一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统及方法与流程

专利2022-05-09  2


本发明属于无人机技术领域,具体涉及一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统及方法。



背景技术:

无人机按应用领域,可分为军用与民用。军用方面,无人机分为侦察机和靶机。民用方面,无人机 行业应用,是无人机真正的刚需;目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用,如今在农业领域中,需要工作人员对大片的农田进行喷药处理,为了节省工作人员的工作负担,往往会在无人机上搭载有喷药模块,喷药模块携带需要喷洒的农药,由工作人员通过控制设备控制无人机飞行,无人机在农田上飞行时,控制喷洒模块向下喷洒农药,这样需要工作人员手动控制无人机进行喷洒,在喷洒过程中时间较长,工作人员的工作负担较大,且在喷药过程中,全程由工作人员手动控制无人机的飞行轨迹,在农田面积较大的情况,人为的操作,容易使飞行轨迹偏差,使一些农作物没有得到喷洒或多次喷洒,从而影响农药的喷洒效率,且在无人机的飞行过程中,容易因为外界自然风的影响,导致农药喷洒位置的偏差,从而也容易使一些农作物没有得到喷洒或多次喷洒。



技术实现要素:

本发明的目的是:旨在提供一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统及方法,用以解决背景技术中所提出的问题。

为实现上述技术目的,本发明采用的技术方案如下:

一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统,包括无人机与控制设备,无人机搭载有图像采集模块、风速风向检测传感器、飞行模块、第一信息连接模块、喷洒模块、第一可充电电源、水平角度检测模块与供电控制模块,控制设备搭载有第二信息连接模块、中央分析模块、触摸式显示模块、信息储存模块和第二可充电电源,第一可充电电源电源输出端与供电控制模块电源输入端电连接,供电控制模块与图像采集模块、风速风向检测传感器、飞行模块、第一信息连接模块、喷洒模块和水平角度检测模块的电连接,图像采集模块、风速风向检测传感器、飞行模块和水平角度检测模块均与第一信息连接模块信号连接,第一信息连接模块与第二信息连接模块信号连接,第二信息连接模块与信息储存模块和中央分析模块信号连接,信息储存模块与中央分析模块信号连接,中央分析模块与触摸式显示模块信号连接,第二可充电电源与中央分析模块电连接,中央分析模块与第二信息连接模块、触摸式显示模块和信息储存模块电连接;

图像采集模块用于采集需要喷药的地形图像,并将地形图像通过第一信息连接模块传送给第二信息连接模块,第二信息连接模块将图像信息传输给信息储存模块;

风速风向检测传感器用于实时检测喷药地形的风速与风向,并可将风速风向信息通过第一信息连接模块传送给第二信息连接模块,第二信息连接模块将信息传输给中央分析模块;

飞行模块用于支持无人机的飞行,保证无人机安轨迹飞行,还可将飞行高度信息传输给中央分析模块;

第一信息连接模块与第二信息连接模块之间相配和,实现无人机与控制设备之间的信号连接;

喷洒模块用于搭载农药,并垂直向下进行喷药,且将喷药功率传输给中央分析模块;

第一可充电电源与第二可充电电源可分别用于对无人机和控制设备进行供电;

水平角度检测模块用于实时检测无人机的水平倾斜角度,并将信息传输给中央分析模块,由于喷洒模块相对于无人机垂直向下喷洒农药,从而无人机的倾斜角度,便是农药的喷洒角度;

供电控制模块在接收到中央分析模块传输的控制信息后,给无人机中各个模块进供电;

触摸式显示模块用于显示信息储存模块储存的地形图像,工作人员可通过触摸式显示模块勾画需要喷药的地形轮廓,并将勾画需要喷药的地形轮廓传送给中央分析模块;

中央分析模块接收到触摸式显示模块传送的需要喷药的地形轮廓后,就算出最佳喷药路径,通过第二信息连接模块与第一信息连接模块,将最佳喷药路径信息传输给飞行模块,使飞行模块围绕喷药的地形轮廓,由外围逐渐向内收拢的环绕式飞行,并使喷洒模块向下进行喷洒农药,中央分析模块接收到风速风向检测传感器传送的风速与风向数据后,计算出农药在风速与风向的影响下向下喷落的位置,然后给飞行模块发送控制信息,使飞行模块改变无人机的飞行轨迹,进行位置补偿,保证农药的喷洒轨迹在原定喷洒轨迹内;

