本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種農(nóng)業(yè)施藥作業(yè)裝置，尤其涉及一種果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，包括系統(tǒng)搭載平臺(tái)、定位識(shí)別子系統(tǒng)、對(duì)靶施藥子系統(tǒng)和分布地圖生成子系統(tǒng)。根據(jù)果樹根蘗的生長(zhǎng)特點(diǎn)，采用龍門架式移動(dòng)平臺(tái)，將掃描式激光測(cè)距儀、機(jī)器視覺和GPS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹根蘗的快速、有效定位和識(shí)別，從而控制多噴頭施藥系統(tǒng)完成對(duì)靶施藥作業(yè)，同時(shí)生成果樹、根蘗及其施藥量分布地圖，實(shí)現(xiàn)針對(duì)果樹根蘗的精準(zhǔn)對(duì)靶施藥，能有效降低農(nóng)藥使用量，提高藥液利用率，降低環(huán)境污染，還為未來果園數(shù)字化管理提供了科學(xué)手段。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種農(nóng)業(yè)施藥作業(yè)裝置，尤其涉及一種果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置。
技術(shù)介紹
果樹根蘗是從果樹根部滋生的不能結(jié)果的嫩枝、藤蔓或枝條，一般從果樹樹干根部的潛伏芽發(fā)出，會(huì)將植株的一部分重要營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化為無用生長(zhǎng)。為保證果樹有用生長(zhǎng)獲得足夠營(yíng)養(yǎng)，并且避免影響其它果園作業(yè)，出去根蘗是十分必要的。在果樹整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)里，根蘗會(huì)不斷滋生，因此還要求多次清除根蘗。傳統(tǒng)根蘗去除方法是人工去除，利用小刀等鋒利工具將根蘗從樹干上整枝清除。此方法雖然可完全去除根蘗，且不對(duì)樹體造成任何損傷，但是比較耗時(shí)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高，無法滿足規(guī)模化生產(chǎn)的需要；另一種方法是機(jī)械去除，比人工方式效率高，但由于采用旋轉(zhuǎn)頭上安裝類似于鞭子的工具來刮除根蘗，對(duì)年幼的植株損傷很大，會(huì)把樹干上的樹皮 刮掉，甚至將細(xì)小的樹干打斷。另外，部分根蘗無法完全去除，會(huì)有斷根殘留在樹桿根部，根蘗還會(huì)從斷根處繼續(xù)生長(zhǎng)出來。目前，利用化學(xué)藥劑控制根蘗已成為一種有效手段，并逐步替代人工和機(jī)械方法，通常采用帶狀施藥方式在樹干根部持續(xù)噴灑化學(xué)藥劑。由于根蘗只能從果樹根部發(fā)出，在植株間不會(huì)出現(xiàn)，且每個(gè)植株滋生根蘗的數(shù)量和大小各不相同，利用上述方法噴施藥劑會(huì)導(dǎo)致植株間空檔過度施藥、成本增加、污染環(huán)境。采用精準(zhǔn)對(duì)靶施藥技術(shù)，根據(jù)單棵植株根蘗生長(zhǎng)的具體情況(大小和位置)來決定施藥時(shí)機(jī)和施藥量，不僅可減小農(nóng)藥使用量、降低環(huán)境污染，還可解放勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)效率。目前，針對(duì)農(nóng)田雜草的精準(zhǔn)施藥技術(shù)相關(guān)研究很多，但果樹根蘗并不是田間雜草，而是果樹樹干的雜枝，其從生長(zhǎng)特性、形態(tài)和分布都與雜草截然不同，對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)靶施藥的技術(shù)要求也不同。因此，需要對(duì)果樹根蘗定位識(shí)別技術(shù)和對(duì)靶施藥技術(shù)進(jìn)行專門性的研究。此外，為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)經(jīng)濟(jì)林的經(jīng)營(yíng)模式正朝著規(guī)模化、系統(tǒng)化、數(shù)字化方向發(fā)展。