一种多源传感融合探测的果树施药量智能调控系统技术方案

本发明专利技术涉及果园喷雾施药量调控技术领域，公开了一种多源传感融合探测的果树施药量智能调控系统，解决了现有技术中的喷雾探测系统不能精准的识别果园信息，喷雾机的喷雾参数与果树冠层结构无法匹配，不能根据果树实际的冠层结构或者外貌结构来调控施药量的问题；其具体包括：多源传感器融合探测模块采集果树特征发送给控制模块，控制模块通过施药决策模型计算得出变量施药图，施药管理模块解译变量施药图得出施药指令，再由变量喷雾模块执行施药指令，实现变量喷雾。该系统中融合两种光学传感器进行果树特征的探测，实现了两种探测数据源优势互补的施药量调控。优势互补的施药量调控。优势互补的施药量调控。

【技术实现步骤摘要】
一种多源传感融合探测的果树施药量智能调控系统


[0001]本专利技术涉及果园喷雾施药量调控
，尤其涉及一种多源传感融合探测的果树施药量智能调控系统。

技术介绍

[0002]传统的农业作业中，在对果园进行药物喷洒时，一般通过人工来喷雾，随着农业规模化的发展，人工喷雾工作强度大，效率低，已经满足不了机械化时代的需求，因此人工喷雾的作业方式已被逐渐淘汰，与此同时喷雾机喷雾的方式逐渐得到广泛的应用。但是使用喷雾机进行喷雾存在的缺陷就是不够精准化、智能化，相对人工喷雾来说，喷雾机无法精准的做到在果树需要喷雾的位置上方进行喷雾，这就容易造成大量农药残留，对环境、农作物安全带来严重污染。
[0003]随着物联网、大数据、人工智能的发展，智能化的喷雾方式逐渐得到应用。现有技术中针对果园风送喷雾中的变量喷雾技术、靶标探测技术、仿形施药技术和智能导航管理各方面都有所研究，且可以一定程度的提高施药效果和作业效率，减少农药浪费。但是，对于果园环境复杂、果树冠层结构差异大的果园来讲，采用单一传感器来识别的喷雾机自主导航较为困难，不能精准的识别果园信息，同时喷雾机的喷雾参数与果树冠层结构无法匹配，所以也不能实现根据果树冠层的结构来调控喷雾量。
[0004]所以需要一种融合多种传感器、利用多种技术来调控施药量的调控系统。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种多源传感融合探测的果树施药量智能调控系统，该系统融合了两种光学传感器进行果树特征的探测，同时获取果树的三维点云信息与病虫害发生情况，综合评价果树对施药量的实际需求，建立基于多源传感信息融合的综合决策模型，实现以果树信息为主导、病虫害发生情况为补偿的施药量智能调控；以解决单一的传感器探测系统不能精准的识别果园信息，喷雾机的喷雾参数与果树冠层结构无法匹配，不能根据果树实际的冠层结构或者外貌结构来进行调控喷雾的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术提供一种多源传感融合探测的果树施药量智能调控系统，应用于自走式喷雾机上，其具体包括：
[0007]多源传感器融合探测模块，多源传感器融合探测模块包括高光谱成像仪和三维激光雷达探测仪；高光谱成像仪用于获取果园树冠的病虫害信息，并发送给控制模块；三维激光雷达探测仪用于探测果树的动静态地图和三维点云信息，并将动静态地图和三维点云信息发送给控制模块；使用两种传感器融合探测果树信息，能够采集到果树的环境动地图、三维点云信息，以及果树表面病虫害信息，相对于单一传感器探测而言，可以更加全面的对果树特征进行采集，从而实现更加精准的喷雾。
[0008]控制模块，用于根据病虫害信息、动静态地图和三维点云信息构建施药决策模型，并基于施药决策模型计算得到变量施药图，再将变量施药图发送给施药管理模块；施药管
理模块，用于解译变量施药图得到施药指令并发送给精准变量喷雾模块、风送调控模块和无人驾驶导航模块；精准变量喷雾模块，用于根据施药指令进行药物喷洒；风送调控模块用于根据施药指令调控风量大小。
[0009]控制模块可以通过施药决策模型将多源传感器融合探测模块所采集的果树特征信息生成为包含施药指令的变量施药图，施药管理模块从变量施药图中获得果树的位置坐标以及该坐标的施药量，即解译出包含果树施药位置和施药量的施药指令，得到施药指令后发送给精准变量喷雾模块和风送调控模块执行施药指令。
[0010]卫星定位模块，用于采集自身位置信息并发送给无人驾驶导航模块；无人驾驶导航模块，用于根据自身位置信息以及施药指令规划喷雾机行走路径；无人驾驶导航模块利用施药指令中的施药位置，进行果园喷雾机行走路径的规划，便于喷雾机在果园环境里能够准确的找到果树。
[0011]进一步地，构建施药决策模型，包括：
[0012]步骤一：获取果树的植株信息和平均占地面积s，植株信息包括株高h和叶面指数g，株高表示果树的高度，叶面指数表示果树树叶茂盛程度；
[0013]步骤二：通过三维激光雷达探测仪获取每棵果树的三维点云信息；