无人机设有扩音器,扩音器电源输入端与供电控制模块电源输出端电连接,控制设备设有声音采集器,声音采集器电源输入端与中央分析模块电源输出端电连接,声音采集器通过第一信息连接模块于第二信息连接模块与扩音器信号连接。这样的设计,在喷药过程中,若工作人员发现喷药区域内存在其他人员后,工作人员可通过声音采集器和扩音器相配合,远距离喊话,告知区域内的人员远离喷药区域。

图像采集模块搭载有热感应采集单元。热感应采集单元可对喷药区域进行热感应采集,并将热感应图像传送给中央分析模块,中央分析模块将图像信息传送给触摸式显示模块显示出来,便于工作人员进一步观察喷药区域内是否存在人畜。

喷洒模块设置有农药液位检测单元,控制设备设有农药液位显示器,农药液位检测单元通过第一信息连接模块和第二信息连接模块配合将液位信息传送给农药液位显示器。这样的设计,农药液位检测单元实时对农药的液位进行监测,并将监测信息实时传输给中央分析模块,中央分析模块将液位情况通过触摸式显示模块显示出来,便于工作人员查看。

无人机搭载有定位模块,定位模块与第一可充电电源电连接,定位模块通过第一信息连接模块和第二信息连接模块相配合与中央分析模块信号连接。这样的设计,在喷药过程中实时对无人机的位置进行的定位,并将定位信息传送给中央分析模块。

一种基于机器视觉的农用无人机喷药方法,所述方法包括以下步骤:

s1:在喷药前,由工作人员通过操作控制设备,控制设备中的中央分析模块通过第一信息连接模块和第二信息连接模块相配合,给无人机中的供电控制模块、图像采集模块和飞行模块发送控制信息,供电控制模块给图像采集模块和飞行模块供电,使图像采集模块和飞行模块开始工作,工作人员通过控制设备通过控制飞行模块,从而控制无人机的飞行,使无人机在需要喷药的农田上空飞行,在飞行过程中图像采集模块对地形轮廓进行采集,并通过第一信息连接模块和第二信息连接模块相配合将图像信息传送给信息储存模块;

s2:中央分析模块将信息储存模块储存的地形图像信息进行提取,并将地形图像信息传送给触摸式显示模块,由触摸式显示模块将地形图像展示给工作人员查看,此时工作人员采用手动的方式在触摸式显示模块勾画需要喷药的地形轮廓,触摸式显示模块将触摸式显示模块勾画的地形轮廓传送给中央分析模块;

s3:中央分析模块在收到触摸式显示模块勾画的地形轮廓后,计算出最佳喷药路线,通过第二信息连接模块与第一信息连接模块,将最佳喷药路径信息传输给飞行模块,使飞行模块自动带动无人机围绕喷药的地形轮廓,由外围逐渐向内收拢的环绕式飞行,此时工作人员取消手动操作控制设备,由中央分析模块控制飞行模块自动带动无人机飞行,使无人机进入预定轨道,同时中央分析模块控制喷洒模块向下喷药,对农田内的农作物进行喷药处理;

s4:在实际飞行喷药过程中,风速风向检测传感器实施对当时喷药地形的风速风向进行检测,并将风速风向信息通过第一信息连接模块和第二信息连接模块传送给中央分析模块,水平角度检测模块实时对中央分析模块根据收到的风速风向信息、喷药功率、飞行高度和无人机的飞行倾斜角度计算出在药物在风速风向的影响下药物的大概的落下位置范围,并且计算出原定喷洒范围与实际的落下范围之间的偏差距离;

s5:中央分析模块计算出药物的实际落地位置后实时将信息传输给飞行模块,使飞行模块逆风调整无人机的飞行位置,无人机逆风调整的位置距离,为原定喷洒范围与实际的落下范围之间的偏差距离,从而调整农药初始的喷药位置,保证农药落地的位置始终处于预定飞行路线内;

s6:在飞行喷药过程中,定位模块实时对飞机的飞行位置进行定位,并将位置信息传输给中央分析模块,中央分析模块实时将无人机的位置与飞行轨道相对比,对无人机的飞行轨道实时进行监控,若飞行位置发生偏差,便给飞行模块发送信息,调整无人机的飞行位置,保证无人机在预定轨道内;

s7:在无人机按照预定轨迹飞行完成后,定位模块将信息传输给中央分析模块,此时中央分析模块给喷洒模块发送信息,使喷洒模块停止进行喷洒,并且给飞行模块发送信息,配合定位模块,使飞行模块飞行回到原始出发位置并降落在出发位置。

