一种基于无人机的农药残留实时检测和精确去除的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机的农药残留实时检测和精确去除的系统和方法。该系统包括自主导航无人机、农药残留检测模块、农药残留去除模块。该方法主要包括以下步骤：使用搭载光谱遥感装置的自主导航无人机对待测植被进行遥感检测；图像处理后获取受测植物的农药残留特征光谱与地理位置信息；与现有已知的农药光谱进行对比，判断农药种类和浓度；大数据库自动生成农药残留去除处方并由无人机自动配置；地面计算机自主规划最优飞行航线；无人机按航线自主喷洒;完成后复检飞行。本发明专利技术的系统与方法，农药残留分析准确、操作智能、检测成本低、无遗漏、误差小，大大降低了过量施药对食用类农林作物的污染，在较大程度上减轻了其食用后对人体的危害。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的农药残留实时检测和精确去除的系统和方法
本专利技术涉及一种基于无人机的农药残留实时检测和精确去除的系统和方法，属于植保领域。
技术介绍
农药残留对生态环境、生物健康及进出口贸易都构成相当大的威胁，从科学客观的角度来讲，目前还没有哪种产品能高效地去除植物农药残留，因此，植物农药残留的及时检测和农药残留去除就显得十分重要。传统农残检测采用对待测样本中微量农药残留进行定性和定量分析的方法,对残留农药进行检测和分析，而上述方式对于检测样本的实验室的环境要求较高并且对区域面积较大的种植区来说检测成本较高，且效率低下。目前减少植物农药残留的方法主要是二次去除法，是先用少量水或去除载体将农药制剂去除成母液或母粉，然后再去除到所需浓度。上述方式仅仅在施药前对母液进行去除，不能彻底根治农药残留。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于无人机的农药残留实时检测和精确去除的系统和方法，该系统和方法通过无人机自主飞行，通过光谱与数据库获得农残数据与农残去除处方，通过无人机喷洒农残去除药液。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种基于无人机的农药残留实时检测和精确去除的系统，包括自主导航无人机和地面计算机，所述无人机包括无人机载物架、固定在载物架四周的旋翼、电机以及设置在载物架下的起落架，本专利技术所述自主导航无人机上还装载有GPS定位模块、无线传输模块、农药残留检测模块、农药残留去除模块；所述地面计算机用于控制无人机飞行航线的规划。进一步地，所述GPS定位模块直接安装在无人机内部,所述GPS定位模块用于无人机按指定航线飞行以及定位农药残留待测植物位置，便于拍摄分析被测植物光谱。进一步地，所述无线传输模块直接安装在无人机内部，无线传输模块用于将测得的植物光谱数据传输到地面计算机，以及地面计算机向无人机传输航线指令和农药去除试剂配置指令。进一步地，所述农药残留检测模块至少包括光谱相机与电路板；所述光谱相机安装在所述无人机底部；所述电路板安装在载物架内部，所述农药残留检测模块用于根据采集到的植物光谱数据，检测被测植物的农药残留种类及浓度。进一步地，农药残留去除模块至少包括药箱，喷头，微型水泵，锂电池，微控制器、喷头进药电磁阀、输药管；所述药箱与微型水泵安装在无人机机身上方的固定台板上；所述喷头固定安装在无人机旋翼正下方；所述锂电池安装在无人机腹部上；所述输药管安装在无人机的机臂下方并连接药箱与喷头；所述微控制器固定安装在无人机内；所述农药残留去除模块，用于指令无人机进行农药残留去除剂的喷洒。进一步地，所述地面计算机安装在地面操作空间，所述地面计算机通过无线传输模块对无人机下达地面计算机智能规划的无人机飞行航线以及对农药残留去除模块下达农药残留去除剂的配方指令。