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原文传递一种无人机变量精确施药系统及方法

专利名称：	一种无人机变量精确施药系统及方法
摘要：	本发明公开一种无人机变量精确施药系统及方法，包括无人机、树冠检测系统、药液输送系统、控制系统。树冠检测系统由图像采集装置和二维激光测距扫描装置组成。药液输送系统由药箱、水泵、连接管、喷头组成。控制系统由飞行控制模块和施药控制模块组成。变量精确施药系统由树冠检测系统、药液输送系统和控制系统完成。这种变量精确施药方法可以控制无人机悬停在树冠中心正上方，调节无人机相对高度，由施药控制模块控制各水泵流量，多点同时喷洒药剂，从而保证施药的精确性与全面性，有效控制树木病情。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京林业大学
发明人：	孔啸宇;沈邦禹;贾志成;王彬;林曦;黄旭
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910034692.4
公开号：	CN109720578A
代理机构：	南京钟山专利代理有限公司
代理人：	蒋厦
分类号：	B64D1/18(2006.01);B;B64;B64D;B64D1
申请人地址：	210037 江苏省南京市玄武区龙蟠路159号
主权项：	1.一种无人机变量精确施药系统，其特征在于：包括无人机、树冠检测系统、药液输送系统、控制系统；所述树冠检测系统包括二维激光测距扫描装置和图像采集装置；所述的图像采集装置至少包括一套全局图像传感器和一套局部图像传感器；所述药液输送系统包括药箱、水泵、连接管和喷头；其中，所述连接管一端通过水泵连接药箱，另一端连接喷头；所述水泵受控于施药控制模块以控制水泵流量；每一个喷头配置一个水泵和两根连接管，所述药箱安装在无人机下方；所述控制系统包括飞行控制模块和施药控制模块；还包括GPS定位模块、数传系统、电池，以及辅助风扇或旋翼，所述GPS定位模块用于进行无人机定位，所述数传系统提供与地面计算机通信功能；电池安装在无人机机架上，提供无人机变量精确施药系统的动力来源。 2.根据权利要求1所述的无人机变量精确施药系统，其特征在于：所述全局图像传感器及二维激光测距扫描装置固定安装在无人机下方药箱的底部，并与无人机底部中心有一定偏离，将已知偏移量录入施药控制模块，实现无人机悬停于树冠中心正上方；所述局部图像传感器紧邻各喷头安装。 3.根据权利要求1所述的无人机变量精确施药系统，其特征在于：所述的全局图像传感器用于采集树冠的轮廓信息，所述的局部图像传感器用于采集树冠枝叶的密度信息，当因枝叶茂密树木相交影响图像传感器成像质量时，二维激光测距扫描装置辅助局部图像传感器采集树冠枝叶的密度信息。 4.根据权利要求1所述的无人机变量精确施药系统，其特征在于：每一个喷头配置一个旋翼或一个辅助风扇。 5.根据权利要求1所述的无人机变量精确施药系统，其特征在于：所述的喷头由无人机的几何中心至外围划分为喷头组，包括一级喷头、二级喷头和三级喷头；所述一级喷头安装在无人机机身正下方，附着在药箱底端；所述二级喷头安装在无人机的机架下支撑面上，按照圆周阵列安装；所述三级喷头相对于二级喷头按照圆周阵列进行错位安装；根据现场环境和作业时间，施药控制模块自动选择一个或者多个喷头协同工作。 6.根据权利要求5所述的无人机变量精确施药系统，其特征在于：所述的喷头根据树冠的大小、无人机的承载能力和用户需要，扩展至四级或以上的喷头组，形成蛛网式的喷药结构，增大施药覆盖面。 7.根据权利要求1所述的无人机变量精确施药系统，其特征在于：所述喷头选型为离心喷头或圆锥喷头。 8.权利要求1-7任一项所述的无人机变量精确施药系统的施药方法，其特征在于：包括以下步骤： 1)施药准备：在药箱内事先装好药液，待用；对变量精确施药系统进行调试，检测药液输送系统是否存在漏水等问题； 2)无人机自主飞行：在地面站上预先设定自主飞行路线，无人机起飞，根据GPS定位模块提供的定位信息，在无人机飞控模块的控制下，无人机前往树冠上方指定区域和高度待命； 3)树冠检测和无人机调整：图像采集装置下的全局图像传感器采集图像，将图像发送至施药控制模块，改变无人机相对树冠高度，使图像采集装置恰好获得完整树冠轮廓；施药控制模块通过扫描、取样采点、拟合轮廓步骤，获得树冠中心点，控制无人机水平移动，使无人机几何中心位于树冠几何中心正上方；二维激光测距扫描装置获取实时无人机相对树冠高度，由施药控制模块根据树冠轮廓，验算无人机施药面积恰好能够覆盖树冠时要求的高度，保持无人机水平位移量为零，继续改变无人机高度，满足施药要求； 4)精确变量施药：图像采集装置下的局部图像传感器开始采集图像，施药控制模块对图像进行处理以获得树冠枝叶分布情况，当因枝叶茂密树木相交影响图像传感器成像质量时，二维激光测距扫描装置辅助局部图像传感器采集树冠枝叶的密度信息；根据喷头安装位置，划分施药区域工作面，计算各工作面所需的施药剂量和施药时间；各水泵通过改变电流大小，按照施药控制模块预期指定流量大小工作；水泵工作的同时，喷头中的离心转子以固定的转速开始旋转； 5)无人机重复2-4步骤，直至完成所有施药工作； 6)无人机返航：在完成所有施药工作后，无人机按照地面站预先设定的返航路线，返航。 9.根据权利要求8所述的无人机变量精确施药系统的施药方法，其特征在于：步骤4)中，局部图像传感器对树冠施药情况进行图像采集，施药控制模块根据图像对各水泵流量进行微调，以保证施药的有效性。
所属类别：	发明专利