所述喷药功率包括有雾化水压与农药喷洒的流通量。这样的设计,增加对农药实际落地范围的计算精确度。

工作人员可使用控制设备,手动切断无人机自动喷药,由工作人员通过控制设备手动控制无人机飞行进行喷药处理。工作人员可随时通过控制设备切断无人机的自动喷药,由工作人员手动进行控制飞行和喷药。工作人员可随时通过控制设备切断无人机的自动喷药,由工作人员手动进行控制飞行和喷药。

所述控制设备装配有触屏笔。工作人员可使用触屏笔进行勾选轮廓,增加勾选轮廓的精确度。

当无人机喷药完成并降落在初始降落位置后,飞行模块将降落信息传输给中央分析模块,中央分析模块通过触摸式显示模块显示出无人机以降落信息,从而提醒工作人员喷药已完成。

本发明设计合理,在工作人员手动勾画喷药区域后,无人机自动按照最佳飞行路线飞行,并对农作物进行喷洒洒,节省工作人员的工作负担,且在遇到外界自然风的影响下,能自动调整无人机的飞行位置,使农药的喷洒位置处于预定轨道内,保证喷洒的精确度。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明;

图1为本发明一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统及方法实施例的系统流程示意图;

图2为本发明一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统及方法实施例的规划喷洒路径系统流程图;

图3为本发明一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统及方法实施例的无人机位置补偿流程图;

图4为本发明一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统及方法实施例的无人机定位流程图;

主要元件符号说明如下:

无人机1、控制设备2、图像采集模块11、热感应采集单元111、风速风向检测传感器12、飞行模块13、第一信息连接模块16、喷洒模块17、农药液位检测单元171、农药液位显示器172、第一可充电电源18、水平角度检测模块181、供电控制模块19、定位模块191、第二信息连接模块21、中央分析模块22、触摸式显示模块23、信息储存模块24、第二可充电电源25、扩音器3、声音采集器31。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明,下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1-4所示,本发明的一种基于机器视觉的农用无人机喷药系统,包括无人机1与控制设备2,无人机1搭载有图像采集模块11、风速风向检测传感器12、飞行模块13、第一信息连接模块16、喷洒模块17、第一可充电电源18、水平角度检测模块181与供电控制模块19,控制设备2搭载有第二信息连接模块21、中央分析模块22、触摸式显示模块23、信息储存模块24和第二可充电电源25,第一可充电电源18电源输出端与供电控制模块19电源输入端电连接,供电控制模块19与图像采集模块11、风速风向检测传感器12、飞行模块13、第一信息连接模块16、喷洒模块17和水平角度检测模块181的电连接,图像采集模块11、风速风向检测传感器12、飞行模块13和水平角度检测模块181均与第一信息连接模块16信号连接,第一信息连接模块16与第二信息连接模块21信号连接,第二信息连接模块21与信息储存模块24和中央分析模块22信号连接,信息储存模块24与中央分析模块22信号连接,中央分析模块22与触摸式显示模块23信号连接,第二可充电电源25与中央分析模块22电连接,中央分析模块22与第二信息连接模块21、触摸式显示模块23和信息储存模块24电连接;

图像采集模块11用于采集需要喷药的地形图像,并将地形图像通过第一信息连接模块16传送给第二信息连接模块21,第二信息连接模块21将图像信息传输给信息储存模块24;

风速风向检测传感器12用于实时检测喷药地形的风速与风向,并可将风速风向信息通过第一信息连接模块16传送给第二信息连接模块21,第二信息连接模块21将信息传输给中央分析模块22;

飞行模块13用于支持无人机的飞行,保证无人机安轨迹飞行,还可将飞行高度信息传输给中央分析模块22;

第一信息连接模块16与第二信息连接模块21之间相配和,实现无人机1与控制设备2之间的信号连接;

喷洒模块17用于搭载农药,并垂直向下进行喷药,且将喷药功率传输给中央分析模块22;