本专利技术所述的农药残留在线检测和实时去除系统，根据农药残留检测模块下的电路板来分析光谱数据得出农药残留去除剂的药物配比方案，农药残留去除模块下的药箱根据药物配比方案智能配置农药残留去除药物，依靠地面计算机通过无线传输模块向无人机传达航线指令，无人机通过GPS定位系统到达农残超标区域后，农药残留去除模块下的微控制器控制喷头进药电磁阀打开，农药残留去除剂经输药管由喷头喷洒，并通过无人机飞行时旋翼旋转产生的气流使药液扩散，使得农药残留超标的植物部位完全被去除药物覆盖。本专利技术还提供基于上述系统用于农药残留在线检测和实时去除的方法，包括以下方案与步骤：方案一，多个无人机多次飞行作业，所述旋翼无人机搭载光谱设备根据地面计算机预设路线（a）进行自主飞行，到达指定农残待测位置时进行悬停，光谱相机进行光谱数据采集后返航，数据传输至集成电路板与设定的合格果植光谱数据进行比对，得到残留过量的农药类型与药量，通过数据分析制定出农药去除喷洒的药液方案，地面计算机依靠无人机搭载的GPS定位模块应用已有的无人机航线智能规划软件智能规划到达农残过量果植的最优飞行路线（b），多个药液喷洒无人机搭载所需农残去除药液根据地面计算机依靠无人机搭载的GPS定位模块应用已有无人机航线规划软件智能规划得出的最优飞行路线飞行，定点喷洒农药去除药剂；方案二，单个无人机单次飞行作业，所述旋翼无人机根据地面计算机预设路线（a）进行自主飞行，到达指定位置悬停。光谱相机进行光谱数据采集后由集成电路板与设定的合格光谱数据进行在线对比分析，得到残留过量的农药类型与药量后数据反馈给已有的大数据库进行分析并智能生成农药去除方案，方案数据回传至无人机电路板，命令药箱根据所需药物配置农残去除剂，微型控制器控制电磁阀开闭，微型水泵装置运转，将药箱小室内指定农残去除药物通过喷头喷洒。方案三，单个无人机多次飞行作业，所述旋翼无人机根据地面计算机预设路线（a）进行自主飞行，到达指定位置悬停。光谱相机进行光谱数据采集后由集成电路板与设定的合格光谱数据进行在线对比分析，得到残留过量的农药类型与药量后智能生成农药去除方案，无人机返航搭载药液，根据地面计算机依靠无人机搭载的GPS定位模块应用已有无人机航线规划软件智能规划生成的最优飞行路线（b）再次飞行，到达农残过量植物上方后进行农药去除药剂喷洒。方案四，多个无人机单次飞行作业，所述旋翼无人机根据地面计算机预设路线（a）进行自主飞行，到达指定位置悬停。光谱相机进行光谱数据采集后由集成电路板与设定的合格光谱数据进行在线对比分析，得到残留过量的农药类型与药量后数据反馈给已有的大数据库进行分析并智能生成农药去除方案，方案数据发送给地面待命无人机。待命无人机搭载方案所需农残去除药剂径直飞往农残检测过量的植被，到达农残过量植物上方后进行农药去除药剂喷洒。综上所述，由单个无人机单次飞行作业，单个无人机多次飞行作业，多个无人机单次飞行作业，多个无人机多次飞行作业的操作方案均在我无人机的农药残留在线检测和实时去除的方法实际操作方案中。进一步地，事先需对待作业的植物种植区进行勘察，根据同种植物的种植位置与植物总体生长高度规律，制定出一套无人机自主飞行路线；在无人机进行自主飞行的过程中，根据GPS坐标实时定位按照地面计算机预定飞行路线进行飞行，在待测植物上方悬停并用无人机搭载的光谱相机进行现场拍摄。进一步地，所述无人机在每株植物上方进行短暂悬停并通过光谱相机进行光谱采集，将采集到的光谱数据进行初步整合后传输到集成电路板，电路板对采集数据和设定的合格植物光谱标准进行综合比对；其特征在于：在电路板中预设不同植物农残合格的光谱模型，设定合理浮动区间，将采集数据分析后精确定性为某一种特定生长类型的植物，再根据数据分析匹配合理的施药方案。对于上述方案，相互比较而言其各自优点在于：方案一：多个无人机多次飞行作业相较于单个无人机作业，可以实现短时间内在大范围内的植被的农药残留检测与精确去除。作业时间短，效率高。方案二：单个无人机单次飞行作业相较于多个无人机作业降低了农药残留检测与精确去除的设备要求，能够实现对一定区域内的植被农药残留的检测和精确去除。