在這種經(jīng)營(yíng)模式下，果農(nóng)需要獲得準(zhǔn)確的多樣性果樹生長(zhǎng)信息，如實(shí)際生長(zhǎng)位置、樹干尺寸、滋生根蘗的大小和位置以及在一個(gè)生長(zhǎng)季里反復(fù)滋生根蘗的次數(shù)等，據(jù)此得到果樹根蘗的分布規(guī)律并制定合理的果園作業(yè)計(jì)劃，如施藥去除根蘗等。以往果農(nóng)利用人工方式獲取此類信息，該方式勞動(dòng)量大、效率極其低下，信息準(zhǔn)確度不高，甚至一些果農(nóng)因此而放棄獲取這些信息，從而導(dǎo)致我國(guó)經(jīng)濟(jì)林規(guī)模化發(fā)展緩慢。目前，不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究人員利用機(jī)載測(cè)繪系統(tǒng)來繪制農(nóng)林信息地圖，該方法效率高，適合大面積的林區(qū)和農(nóng)田，但測(cè)量精度不高，且無法得到較細(xì)節(jié)的信息(如果樹根蘗的生長(zhǎng)大小和位置等)。因此，開發(fā)適合經(jīng)濟(jì)林作業(yè)的地面車載測(cè)繪系統(tǒng)，可有效、準(zhǔn)確地獲得上述果樹的多樣性生長(zhǎng)信息，有助于果農(nóng)安排合理科學(xué)的果園作業(yè)，還為未來果園數(shù)字化管理提供了科學(xué)技術(shù)手段。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種具有較高自動(dòng)化水平的果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，尤其用于實(shí)時(shí)獲取果樹、根蘗及其施藥量分布信息，并創(chuàng)建相應(yīng)的分布地圖，為未來果園數(shù)字化管理提供技術(shù)手段。本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案是提出一種果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，其包括系統(tǒng)搭載平臺(tái)包括龍門架平臺(tái)和移動(dòng)車載平臺(tái)，龍門架平臺(tái)裝有左右兩個(gè)龍門架；定位識(shí)別子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹及其根蘗進(jìn)行定位和識(shí)別，包括中央計(jì)算單元、GPS天線、掃描式激光測(cè)距儀和CXD彩色攝像頭，掃描式激光測(cè)距儀用以定位和識(shí)別樹干，并獲得圖像深度信息；CCD彩色攝像頭在軟件觸發(fā)的方式下采集根蘗圖像；GPS天線實(shí)時(shí)獲得初始系統(tǒng)時(shí)間、經(jīng)緯度信息、移動(dòng)速度和航向角；中央計(jì)算單元同時(shí)采集掃描式激光測(cè)距儀、CCD彩色攝像頭和GPS天線的數(shù)據(jù)信息，通過相應(yīng)算法和控制策略對(duì)果樹及其根蘗進(jìn)行定位和識(shí)別，并控制對(duì)靶施藥子系統(tǒng)動(dòng)作；對(duì)靶施藥子系統(tǒng)由多路閥控制器、高速電磁閥、噴頭、藥箱、隔膜泵和泵調(diào)節(jié)器組成； 分布地圖生成子系統(tǒng)在施藥作業(yè)過程中，根據(jù)GPS定位信息、掃描式激光測(cè)距儀與GPS天線的相對(duì)位置關(guān)系以及根蘗與對(duì)應(yīng)樹干中心位置的相對(duì)位置，將果樹樹干、根蘗的定位信息以及對(duì)應(yīng)的施藥量同步存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；對(duì)靶施藥作業(yè)完成后，最終生成實(shí)際的果樹樹干、根蘗以及施藥量分布地圖；此外，本專利技術(shù)還提出了應(yīng)用上述精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置進(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)靶施藥和生成果樹、根蘗及其施藥量分布地圖的方法。