面向棉花靶向施肥的植株长势检测与诊断方法技术

本发明专利技术公开一种农业生产和检测领域中面向棉花靶向施肥的植株长势检测与诊断方法，在棉花开花结果前，测量棉花种植区域四边界线的GPS坐标值，规划搭载有图像采集设备和超声波测距设备的无人机飞行的采集路线、悬停拍摄点的GPS坐标值和飞行平面距离地面的距离，图像采集设备在各个悬停拍摄点拍摄棉株图片，超声波测距设备测量棉株顶部距离飞行平面的距离；计算机计算出棉株的高度和透光率，将棉株的高度和透光率分别与阀值作比较，若棉株高度或透光率任一诊断指标出现异常，就表示该区域棉株长势出现异常；本发明专利技术实现大面积棉花植株长势靶向性诊断，识别出长势较弱或较强局部地区，提高了自动化程度，为棉花种植管理提供有效的依据。

Plant growth test and diagnosis method for cotton targeted fertilization

The present invention discloses a kind of agricultural production and testing in the field of cotton for target detection and diagnosis methods of fertilization in cotton plant growth, fruit, cotton planting area of four GPS coordinate measuring boundary value, planning with the image acquisition equipment and ultrasonic equipment of the UAV flight route, hover shooting GPS coordinates and the flight distance from the ground plane, the image acquisition equipment shooting point in each hover shooting cotton images, ultrasonic distance measurement equipment in the top flight distance from the plane; the computer calculates a cotton plant height and plant height will light transmittance and light transmittance were compared with the threshold, if the height of plant or the transmittance of any the diagnosis index of abnormal, it indicates the area of cotton growth is abnormal; the invention to achieve a large area of cotton plant growth target It can identify the weaker or stronger areas and improve the degree of automation, so as to provide an effective basis for cotton planting management.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农业生产和检测领域，尤其涉及棉花植株的长势检测与诊断方法，便于向棉花靶向施肥。
技术介绍
目前，农作物植株生长状态监测手段主要有卫星遥感监测和人为实地观察监测。例如专利申请号为201310576604.6、名称为“冬小麦扬花期赤霉病遥感监测方法”的文献中公开的遥感监测方法，是凭借冬小麦扬花期的两种卫星遥感植被指数和麦田日均气温数据对冬小麦扬花期赤霉病发生情况进行监测。但是该方法主要由卫星遥感监测，卫星、航空遥感技术受重访周期长、影像空间分辨率低、起飞条件要求高以及花费昂贵等因素制约，难以推广。而人为观察监测的效率较低、监测范围和样本量有限，导致结果误差大。棉花是种植生产中产业链最长的大田农作物，是必不缺少的生活必需品原料，是仅次于粮食的第二大宗农作和生产的主要原料，在农业经济中占有重要地位。