一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统，该系统包括旋翼无人机、相对高度测量模块、树冠图像测量模块、施药决策模块、施药控制模块；使用该系统的测量方法包括以下步骤：在地面计算机中预录入施药决策信息；控制旋翼无人机悬停在果树正上方；测得距离树冠的相对高度△H、GPS定位数据和树冠面积数据；施药决策模块根据相对高度△H、GPS定位数据和树冠面积数据，发出调控旋翼无人机施药方式指令；施药控制模块根据远程控制模块的控制信息，调节飞行姿态和喷头数量，然后进行喷洒药剂。本实用新型专利技术的系统与方法，测高准确、量程大且调整简单；测量成本低、无遗漏、误差小；避免了施药浪费或施药不足；施药精确。

An automatic pesticide application system for rotor UAV Based on stereo measurement

The utility model discloses a UAV automatic spraying system based on stereo measurement system includes a rotor, the rotor UAV, the relative canopy height measurement module, image measurement module, decision module, control module of pesticide spraying; measuring method using the system comprises the following steps: on the ground of computer in the pre entry application information of the decision; control of rotor UAV hovering just above the trees; measured the relative height of H, GPS data and data from the crown crown area; application decision module according to the relative height of H, GPS location data and tree crown area data, a control instruction rotor UAV application methods; application control module according to the control information of remote control module the regulation of flight attitude and the number of nozzles, and then spray. The system and the method of the utility model have the advantages of accurate height measurement, large measuring range and simple adjustment, low measuring cost, no omission and small error, avoiding the waste of pesticide application or insufficient spraying, and accurately applying pesticide.

【技术实现步骤摘要】
一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统
本技术属于农用航空植保
，具体是一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统。
技术介绍