本專利技術(shù)的有益效果為根據(jù)果樹根蘗的生長(zhǎng)特點(diǎn)，采用龍門架式移動(dòng)平臺(tái)，將掃描式激光測(cè)距儀、機(jī)器視覺和GPS定位系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹根蘗的快速、有效定位和識(shí)另O，從而控制多噴頭施藥系統(tǒng)完成對(duì)靶施藥作業(yè)，并同步獲取果樹、根蘗及其施藥量的分布信息，創(chuàng)建果樹、根蘗及其施藥量分布地圖，實(shí)現(xiàn)針對(duì)果樹根蘗的精準(zhǔn)對(duì)靶施藥，能有效降低農(nóng)藥使用量，提高藥液利用率，降低環(huán)境污染，解放勞動(dòng)力，還為未來果園數(shù)字化管理提供了科學(xué)技術(shù)手段。附圖說明下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I (a)和圖I (b)分別為本專利技術(shù)果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥系統(tǒng)的整體布局正視圖和側(cè)視圖；圖2為本專利技術(shù)的一側(cè)龍門架沿A-A方向的局部俯視圖；圖3為本專利技術(shù)的電控箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖4為本專利技術(shù)的果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥方法流程圖；圖5為本專利技術(shù)的果樹、根蘗及施藥量分布地圖生成方法流程圖。附圖標(biāo)記I-龍門架平臺(tái)；2_龍門架；3-支架；4_背景白板；5_電控箱；6_掃描式激光測(cè)距儀；7-CCD彩色攝像頭；8_噴頭；9-GPS天線；10_移動(dòng)車載平臺(tái)；11_中央計(jì)算單元；12_果樹；13_根蘗；14_液晶觸摸屏；15_泵調(diào)節(jié)器；16_隔膜泵；17_藥箱；18_USB轉(zhuǎn)CAN總線；19-USB接口 ；20-RS232串口 ；21_千兆以太網(wǎng)；22_施藥方向;23_中心線；24_正中線。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)的果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，其較佳的具體實(shí)施方式如圖I至圖5所示如圖I和圖2所示，本專利技術(shù)的果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置的系統(tǒng)搭載平臺(tái)為一個(gè)龍門架平臺(tái)1，其共有左右兩個(gè)龍門架2，在施藥作業(yè)過程中，果樹12可從龍門架2中間穿過，操作人員可以根據(jù)果樹行位置，通過龍門架平臺(tái)I上的液壓系統(tǒng)來調(diào)節(jié)龍門架2的平移位置，以保持果樹從龍門架2正中間穿過。龍門架平臺(tái)I通過三點(diǎn)懸掛安裝在移動(dòng)車載平臺(tái)10前部，移動(dòng)車載平臺(tái)10為可在果樹行間行走的輪式拖拉機(jī)。本專利技術(shù)中，龍門架平臺(tái)I的兩個(gè)龍門架2上均設(shè)置有掃描式激光測(cè)距儀6、CXD(電荷耦合器件)彩色攝像頭7和噴頭8，兩個(gè)龍門架2上述部件的布局以車載平臺(tái)10的中心線23左右對(duì)稱。以圖1(a)中右側(cè)龍門架為例具體說明掃描式激光測(cè)距儀6、CCD彩色攝像 頭7和噴頭8的布局方式龍門架2靠近移動(dòng)車載平臺(tái)10的一側(cè)距離地面60cm處水平安裝了一臺(tái)掃描式激光測(cè)距儀6，面對(duì)果樹作物行，水平二維掃描果樹12的樹干，掃描角度分辨率為O. 36°，掃描區(qū)域設(shè)置成100°。掃描式激光測(cè)距儀6與中央計(jì)算單元11通過USB接口 19進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊(圖1(b));本專利技術(shù)中，采用一臺(tái)CXD彩色攝像頭7來采集根蘗13的圖像，其在龍門架2上的安裝位置在掃描式激光測(cè)距儀6同側(cè)垂直正下方18cm處，CXD彩色攝像頭7的分辨率為1280X960，幀速率為32.8 fps，安裝的鏡頭為3. 