然而，棉花植株会因为土地的贫瘠造成不同区域的长势不同。棉花种植与一般农作物种植管理有着较大的差异，在棉花开花结果之前，不仅仅需要对发育不良的棉花植株采取增肥措施，也要对发育超常的植株采取抑制措施，最终保证棉花产量。为了保证棉花产量，在棉株生长过程中需要消灭大小苗。另外，在棉花植株结铃之前，需要保证棉花植株长势稳定和植株叶在合理范围，保证阳光的透光率，防止棉铃腐烂。因此，在棉株生长过程中监测棉株的长势非常重要，对小苗使用偏心肥，对大苗和绿叶茂盛的棉花植株喷洒抑制剂。目前，棉花种植主要采取人为观察方法，但是人为观察方法主要适合于小面积种植且判断误差较大，而遥感方法又难以推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有棉花植株长势检测方法存在的问题，提出一种借助于无人机进行棉花种植区域信息采样、适合于大面积监控棉花植株长势的面向棉花靶向施肥的植株长势检测与诊断方法，以确保棉花植株长势均匀一致，避免长势太茂盛和太弱小都影响棉花结果的问题。本专利技术面向棉花靶向施肥的植株长势检测与诊断方法采用的技术方案是包括以下步骤：A、在棉花开花结果前，测量棉花种植区域四边界线的GPS坐标值，规划搭载有图像采集设备和超声波测距设备的无人机飞行的采集路线、悬停拍摄点的GPS坐标值和飞行平面距离地面的距离S，B、图像采集设备在各个悬停拍摄点拍摄棉株图片，超声波测距设备测量棉株顶部距离飞行平面的距离S1；将棉株图片及对应的GPS坐标值、距离S1及对应的GPS坐标值和距离S都传入至计算机中；C、计算机通过公式计算出棉株的高度H；对棉株图片进行二值化处理，将图片均匀化分割为m份小区域，计算出每份小区域的像素总数值、占空比和透光率，l为像素点数量，为第i个像素点的数值；D、将棉株的高度H与计算机中预设的高度上限值H2和高度下限值H1比较，当H>H2时，表示棉株高度较高，长势较强；当H1≥H≥H2时，表示棉株长势合理；当H<H1时，表示棉株高度较矮，长势较弱；将棉株的透光率与预设的透光率上限值σ2和透光率下限值σ1比较，当σ<σ1时，表示棉株的透光率较低，长势较强；当σ1≤σ≤σ2时，表示棉株长势合理；当σ>σ2时，表示棉株透光率较大，长势较弱。本专利技术与已有方法和技术相比，具有如下优点：1、与人为观察相比，本专利技术针对棉田面积大，人工获取棉花长势信息难的问题，借助成本低廉的无人机为载体，在无人机上安装信息采集装置进行棉花种植区域信息采样，通过无人机巡航、图像处理、GPS定位及超声波测距等手段获取棉花植株长势信息，通过计算机的上位机再分析采集的信息，实现了大面积棉花植株长势靶向性诊断，识别出长势较弱或较强局部地区，提高了自动化程度，降低劳动强度，提高信息获取效率，为棉花种植管理提供有效的依据。2、本专利技术针对棉花开花结果前植株长势靶向诊断问题，运用图像处理技术有效识别出棉花植株高度和透光率异常区域，依据棉花植株高度和棉花植株透光率来判断。种植人员可根据长势不同的区域采取不同的管理措施，确保棉花植株长势均匀一致，避免长势太茂盛和太弱小都影响棉花结果的问题，可大大提高棉花产量。3、本专利技术运用GPS定位信息，确定棉花长势太茂盛和太弱小区域的位置，为植保人员提供靶向施肥的有效信息，实现棉花植株长势均匀性的有效管理。附图说明图1是本专利技术面向棉花靶向施肥的植株长势检测与诊断方法所采用的无人机对棉花种植区域进行信息采集的状态图；图2是图1中无人机的底部结构放大示意图；图3是图1中无人机的控制电路内部结构及其外接图；图4是本专利技术面向棉花靶向施肥的植株长势检测与诊断方法的流程图；图5是图4中无人机对棉花种植区域进行信息采集的路线规划示意图；图中：1.无人机底板；2.超声波测距设备；3.图像采集设备支架；5.图像采集设备；6.无人机；7.控制盒；8.棉花种植区域；9.单次图像采集区域；12.棉株；13.电源；14.电源变换模块；15.通信接口；16.GPS模块；17.主控模块；18.飞行控制模块；20.固定架。具体实施方式参见图1，本专利技术使用具有自动巡航功能的无人机6飞行在棉花种植区域8的上空拍摄，拍摄棉花种植区域8中每个单次图像采集区域9内的棉株12图像。在无人机6中上部安装控制盒7。参见2所示，无人机6的底部是无人机底板1，无人机底板1的底面上固定连接超声波测距设备2和图像采集设备支架3，图像采集设备支架3通过固定架20固定连接图像采集设备5，避免因航拍时的抖动而导致图片模糊。图像采集设备5的摆放角度为正对着大地，能对棉株12的进行俯视拍摄。