方案三：单个无人机多次飞行作业相较于单次飞行作业，在一定程度上扩大了整体作业范围，能够实现较大区域内植被的农药残留检测与精确去除。方案四：多个无人机单次飞行作业相较于多次飞行作业，在一定程度上缩短了作业时间，提高了作业效率。本专利技术与现有技术相比优点在于：1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机的农药残留在线检测和实时去除系统，包括自主导航无人机和地面计算机，所述无人机包括无人机载物架（11）、固定在载物架四周的旋翼（2）、电机以及设置在载物架下的起落架（9），其特征在于：所述自主导航无人机上还装载有GPS定位模块、无线传输模块、农药残留检测模块、农药残留去除模块；所述地面计算机用于控制无人机飞行航线的规划。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的农药残留在线检测和实时去除系统，包括自主导航无人机和地面计算机，所述无人机包括无人机载物架（11）、固定在载物架四周的旋翼（2）、电机以及设置在载物架下的起落架（9），其特征在于：所述自主导航无人机上还装载有GPS定位模块、无线传输模块、农药残留检测模块、农药残留去除模块；所述地面计算机用于控制无人机飞行航线的规划。2.根据权利要求1所述的农药残留在线检测和实时去除系统，其特征在于，所述GPS定位模块直接安装在无人机内部,所述GPS定位模块用于无人机按指定航线飞行以及定位农药残留待测植物位置，便于拍摄分析被测植物光谱。3.根据权利要求1所述的农药残留在线检测和实时去除系统，其特征在于，所述无线传输模块直接安装在无人机内部，无线传输模块用于将测得的植物光谱数据传输到地面计算机，以及地面计算机向无人机传输航线指令和农药去除试剂配置指令。4.根据权利要求1所述的农药残留在线检测和实时去除系统，其特征在于，所述农药残留检测模块至少包括光谱相机与电路板；所述光谱相机安装在所述无人机底部；所述电路板安装在载物架内部，所述农药残留检测模块用于根据采集到的植物光谱数据，检测被测植物的农药残留种类及浓度。5.根据权利要求1所述的农药残留在线检测和实时去除系统，其特征在于，农药残留去除模块至少包括药箱（1），喷头（4），微型水泵（5），锂电池（8），微控制器、喷头进药电磁阀、输药管（10）；所述药箱与微型水泵安装在无人机机身上方的固定台板上；所述喷头固定安装在无人机旋翼正下方；所述锂电池安装在无人机腹部上；所述输药管安装在无人机的机臂下方并连接药箱与喷头；所述微控制器固定安装在无人机内；所述农药残留去除模块，用于指令无人机进行农药残留去除剂的喷洒。6.根据权利要求1所述的农药残留在线检测和实时去除系统，其特征在于，所述地面计算机安装在地面操作空间，所述地面计算机通过无线传输模块对无人机下达地面计算机智能规划的无人机飞行航线以及对农药残留去除模块下达农药残留去除剂的配方指令。7.根据权利要求1~6任一所述的农药残留在线检测和实时去除系统，其特征在于，根据农药残留检测模块下的电路板来分析光谱数据得出农药残留去除剂的药物配比方案，农药残留去除模块下的药箱根据药物配比方案智能配置农药残留去除药物，依靠地面计算机通过无线传输模块向无人机传达航线指令，无人机通过GPS定位系统到达农残超标区域后，农药残留去除模块下的微控制器控制喷头进药电磁阀打开，农药残留去除剂经输药管由喷头喷洒，并通过无人机飞行时旋翼旋转产生的气流使药液扩散，使得农药残留超标的植物部位完全被去除药物覆盖。8.基于权利要求7所述的系统用于农药残留在线检测和实时去除的方法，其特征在于，包括以下方案与步骤：方案一，多个无人机多次飞行作业，所述旋翼无人机搭载光谱设备根据地面计算机预设路线（a）进行自主飞行，到达指定...

【专利技术属性】
技术研发人员：程磊，沈邦禹，贾志成，张爱琪，黄旭，董成汶，李旺旺，林曦，钱慧，范红城，赵家伟，黄昊，叶连城，张信希，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32