本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)藥物噴灑方法，特別是一種無(wú)人機(jī)智能藥物供給噴灑方法和系統(tǒng)，屬于模式識(shí)別和智能控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息采集與處理技術(shù)的發(fā)展，自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航、機(jī)器視覺(jué)與農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究得到重視，成為探索在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備中應(yīng)用智能控制等高新技術(shù)研究的重要方向。農(nóng)藥噴灑機(jī)器人能夠有效減少農(nóng)民勞動(dòng)量，大規(guī)模推廣后必然會(huì)減少對(duì)農(nóng)業(yè)從業(yè)人口的需求數(shù)量。但目前所使用的農(nóng)藥噴灑機(jī)器人智能化程度較低，對(duì)減少勞動(dòng)量和減少農(nóng)業(yè)從業(yè)人口的作用有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種無(wú)人機(jī)智能藥物供給噴灑方法，解決無(wú)人機(jī)進(jìn)行藥物噴灑時(shí)的定量問(wèn)題，提高智能化水平。本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)在于提供一種無(wú)人機(jī)智能藥物供給噴灑系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種無(wú)人機(jī)智能藥物供給噴灑方法，包括由無(wú)人機(jī)攜帶的三維激光處理模塊獲取無(wú)人機(jī)下方的植物的密度信息；由無(wú)人機(jī)攜帶的視頻圖像處理模塊獲取無(wú)人機(jī)下方的植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況；由所述植物的密度信息確定第一系數(shù)α，0≤α≤1，由所述植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況確定第二系數(shù)β，0≤β≤1；無(wú)人機(jī)的藥物噴灑系統(tǒng)噴灑藥物量由第一系數(shù)α和第二系數(shù)β確定。

進(jìn)一步的，無(wú)人機(jī)的藥物噴灑系統(tǒng)噴灑藥物量由第一系數(shù)α和第二系數(shù)β確定是由公式V＝αV₁+βV₂確定，其中V₁為植物密度最高時(shí)噴灑藥物量，V₂為植物生長(zhǎng)和蟲害狀況最差時(shí)噴灑藥物量，V為無(wú)人機(jī)的藥物噴灑系統(tǒng)噴灑藥物量。

進(jìn)一步的，所述三維激光處理模塊獲取無(wú)人機(jī)下方的植物的密度信息，包括步驟：掃描獲取無(wú)人機(jī)下方的場(chǎng)景點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)無(wú)人機(jī)所在高度測(cè)算地面數(shù)據(jù)，將地面數(shù)據(jù)從場(chǎng)景點(diǎn)云數(shù)據(jù)中去除；對(duì)去除地面數(shù)據(jù)的場(chǎng)景點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯濾波；根據(jù)場(chǎng)景點(diǎn)云數(shù)據(jù)的成像區(qū)域向地面投影，成像區(qū)域單位面積中的點(diǎn)云數(shù)量即為植物的密度信息。

進(jìn)一步的，所述視頻圖像處理模塊獲取無(wú)人機(jī)下方的植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況，包括步驟：分別計(jì)算拍攝獲取無(wú)人機(jī)下方的植物彩色圖像的顏色直方圖和預(yù)先存儲(chǔ)的植物生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)圖像的顏色直方圖，采用Bhattacharyya距離度量?jī)蓚€(gè)直方圖之間的相似性確定植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況。

一種無(wú)人機(jī)智能藥物供給噴灑系統(tǒng)，包括無(wú)人機(jī)機(jī)體和設(shè)置于所述無(wú)人機(jī)機(jī)體的無(wú)人機(jī)控制模塊、GPS導(dǎo)航模塊、藥物噴灑控制模塊、三維激光處理模塊、視頻圖像處理模塊、通信模塊，所述無(wú)人機(jī)控制模塊控制無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，所述GPS導(dǎo)航模塊確定無(wú)人機(jī)的位置信息；所述三維激光處理模塊獲取無(wú)人機(jī)下方的植物的密度信息，并反饋給藥物噴灑控制模塊；所述視頻圖像處理模塊獲取無(wú)人機(jī)下方的植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況，并反饋給藥物噴灑控制模塊；所述藥物噴灑控制模塊根據(jù)植物的密度信息以及植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況，控制噴灑頭的噴灑藥物量，監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)所攜帶的藥物剩余量，確定無(wú)人機(jī)的返航時(shí)間；所述通信模塊將無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)、位置信息、無(wú)人機(jī)所攜帶的藥物剩余量、植物的密度信息以及植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況反饋給地面監(jiān)控站。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明利用三維激光掃描植物獲得植物密度信息以及利用視頻圖像處理模塊獲取植物圖片判斷生長(zhǎng)和蟲害狀況以確定噴灑藥物量，避免了無(wú)人機(jī)藥物噴灑只能憑遠(yuǎn)程操控人員經(jīng)驗(yàn)或以固定藥物量方式噴灑而造成的施藥不足或過(guò)量問(wèn)題，更有利于植物生長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1為無(wú)人機(jī)智能藥物供給噴灑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

