS的无人机植保气象保障服务平台，提供植保降水精细化保障、植保风精细化保障、无人机任务规划辅助决策；
步骤五：使用无人机***的RTK定位模块结合北斗高精度定位导航技术，对地块进行航拍作业，得出高清影像图；从高清影像图中充分自动采集地块及地块附近的地形、地貌、道路形式、作物种植生长情况；
步骤六：使用GIS技术将无人机拍摄的高清影像图叠加到GIS信息***的地块基础信息底图上，形成专题甘蔗地块图；利用无人机搭载多光谱相机拍摄高清影像图，形成多光谱成像，通过人工记录或人工智能对地块进行全面分析，包括耕作类型、病虫害情况和气候环境；
步骤七：在GIS信息***上对甘蔗地块图进行无人机飞行路径规划，根据甘蔗病虫害防治区域规划无人机的飞行区域，之后可以自动生成航飞规划路径，为后续无人机植保喷洒农药提供技术支撑；
步骤八：从GIS信息***中获取甘蔗长势、病虫害发生时间、类型和规模数据分析出甘蔗生长趋势及病虫害严重程度，根据分析结果可将适量农药装载至无人机***的装药模块，自动进行农药稀释及调配；
步骤九：无人机***的变量喷洒模块可根据用户需要选择喷头直径、设置喷洒流量及喷幅宽度，最大程度发挥农药的效果；
步骤十：将GIS信息***中的飞行路线数据传输至无人机中的飞控模块，无人机将根据既定路径及坐标数据进行飞行作业，完成甘蔗病虫害防治喷药作业。
2.根据权利要求1所述的基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，其特征在于：所述的GIS信息***主要包括GIS地块采集模块、甘蔗病虫害采集模块、航拍底图模块、路径规划模块。
3.根据权利要求1所述的基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，其特征在于：所述的地块基础数据包括地块编号、地块ID号、地块所有人信息、种植作物信息、土壤类型、是否为双高基地、地形类型、作物生长情况及病虫害程度、作物生长情况照片。
4.根据权利要求1所述的基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，其特征在于：所述的无人机***主要包括RTK定位模块、装药模块、变量喷洒模块、电力及动力模块。
5.根据权利要求1所述的基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，其特征在于：所述的基于GIS的无人机植保气象保障服务平台主要包括植保降水精细化保障模块、植保风精细化保障模块、无人机任务规划辅助决策模块，并与GIS信息***和无人机***对接；
所述的基于GIS的无人机植保气象保障服务平台采用格点化气象要素预报体系技术，建立格点化气象预报模型，提供植保时间段内精细化降水以及风要素的3天内逐3小时信息的精细化预报信息，实现植保降水精细化保障和植保风精细化保障、以及基于精细化气象预报信息的无人机植保规划决策建议信息；
基于GIS的无人机植保气象保障服务平台与GIS信息***对接，基于GIS将种植区域进行很好的展示；
基于GIS的无人机植保气象保障服务平台与无人机***对接，提供无人机规划决策。
6.根据权利要求1所述的基于精准气象保障技术的无人机甘蔗病虫害防治喷药方法，其特征在于：所述的地块管理***手机APP与GIS信息***通过无线通信技术进行信息交互；地块管理***手机APP设有用户管理单元、物地测量单元、信用管理单元、审批管理单元、扶持管理单元、配送查询单元和在线交流单元。
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