一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统及其控制方法，属于农业技术领域，在植保无人机飞行控制程序中加入暂停/启动喷药风速阈值实时测算模块，植保无人机启动喷药作业后，当实时监测风速高于实时暂停喷药风速阈值时，植保无人机自动关闭喷头、飞回喷头关闭点悬停，待风速低于实时启动喷药风速阈值时重启喷药作业。本发明专利技术提出了一种加权计算公式，公式中调用2个实时监测参数(空气湿度、与农药漂移边界线之间的距离)和5个有关作物、靶标有害生物、喷药作业等方面的参数，用于计算无人机作业过程中实时变化的暂停/启动喷药风速阈值，并与实测风速进行比较，智能、准确、高效地控制喷药作业，摆脱药液漂移危害，应用前景广阔。前景广阔。前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于农业
，具体涉及一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]植保无人机喷施农药防治病虫草害具有超高效、突击能力强、适应性广、省工、对人与环境安全、对作物机械损伤小等突出优点，因此无人机植保相关的市场规模逐年快速膨胀，已成为我国农业无人化发展的重要方向，我国无人机植保作业不推自广，在生产中对于植保无人机施药技术改进升级的需求十分旺盛。
[0003]当前，限制无人机植保行业发展的一个关键瓶颈问题是药液雾滴漂移危害控制难题。在无风或微风条件下，无人机施药防治病、虫、草害均接近甚至超过传统的人工背负喷雾器施药。然而，在有风天气采用无人机喷施农药隐患重重。为避免无人机飞行气旋对作物的影响并保证作业效率，无人机喷施农药作业时的飞行高度多在2～7m之间，而传统的人工喷雾或地面植保机喷雾的作业高度一般在0.3～0.5m，无人机喷药的药液雾滴在空中滞留的时间长，容易受风的干扰，当风速超过4m/s时，无人机喷出的药液雾滴团主体容易被风吹散，甚至可飘到数十米开外，造成作业田间药液喷施不均匀，一些局部斑块药量不足而无法有效防控靶标有害生物种群(许多病虫害具有传播性和扩散性，局部防控失败可能导致快速复发)，另一些局部斑块药量过大而导致田间农作物药害；此外，药液漂移导致周边敏感作物严重药害或者敏感场所农药污染的问题也十分突出。
[0004]植保无人机施药通常要求在无风或微风时使用，一方面，田间情况下即使是天气预报的无风天气，仍然不时会有随机阵风发生；另一方面，田间病虫草害防治的关键时间窗口期通常具有时效性和紧迫性，突击利用有风天气中的“微风或无风”间隙及时施药具有重要的实践意义。目前我国生产中实用的多款主流植保无人机的作业效率可以达到每小时施药150亩以上。植保无人机施药作业时的飞行速度常在5m/s左右，喷幅常在4m以上，因此，无人机施药作业期间遇到随机风时，飞行1秒钟即意味着20
㎡
以上的处理区域发生不同程度的药液雾滴漂移。
[0005]目前，虽然随机风对植保无人机喷药作业的影响较大已经被相关行业的农技人员、企业和种植户重视，但是具体到特定场景下植保无人机喷药作业可接受风速范围的研究资料及技术积累资料还十分匮乏。开发智能化、可靠性好、高效的植保无人机喷药防漂移控制系统已经成为无人机植保产业发展亟待解决的瓶颈问题。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统及其控制方法方法，有效破解随机风干扰对无人机植保喷药作业干扰难题。
[0007]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统，包括植保无人机、无人机遥控器和传
感器，在所述的植保无人机上设置施药喷头；所述的传感器采集实时监测的风速Rs、空气湿度M后传输给无人机遥控器，无人机实时监测与禁止药液漂移边界线间的距离D并传输给无人机遥控器，设定风速阈值参数值，实时计算暂停喷药风速阈值Vs和启动喷药风速阈值Vr得到计算结果，并将该结果转换为控制信号，进而将控制信号传输给植保无人机，控制施药喷头启动或暂停。
[0009]进一步地，所述的风速阈值参数值包括田间靶标有害生物发生严重程度等级P、作物对拟用农药的耐受性等级C、无人机飞行速度S、喷药作业高度H、必须完成喷药作业紧迫性等级U。
[0010]进一步地，所述的一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统的控制方法，包括如下步骤：
[0011]S1、完成施药作物田测绘工作，设定禁止药液漂移边界线，规划作业飞行路径；
[0012]S2、将传感器放置在空旷处且距离喷药作业田块5m以上，避免无人机飞行作业对传感器测定值的影响；
[0013]S3、根据说明安装、调试无人机，确保植保无人机与无人机遥控器，无人机遥控器与传感器之间的通讯连接流畅，设置常规的无人机作业参数，例如：作业高度、作业速度等；
[0014]S4、按照植保无人机喷药作业说明书等的要求做好安全防护、配置农药药液等，做好无人机喷药作业准备工作；