第一可充电电源18与第二可充电电源25可分别用于对无人机1和控制设备2进行供电;

水平角度检测模块181用于实时检测无人机1的水平倾斜角度,并将信息传输给中央分析模块22,由于喷洒模块17相对于无人机1垂直向下喷洒农药,从而无人机1的倾斜角度,便是农药的喷洒角度;

供电控制模块19在接收到中央分析模块22传输的控制信息后,给无人机1中各个模块进供电;

触摸式显示模块23用于显示信息储存模块24储存的地形图像,工作人员可通过触摸式显示模块23勾画需要喷药的地形轮廓,并将勾画需要喷药的地形轮廓传送给中央分析模块22;

中央分析模块22接收到触摸式显示模块23传送的需要喷药的地形轮廓后,就算出最佳喷药路径,通过第二信息连接模块21与第一信息连接模块16,将最佳喷药路径信息传输给飞行模块13,使飞行模块13围绕喷药的地形轮廓,由外围逐渐向内收拢的环绕式飞行,并使喷洒模块17向下进行喷洒农药,中央分析模块22接收到风速风向检测传感器12传送的风速与风向数据后,计算出农药在风速与风向的影响下向下喷落的位置,然后给飞行模块13发送控制信息,使飞行模块13改变无人机1的飞行轨迹,进行位置补偿,保证农药的喷洒轨迹在原定喷洒轨迹内;

无人机1设有扩音器3,扩音器3电源输入端与供电控制模块19电源输出端电连接,控制设备2设有声音采集器31,声音采集器31电源输入端与中央分析模块22电源输出端电连接,声音采集器31通过第一信息连接模块16于第二信息连接模块21与扩音器3信号连接。这样的设计,在喷药过程中,若工作人员发现喷药区域内存在其他人员后,工作人员可通过声音采集器31和扩音器3相配合,远距离喊话,告知区域内的人员远离喷药区域。

图像采集模块11搭载有热感应采集单元111。热感应采集单元111可对喷药区域进行热感应采集,并将热感应图像传送给中央分析模块22,中央分析模块22将图像信息传送给触摸式显示模块23显示出来,便于工作人员进一步观察喷药区域内是否存在人畜。

喷洒模块17设置有农药液位检测单元171,控制设备2设有农药液位显示器172,农药液位检测单元171通过第一信息连接模块16和第二信息连接模块21配合将液位信息传送给农药液位显示器172。这样的设计,农药液位检测单元171实时对农药的液位进行监测,并将监测信息实时传输给中央分析模块22,中央分析模块22将液位情况通过触摸式显示模块23显示出来,便于工作人员查看。

无人机1搭载有定位模块191,定位模块191与第一可充电电源18电连接,定位模块191通过第一信息连接模块16和第二信息连接模块21相配合与中央分析模块22信号连接。这样的设计,在喷药过程中实时对无人机1的位置进行的定位,并将定位信息传送给中央分析模块22。

一种基于机器视觉的农用无人机喷药方法,方法包括以下步骤:

s1:在喷药前,由工作人员通过操作控制设备2,控制设备2中的中央分析模块22通过第一信息连接模块16和第二信息连接模块21相配合,给无人机1中的供电控制模块19、图像采集模块11和飞行模块13发送控制信息,供电控制模块19给图像采集模块11和飞行模块13供电,使图像采集模块11和飞行模块13开始工作,工作人员通过控制设备2通过控制飞行模块13,从而控制无人机1的飞行,使无人机在需要喷药的农田上空飞行,在飞行过程中图像采集模块11对地形轮廓进行采集,并通过第一信息连接模块16和第二信息连接模块21相配合将图像信息传送给信息储存模块24;

s2:中央分析模块22将信息储存模块24储存的地形图像信息进行提取,并将地形图像信息传送给触摸式显示模块23,由触摸式显示模块23将地形图像展示给工作人员查看,此时工作人员采用手动的方式在触摸式显示模块23勾画需要喷药的地形轮廓,触摸式显示模块23将触摸式显示模块23勾画的地形轮廓传送给中央分析模块22;