請(qǐng)結(jié)合圖1所示，無(wú)人機(jī)智能藥物供給噴灑系統(tǒng)，包括無(wú)人機(jī)機(jī)體和設(shè)置于無(wú)人機(jī)機(jī)體的無(wú)人機(jī)控制模塊1、GPS導(dǎo)航模塊2、藥物噴灑控制模塊3、三維激光處理模塊4、視頻圖像處理模塊5、通信模塊6。

無(wú)人機(jī)控制模塊1控制無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，GPS導(dǎo)航模塊2確定無(wú)人機(jī)的位置信息；三維激光處理模塊4獲取無(wú)人機(jī)下方的植物的密度信息，并反饋給藥物噴灑控制模塊3；視頻圖像處理模塊5獲取無(wú)人機(jī)下方的植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況，并反饋給藥物噴灑控制模塊3；藥物噴灑控制模塊3根據(jù)植物的密度信息以及植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況，控制噴灑頭的噴灑藥物量，監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)所攜帶的藥物剩余量，確定無(wú)人機(jī)的返航時(shí)間；通信模塊6將無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，位置信息，無(wú)人機(jī)所攜帶的藥物剩余量，無(wú)人機(jī)下方植物的密度信息以及植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況反饋給地面監(jiān)控站。

無(wú)人機(jī)返航模式分為人工決策模式和自動(dòng)模式；人工決策模式即地面監(jiān)控站的操作人員可根據(jù)通信模塊6反饋的無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，位置信息，無(wú)人機(jī)所攜帶的藥物剩余量人工決策無(wú)人機(jī)的返航時(shí)間；自動(dòng)模式即無(wú)人機(jī)控制模塊1根據(jù)無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，無(wú)人機(jī)的位置信息和無(wú)人機(jī)所攜帶的藥物剩余量自動(dòng)決策無(wú)人機(jī)的返航時(shí)間；人工決策模式其優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)模式。

無(wú)人機(jī)噴灑模式也分為人工決策模式和自動(dòng)模式；人工決策模式即地面監(jiān)控站的操作人員可根據(jù)通信模塊反饋的無(wú)人機(jī)下方植物的密度信息以及植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況人工決策藥物噴灑量；自動(dòng)模式即無(wú)人機(jī)根據(jù)無(wú)人機(jī)下方植物的密度信息以及植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況自主決策藥物噴灑量。同樣的人工決策模式其優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)模式。

以自動(dòng)模式進(jìn)行無(wú)人機(jī)藥物噴灑方法是這樣的：藥物噴灑供給量按以下公式確定：V＝αV₁+βV₂，其中，其中V₁為植物密度最高時(shí)噴灑藥物量，V₂為植物生長(zhǎng)和蟲害狀況最差時(shí)噴灑藥物量，V為無(wú)人機(jī)的藥物噴灑系統(tǒng)噴灑藥物量。V₁、V₂根據(jù)操作人員的經(jīng)驗(yàn)取經(jīng)驗(yàn)值；第一系數(shù)α根據(jù)植物的密度信息確定，0≤α≤1，第二系數(shù)β根據(jù)植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況確定，0≤β≤1。

通過(guò)以下步驟來(lái)確定植物的密度信息：1、利用三維激光處理模塊4的三位激光掃描，獲取無(wú)人機(jī)下方的場(chǎng)景點(diǎn)云數(shù)據(jù)；2、根據(jù)無(wú)人機(jī)所在高度測(cè)算地面數(shù)據(jù)，將地面數(shù)據(jù)從場(chǎng)景點(diǎn)云數(shù)據(jù)中去除，避免影響無(wú)人機(jī)下方的果樹的密度信息，減少計(jì)算量；3、對(duì)去除地面數(shù)據(jù)的場(chǎng)景點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯濾波，減少系統(tǒng)誤差和三維激光自身的成像誤差引起的噪聲；4、根據(jù)場(chǎng)景點(diǎn)云數(shù)據(jù)的成像區(qū)域向地面投影，成像區(qū)域單位面積中的點(diǎn)云數(shù)量即為植物的密度信息ρ。

密度信息以及α之間對(duì)應(yīng)關(guān)系：

通過(guò)一下步驟來(lái)確定植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況：1、利用視頻圖像處理模塊5的CCD相機(jī)遙感無(wú)人機(jī)下方的植物彩色圖像；2、分別計(jì)算無(wú)人機(jī)下方的植物彩色圖像的顏色直方圖和預(yù)先存儲(chǔ)的植物生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)圖像的顏色直方圖；3、采用Bhattacharyya距離d度量?jī)蓚€(gè)直方圖之間的相似性確定植物的生長(zhǎng)和蟲害狀況。

巴氏距離d與β之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

β＝1-d。