[0015]S5、启动实时暂停喷药风速阈值Vs计算程序，输入田间靶标有害生物发生严重程度等级P、作物对拟用农药的耐受性等级C、无人机飞行速度S、喷药作业高度H、必须完成喷药作业紧迫性等级U的评估值，调用实时监测的风速Rs、空气湿度M、无人机与禁止药液漂移边界线间的距离D数据；
[0016]S6、当实时监测的风速Rs<启动喷药风速阈值Vr，启动植保无人机喷药作业；
[0017]S7、当实时监测的风速Rs>暂停喷药风速阈值Vs，植保无人机自动关闭施药喷头并进行制动，同时准确定位喷头关闭地点。
[0018]S8、植保无人机飞回喷头关闭点悬停，直至再次启动喷药作业或因常规因素返航(例如因药液量不足、喷头故障、电力不足等因素返航)；
[0019]S9、当实时监测的风速Rs<启动喷药风速阈值Vr，进入S6流程，再次启动喷药作业。
[0020]进一步地，所述的暂停喷药风速阈值Vs的计算方法如下式，单位m/s：
[0021]Vs＝4+Mv+Pv+Cv+Sv+Hv+Uv+Dv；
[0022]其中，综合风速阈值加权值计算如下：
[0023]Mv＝(M/60％-1)
×
Wm；
[0024]Pv＝(1-P/2)
×
Wp；
[0025]Cv＝(C/2
–
1)
×
Wc；
[0026]Sv＝(5/S
–
1)
×
Ws；
[0027]Hv＝(1-H/2)
×
Wh；
[0028]Uv＝(U/3
–
1)
×
Wu；
[0029]当4<D≦40时：Dv＝(1-40/D)
×
W
d
；
[0030]当D>40时：Dv＝0；
[0031]当D≦4时，无人机暂停喷药，按设定路径继续飞行，直至D>4后按程序重启喷药作
业；
[0032]其中，相对权重赋值如下：Wm＝0.14；Wp＝0.43；Wc＝0.29；Ws＝0.14；Wh＝0.29；Wu＝0.43；Wd＝0.29。相对权重赋值的计算方法是各个参数权重值与各参数权重赋值总和之间比值
×
2。
[0033]进一步地，所述的启动喷药风速阈值Vr＝1/2Vs，单位m/s。
[0034]进一步地，所述的一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统的控制方法，S5中，所述的空气湿度M，采用传感器实测空气湿度；所述的田间靶标有害生物发生严重程度等级P，按照如不加防治预期可导致当季作物种植效益损失百分比从低到高划分为5个等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统，其特征在于：包括植保无人机、无人机遥控器和传感器，在所述的植保无人机上设置施药喷头；所述的传感器采集实时监测的风速Rs、空气湿度M后传输给无人机遥控器，无人机实时监测与禁止药液漂移边界线间的距离D并传输给无人机遥控器，设定风速阈值参数值，实时计算暂停喷药风速阈值Vs和启动喷药风速阈值Vr得到计算结果，并将该结果转换为控制信号，进而将控制信号传输给植保无人机，控制施药喷头启动或暂停。2.根据权利要求1所述的一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统，其特征在于：所述的风速阈值参数值包括田间靶标有害生物发生严重程度等级P、作物对拟用农药的耐受性等级C、无人机飞行速度S、喷药作业高度H、必须完成喷药作业紧迫性等级U。3.采用权利要求1-2中任意一项所述的一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、完成施药作物田测绘工作，设定禁止药液漂移边界线，规划作业飞行路径；S2、将传感器放置在空旷处且距离喷药作业田块5m以上，避免无人机飞行作业对传感器测定值的影响；S3、根据说明安装、调试无人机，确保植保无人机与无人机遥控器，无人机遥控器与传感器之间的通讯连接流畅，设置常规的无人机作业参数；S4、按照喷药作业说明书配置农药药液等，做好无人机喷药作业准备工作；S5、启动实时暂停喷药风速阈值Vs计算程序，输入风速阈值参数值，调用实时监测的风速Rs、空气湿度M、无人机与禁止药液漂移边界线间的距离D数据；S6、当实时监测的风速Rs<启动喷药风速阈值Vr，启动植保无人机喷药作业；S7、当实时监测的风速Rs>暂停喷药风速阈值Vs，植保无人机自动关闭施药喷头并进行制动，同时准确定位喷头关闭地点；S8、植保无人机飞回喷头关闭点悬停，直至再次启动喷药作业或因常规因素返航；S9、当实时监测的风速Rs<启动喷药风速阈值Vr，进入S6流程，再次启动喷药作业。4.根据权利要求3所述的一种植保无人机喷药防漂移智能控制系统的控制方法，其特征在于，所述的暂停喷药风速阈值Vs的计算方法如下式，单位m/s：Vs＝4+Mv+Pv+Cv+Sv+Hv+Uv+Dv；其中，综合风速阈值加权值计算如下：Mv＝(M/60％-1)
×
Wm；Pv＝(1-P/2)
×
Wp；Cv＝(C/2
–
1)
×
Wc；Sv＝(5/S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国奇，俞航，魏海燕，郭保卫，邢志鹏，胡群，梁友，张洪程，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：