[0014]步骤三：建立三维点云信息和植株信息的关系，并计算得出果树的三维点云信息和株高h之间的关系，以及三维点云信息和叶面指数g之间的关系；
[0015]三维点云信息＝k h
[0016]三维点云信息＝mg
[0017]其中，k表示果树的三维点云信息与株高h之间的关系，m表示果树三维点云信息与叶面指数g之间的关系；
[0018]步骤四：根据果树的平均占地面积s、株高h和叶面指数g确定果树喷药量X
(h，g)
为：
[0019][0020]步骤五：根据果树的所述平均占地面积s和所述三维点云信息，得出果树的施药量X：
[0021][0022]步骤六：病虫害信号包括果树的光谱反射率γ；根据光谱反射率γ得出补偿施药量ε；
[0023][0024]其中，γ0为正常果树的光谱反射率；ε为果树的补偿施药量；
[0025]步骤七；根据果树的补偿施药量ε和施药量X得出实际施药量X0；
[0026][0027]步骤八：将每个果树的实际施药量X0标记到动静态地图对应的果树位置坐标上，即得到变量施药图。
[0028]在本方案中，果树的平均面积为s，测量果树的植株信息，再通过雷达探测果树的
三维点云信息，在果树的株高和叶面指数与三维点云信息之间建立一个关系，三维点云信息与株高h之间的关系用k表示，三维点云信息与叶面指数g之间的关系用m表示，分别计算出该关系：三维点云信息＝k h，三维点云信息＝mg；计算植株信息跟施药量之间的关系，施药量可以用果树体积乘于单位体积施药量，这是果树的平均施药量，再乘于叶面指数可得果树实际施药量，即：果树实际施药量，即：本方案中将果树外形近似为圆锥体来计算果树体积；带入三维点云信息得：
[0029]施药量在得到的施药量X的基础上，再根据病虫害信息，加上病虫害补偿施药量ε，可得到实际施药量X0。再将每个果树实际施药量X0标记到动静态地图对应的果树位置坐标上，即得到变量施药图。该模型基于果树的株高、叶面指数建立，并根据果树三维点云信息而得出果树需要喷雾的施药量，能精准的得出需要喷洒的药量。
[0030]进一步地，施药指令包括施药量和施药位置；无人驾驶导航模块根据施药位置进行行走路径的规划；精准变量喷雾模块根据施药量进行药物喷洒。
[0031]在本方案中，无人驾驶导航模块根据施药位置进行规划行走路径，精准变量喷雾模块根据施药量进行精准施药，实现了根据实际果树环境全方位的智能对靶变量喷雾。
[0032]进一步地，三维点云信息包括果树冠层结构信息和外貌结构信息。
[0033]在本方案中，施药决策模型中三维点云信息决策喷药量的大小，冠层结构表征果树的树叶数量分布情况，所以等于根据树叶数量的分布情况以及果树外貌来进行决策喷药量的大小，可以在冠层结构较厚的地方增加喷药量的大小，增加喷雾的效果。
[0034]进一步地，精准变量喷雾模块包括喷雾控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多源传感融合探测的果树施药量智能调控系统，应用于自走式喷雾机上，其特征在于，包括：多源传感器融合探测模块，所述多源传感器融合探测模块包括高光谱成像仪和三维激光雷达探测仪；所述高光谱成像仪用于获取果园树冠的病虫害信息，并发送给控制模块；所述三维激光雷达探测仪用于探测果树的动静态地图和三维点云信息，并将所述动静态地图和所述三维点云信息发送给所述控制模块；所述控制模块，用于根据所述病虫害信息、所述动静态地图和所述三维点云信息构建施药决策模型，并基于所述施药决策模型计算得到变量施药图，再将所述变量施药图发送给所述施药管理模块；所述施药管理模块，用于解译所述变量施药图得到施药指令并发送给精准变量喷雾模块、风送调控模块和无人驾驶导航模块；所述精准变量喷雾模块，用于根据所述施药指令进行药物喷洒；所述风送调控模块用于根据所述施药指令调控风量大小；卫星定位模块，用于采集自身位置信息并发送给无人驾驶导航模块；所述无人驾驶导航模块，用于根据所述自身位置信息以及所述施药指令规划喷雾机行走路径。2.根据权利要求1所述的多源传感融合探测的果树施药量智能调控系统，其特征在于：构建所述施药决策模型，包括：步骤一：获取果树的植株信息和平均占地面积s，所述植株信息包括株高h和叶面指数g；步骤二：通过所述三维激光雷达探测仪获取果树的三维点云信息；步骤三：建立所述三维点云信息和所述植株信息的关系，并计算得出果树的所述三维点云信息和所述株高h之间的关系，以及所述三维点云信息和所述叶面指数g之间的关系；三维点云信息＝k h三维点云信息＝mg其中，k表示果树的所述三维点云信息与所述株高h之间的关系，m表示果树三维点云信息与所述叶面指数g之间的关系；步骤四：根据果树的所述平均占地面积s、所述株高h和所述叶面指数g确定果...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚佳，乔白羽，王灵晓，肖委明，韩虎，李芸，
申请(专利权)人：吉安市园艺场，
类型：发明
国别省市：