在农作物生长过程中，病虫害的有效防控是保证粮食安全生产必不可少的重要环节，直接影响粮食的产量与质量。当前中国粮食作物生产过程中，药物喷洒仍以手工、半机械化操作为主，这不仅与病虫害具有的迁飞性、流行性和爆发性不相匹配，同时和现代农业生产的规模化种植也不匹配，结果导致监测预警和统防、统治相脱节，从而造成严重的经济损失，同时作业投入的劳力多、劳动强度大，施药人员中毒事件时有发生。旋翼无人机施药技术是利用轻小型旋翼无人机为载体，在飞行器上搭载农药喷雾设备，研究解决雾滴合理沉积分布，并拟将GPS系统引入旋翼无人机施药作业中，具有作业飞行速度快、喷洒作业效率高、应对突发灾害能力强等优点，克服了农业机械或人工无法进地作业的难题，实现精准化作业，为农作物种植实现低空低量航空施药提供技术支持，为提高我国农业生产信息化、数字化水平提供技术支撑。旋翼无人机施药与传统施药器械相比，有以下优点：①省药、省水、减少污染，有效降低农药残留、土壤污染和水源短缺等问题；②作业效率高，是传统人工施药效率的60倍以上，有效解决目前农村劳动力短缺问题，在病虫害大规模暴发时可以迅速开展防治，降低病虫害造成的损失；③防治效果好，由旋翼产生的向下气流有助于增加雾滴对作物的穿透性，气流把雾滴带到植物的叶背及根部，可减少飘移，提高农药在靶标上的附着率，防治效果更好；④施药人员安全系数高，采用人工遥控技术和自主导航技术相结合，操控人员在施药区外便可通过无线遥测系统发出指令来控制无人机的动作，自动完成无人机施药的全过程；⑤适用性好，可垂直起降，不受地理因素的制约，无论山区或平原、水田还是旱田，以及不同的作物，均具有良好的适应性；⑥作物损伤小，不会像大型地面施药器械碾压作物。旋翼无人机施药作为一种新型防治病虫害的手段，相比传统的地面施药和有人驾驶飞机施药有其独特的优势，不仅适用于平原地区作物，还将在丘陵山区、连片梯田等特殊地区进行农业病虫草害防治，以及灭蝗、卫生防疫等作业中发挥不可替代的作用。目前采用旋翼无人机施药虽然发展较快，但是仍存在较多问题，比如：施药精度仍然较差，特别是针对间距较大的作物施药时，往往需要扩大喷洒面积，这样又造成了浪费；而且施药不够均匀，施药效果大打折扣。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统，该系统和方法通过立体测量，精确定位，实现旋翼无人机施药的精准和均匀。为实现上述专利技术目的，本技术的技术方案如下：一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统，包括旋翼无人机、相对高度测量模块、树冠图像测量模块、施药决策模块、施药控制模块。所述相对高度测量模块包括：超声波传感器、GPS定位模块、电路板、无线传输模块、电源、外壳；所述GPS定位模块、电路板、无线传输模块和电源均安装在外壳内，超声波传感器在外壳外，所述相对高度测量模块安装在旋翼无人机起落架上，具体来讲，所述外壳固定安装在旋翼无人机起落架上；所述超声波传感器形成超声波传感器阵列，安装于起落架支撑杆上，所述超声波传感器用于实时检测飞行器下方离树冠相对高度，多个超声波传感器组成的阵列，有效探测范围在探测范围边缘处相互重合，以全方位覆盖树冠避免遗漏，通过实时判断检测到的离树冠的相对距离，得到最小值，即为离树冠的距离。所述GPS定位模块用于获取当前所测树木GPS坐标；所述电路板用于集成控制各功能模块并储存、计算所获得数据；所述无线传输模块将所测相对高度数据、绿色信息和GPS定位模块所测树木的定位坐标数据实时传输回地面计算机；所述电源为超声波传感器阵列、GPS定位模块、前置绿色传感器、电路板、无线传输模块供电；所述外壳用于安装保护GPS定位模块、电路板、无线传输模块、电源并与起落架固定。所述树冠图像测量模块包括：运动摄像头、固定支架、旋转臂、调节电机、无线传输模块；所述树冠面积测量安装在旋翼无人机机身腹部。所述旋转臂、调节电机、无线传输模块固定安装在固定支架上；所述运动摄像头固定安装在旋转臂上；所述运动摄像头用于拍摄旋翼无人机中心处下方树冠面积；所述调节电机用于调节旋转臂旋转角度；所述无线传输模块将所测树冠面积和绿色信息实时传输回地面计算机。采用运动摄像头，有效地防止旋翼无人机抖动与果树摆动带来的聚焦问题，可实时快速拍摄图片。所述施药决策模块包括：地面计算机、远程控制模块、信息接收设备、数据库、施药决策系统。其特征在于：所述地面计算机安装在地面操作空间；所述远程控制模块、数据库、施药决策系统集成在计算机中；所述信息接收设备包括超声波接收设备、GPS接收设备、绿色传感器接收设备、运动摄像头接收设备；所述信息接收设备各组成部分固定安装在旋翼无人机内部；所述超声波接收设备用于接收超声波传感器阵列探测的相对高度信号；所述GPS接收设备用于GPS定位模块测量的定位数据；所述绿色传感器接收设备用于接收前置绿色传感器和下置绿色传感器测量的绿色信息；所述运动摄像头接收设备用于接收高清摄像头拍摄的照片信息；所述信息接收设备将所测信息传输到地面计算机；所述数据管理系统包括果园病虫害信息、果园树种信息、年龄信息、最佳施药条件信息；所述施药决策系统结合果树立体信息，自动选择最佳施药方式；所述施药决策系统通过远程控制模块实时调控旋翼无人机施药方式；所述施药决策模块通过前置绿色传感器；所述地面计算机用于地面人员接收和存储相对高度数据、绿色信息和GPS定位数据以及接收和存储树冠面积数据和绿色信息。