超声波测距设备2内设有超声波发射器和超声波接收器，利用超声波回波测距原理，能测量其距离棉株12顶端的距离。超声波发射器竖直向下向棉株12发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到棉株12顶端的阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回来的超声波就立即停止计时，并记录两者时间差t，由于超声波在空气中的速度已知，根据计时器记录的时间，即可得超声波测距设备2与棉株12顶端之间的垂直高度，也就是无人机6的飞行平面距离棉株12的垂直距离，其中，v是超声波在空气中的传播速度（340m/s）。参见图3所示，控制盒7内部具有控制电路，控制电路封装于控制盒7中。控制电路包括主控模块17、GPS模块16、飞行控制模块18和电源变换模块14。主控模块17通过电源变换模块14连接电源13。主控模块17还分别连接通信接口15、GPS模块16、飞行控制模块18、图像采集设备5和超声波测距设备2。主控模块17能控制GPS模块16和飞行控制模块18实现无人机6自动巡航和定点悬停，主控模块17还控制图像采集设备5进行图片采集，图像采集设备5将采集的图片输入主控模块17进行保存；主控模块17同时控制超声波测距设备2测量棉株12顶部距离无人机6飞行平面之间的垂直距离，超声波测距设备2将垂直距离的信息输入主控模块17进行保存。通信接口15能将无人机6采样获得的信息传输至计算机中。本专利技术主要在棉花开花结果前利用无人机6采集棉株12的高度和透光率信息，利用计算机上位机软件通过棉株12高度和透光率诊断棉株12长势。若棉株12高度或透光率任一诊断指标出现异常，就表示该区域棉株12长势出现异常，种植员则根据诊断结果采取相应措施保证棉株12长势均匀，提高棉花产量。棉花农作物是一种独特的农作物，需要在棉株12处于苗期时保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向棉花靶向施肥的植株长势检测与诊断方法，其特征是包括以下步骤：A、在棉花开花结果前，测量棉花种植区域四边界线的GPS坐标值，规划搭载有图像采集设备和超声波测距设备的无人机飞行的采集路线、悬停拍摄点的GPS坐标值和飞行平面距离地面的距离S，B、图像采集设备在各个悬停拍摄点拍摄棉株图片，超声波测距设备测量棉株顶部距离飞行平面的距离S1；将棉株图片及对应的GPS坐标值、距离S1及对应的GPS坐标值和距离S都传入至计算机中；C、计算机通过公式计算出棉株的高度H；对棉株图片进行二值化处理，将图片均匀化分割为m份小区域，计算出每份小区域的像素总数值、占空比和透光率，l为像素点数量，为第i个像素点的数值；D、将棉株的高度H与计算机中预设的高度上限值H2和高度下限值H1比较，当H> H2时，表示棉株高度较高，长势较强；当H1≥H≥H2时，表示棉株长势合理；当H< H1时，表示棉株高度较矮，长势较弱；将棉株的透光率与预设的透光率上限值σ2和透光率下限值σ1比较，当σ<σ1时，表示棉株的透光率较低，长势较强；当σ1≤σ≤σ2时，表示棉株长势合理；当σ>σ2时，表示棉株透光率较大，长势较弱。...

【技术特征摘要】
1.一种面向棉花靶向施肥的植株长势检测与诊断方法，其特征是包括以下步骤：A、在棉花开花结果前，测量棉花种植区域四边界线的GPS坐标值，规划搭载有图像采集设备和超声波测距设备的无人机飞行的采集路线、悬停拍摄点的GPS坐标值和飞行平面距离地面的距离S，B、图像采集设备在各个悬停拍摄点拍摄棉株图片，超声波测距设备测量棉株顶部距离飞行平面的距离S1；将棉株图片及对应的GPS坐标值、距离S1及对应的GPS坐标值和距离S都传入至计算机中；C、计算机通过公式计算出棉株的高度H；对棉株图片进行二值化处理，将图片均匀化分割为m份小区域，计算出每份小区域的像素总数值、占空比和透光率，l为像素点数量，为第i个像素点的数值；D、将棉株的高度H与计算机中预设的高度上限值H2和高度下限值H1比较，当H>H2时，表示棉株高度较高，长势较强；当H1≥H≥H2时，表示棉株长势合理；当H<H1时，表示棉株高度较矮，长势较弱；将棉株的透光率与预设的透光率上限值σ2和透光率下限值σ1比较，当σ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：任作为，张荣标，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32