s3:中央分析模块22在收到触摸式显示模块23勾画的地形轮廓后,计算出最佳喷药路线,通过第二信息连接模块21与第一信息连接模块16,将最佳喷药路径信息传输给飞行模块13,使飞行模块13自动带动无人机1围绕喷药的地形轮廓,由外围逐渐向内收拢的环绕式飞行,此时工作人员取消手动操作控制设备2,由中央分析模块22控制飞行模块13自动带动无人机1飞行,使无人机1进入预定轨道,同时中央分析模块22控制喷洒模块17向下喷药,对农田内的农作物进行喷药处理;

s4:在实际飞行喷药过程中,风速风向检测传感器12实施对当时喷药地形的风速风向进行检测,并将风速风向信息通过第一信息连接模块16和第二信息连接模块21传送给中央分析模块22,水平角度检测模块181实时对中央分析模块22根据收到的风速风向信息、喷药功率、飞行高度和无人机1的飞行倾斜角度计算出在药物在风速风向的影响下药物的大概的落下位置范围,并且计算出原定喷洒范围与实际的落下范围之间的偏差距离;

s5:中央分析模块22计算出药物的实际落地位置后实时将信息传输给飞行模块13,使飞行模块13逆风调整无人机1的飞行位置,无人机1逆风调整的位置距离,为原定喷洒范围与实际的落下范围之间的偏差距离,从而调整农药初始的喷药位置,保证农药落地的位置始终处于预定飞行路线内;

s6:在飞行喷药过程中,定位模块191实时对飞机的飞行位置进行定位,并将位置信息传输给中央分析模块22,中央分析模块22实时将无人机1的位置与飞行轨道相对比,对无人机1的飞行轨道实时进行监控,若飞行位置发生偏差,便给飞行模块13发送信息,调整无人机1的飞行位置,保证无人机1在预定轨道内;

s7:在无人机1按照预定轨迹飞行完成后,定位模块191将信息传输给中央分析模块22,此时中央分析模块22给喷洒模块17发送信息,使喷洒模块17停止进行喷洒,并且给飞行模块13发送信息,配合定位模块191,使飞行模块13飞行回到原始出发位置并降落在出发位置。

喷药功率包括有雾化水压与农药喷洒的流通量。这样的设计,增加对农药实际落地范围的计算精确度。

工作人员可使用控制设备2,手动切断无人机1自动喷药,由工作人员通过控制设备2手动控制无人机1飞行进行喷药处理。工作人员可随时通过控制设备2切断无人机1的自动喷药,由工作人员手动进行控制飞行和喷药。工作人员可随时通过控制设备2切断无人机1的自动喷药,由工作人员手动进行控制飞行和喷药。

控制设备2装配有触屏笔。工作人员可使用触屏笔进行勾选轮廓,增加勾选轮廓的精确度。

当无人机1喷药完成并降落在初始降落位置后,飞行模块13将降落信息传输给中央分析模块22,中央分析模块22通过触摸式显示模块23显示出无人机1以降落信息,从而提醒工作人员喷药已完成。

喷药前,将农药注入喷洒模块17内,并由工作人员通过控制设备2控制无人机1飞行,无人机1飞行在需要喷药的区域上方,图像采集模块11将下方的地形图像传送给信息储存模块24,中央分析模块22将地形图像通过触摸显示模块23将地形图像显示出来,供工作人员查看,工作人员手动圈画需要喷药的区域,中央分析模块22对圈画出来的区域进行计算,配合无人机1的喷药范围计算出最佳的喷洒路线,使飞行模块13自动带动无人机1围绕喷药的地形轮廓,由外围逐渐向内收拢的环绕式飞行,此时工作人员取消手动操作控制设备2,由中央分析模块22控制飞行模块13自动带动无人机1飞行,使无人机1进入预定轨道,同时中央分析模块22控制喷洒模块17向下喷药,对农田内的农作物进行喷药处理,在飞行过过程中,中央分析模块22能够在风速风向检测传感器12、飞行模块13和喷洒模块17的配合下,收到的风速风向信息、喷药功率、飞行高度和无人机1的飞行倾斜角度计算出在药物在风速风向的影响下药物的大概的落下位置范围,并且计算出原定喷洒范围与大概的落下范围之间的偏差距离,然后将信息传输给飞行模块13,使飞行模块13调整无人机1的飞行位置,从而调整农药的初始喷洒位置,使农药的喷洒位置始终处于预定轨道内,减小部分农作物没有得到喷药或多次喷药的可能性,提高喷洒精度。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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