所述施药控制模块包括以下组成部分：药箱、输液管、喷头、微控制器、马达、喷头进药电磁阀。所述药箱固定安装在旋翼无人机腹部；所述喷头固定安装在旋翼无人机起落架上；所述输液管连接药箱与喷头；所述微控制器固定安装在旋翼无人机内；所述微控制器用于接收施药决策模块的决策信息；所述马达固定安装在无人旋翼轴线位置；所述微控制器根据远程控制信息，实时调节马达转速；所述马达转速变化引起旋翼无人机高度变化；所述喷头进药电磁阀安装在输液管上；所述微控制器根据远程控制信息，实时调控电磁阀开闭；所述电磁阀开闭决定相应喷头流通与否进一步的，所述基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统还包括前置绿色传感器和，所述前置绿色传感器固定安装在旋翼无人机前起落架上。所述前置绿色传感器水平向前测量，用于检测旋翼无人机前方绿色信息，避免碰撞较高的树冠以实现防撞。所述下置绿色传感器固定安装在固定支架上；所述下置绿色传感器竖直向下测量，用于检测旋翼无人机下方绿色信息，结合图像分析判断绿色边缘，可判断所拍照片是否完全覆盖树冠，避免出现漏拍。进一步的，通过设置所述喷头安装位置，使得相邻喷头之间喷洒面积边缘重叠，可保证每棵果树喷洒完全且药液消耗量小。本技术的一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统，具有以下有益效果：1.将旋翼无人机技术引入到树高测量中，利用其可悬停、移动快速的优点，克服了传统方法容易受限于自然环境的缺点，如树干遮挡、森林茂密造成的测量不便，地面测定间距有限等问题，会导致测高不准、量程有限和调整繁琐等问题；而且旋翼无人机下压风场可提高雾滴穿透性.2.将GPS定位、搭载运动相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统，其特征在于，包括旋翼无人机、相对高度测量模块、树冠图像测量模块、施药决策模块、施药控制模块；所述相对高度测量模块包括：超声波传感器、GPS定位模块、电路板、无线传输模块、电源、外壳；所述GPS定位模块、电路板、无线传输模块和电源均安装在外壳内，超声波传感器在外壳外；所述相对高度测量模块安装在旋翼无人机起落架上；所述树冠图像测量模块包括：运动摄像头、固定支架、旋转臂、调节电机、无线传输模块；所述树冠面积测量安装在旋翼无人机机身腹部；所述旋转臂、调节电机、无线传输模块固定安装在固定支架上；所述运动摄像头固定安装在旋转臂上；所述施药决策模块包括：地面计算机、远程控制模块、信息接收设备、数据库、施药决策系统；所述地面计算机安装在地面操作空间；所述远程控制模块、数据库、施药决策系统集成在计算机中；所述施药控制模块包括：药箱、输液管、喷头、微控制器、马达、喷头进药电磁阀；所述药箱固定安装在旋翼无人机腹部；所述喷头固定安装在旋翼无人机起落架上；所述输液管连接药箱与喷头；所述微控制器固定安装在旋翼无人机内。

【技术特征摘要】
1.一种基于立体测量的旋翼无人机自动施药系统，其特征在于，包括旋翼无人机、相对高度测量模块、树冠图像测量模块、施药决策模块、施药控制模块；所述相对高度测量模块包括：超声波传感器、GPS定位模块、电路板、无线传输模块、电源、外壳；所述GPS定位模块、电路板、无线传输模块和电源均安装在外壳内，超声波传感器在外壳外；所述相对高度测量模块安装在旋翼无人机起落架上；所述树冠图像测量模块包括：运动摄像头、固定支架、旋转臂、调节电机、无线传输模块；所述树冠面积测量安装在旋翼无人机机身腹部；所述旋转臂、调节电机、无线传输模块固定安装在固定支架上；所述运动摄像头固定安装在旋转臂上；所述施药决策模块包括：地面计算机、远程控制模块、信息接收设备、数据库、施药决策系统；所述地...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾志成，刘晨霁，封帆，易善南，周宏平，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32