5mm鏡頭，場(chǎng)景的縱向與橫向角度分別為52.7°和66. 9°，成像模式設(shè)置為軟件觸發(fā)模式，其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置。C⑶彩色攝像頭7與中央計(jì)算單元11組成圖像采集和處理系統(tǒng)，相互之間通過千兆以太網(wǎng)21進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；本專利技術(shù)中，在龍門本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，其特征在于：包括：系統(tǒng)搭載平臺(tái)：包括龍門架平臺(tái)和移動(dòng)車載平臺(tái)，龍門架平臺(tái)裝有左右兩個(gè)龍門架；定位識(shí)別子系統(tǒng)：用于實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹及其根蘗進(jìn)行定位和識(shí)別，包括中央計(jì)算單元、GPS天線、掃描式激光測(cè)距儀和CCD彩色攝像頭，掃描式激光測(cè)距儀用以定位和識(shí)別樹干，并獲得圖像深度信息；CCD彩色攝像頭在軟件觸發(fā)的方式下采集根蘗圖像；GPS天線實(shí)時(shí)獲得初始系統(tǒng)時(shí)間、經(jīng)緯度信息、移動(dòng)速度和航向角；中央計(jì)算單元同時(shí)采集掃描式激光測(cè)距儀、CCD彩色攝像頭和GPS天線的數(shù)據(jù)信息，通過相應(yīng)算法和控制策略對(duì)果樹及其根蘗進(jìn)行定位和識(shí)別，并控制對(duì)靶施藥子系統(tǒng)動(dòng)作；對(duì)靶施藥子系統(tǒng)：由多路閥控制器、高速電磁閥、噴頭、藥箱、隔膜泵和泵調(diào)節(jié)器組成；分布地圖生成子系統(tǒng)：在施藥作業(yè)過程中，根據(jù)GPS定位信息、掃描式激光測(cè)距儀與GPS天線的相對(duì)位置關(guān)系以及根蘗與對(duì)應(yīng)樹干中心位置的相對(duì)位置，將果樹樹干、根蘗的實(shí)際定位信息以及對(duì)應(yīng)的施藥量同步存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；對(duì)靶施藥作業(yè)完成后，最終生成實(shí)際的果樹樹干、根蘗以及施藥量分布地圖。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，其特征在于包括 系統(tǒng)搭載平臺(tái)包括龍門架平臺(tái)和移動(dòng)車載平臺(tái)，龍門架平臺(tái)裝有左右兩個(gè)龍門架； 定位識(shí)別子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹及其根蘗進(jìn)行定位和識(shí)別，包括中央計(jì)算單元、GPS天線、掃描式激光測(cè)距儀和CCD彩色攝像頭，掃描式激光測(cè)距儀用以定位和識(shí)別樹干，并獲得圖像深度信息；CCD彩色攝像頭在軟件觸發(fā)的方式下采集根蘗圖像；GPS天線實(shí)時(shí)獲得初始系統(tǒng)時(shí)間、經(jīng)緯度信息、移動(dòng)速度和航向角；中央計(jì)算單元同時(shí)采集掃描式激光測(cè)距儀、CCD彩色攝像頭和GPS天線的數(shù)據(jù)信息，通過相應(yīng)算法和控制策略對(duì)果樹及其根蘗進(jìn)行定位和識(shí)別，并控制對(duì)靶施藥子系統(tǒng)動(dòng)作； 對(duì)靶施藥子系統(tǒng)由多路閥控制器、高速電磁閥、噴頭、藥箱、隔膜泵和泵調(diào)節(jié)器組成； 分布地圖生成子系統(tǒng)在施藥作業(yè)過程中，根據(jù)GPS定位信息、掃描式激光測(cè)距儀與GPS天線的相對(duì)位置關(guān)系以及根蘗與對(duì)應(yīng)樹干中心位置的相對(duì)位置，將果樹樹干、根蘗的實(shí)際定位信息以及對(duì)應(yīng)的施藥量同步存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；對(duì)靶施藥作業(yè)完成后，最終生成實(shí)際的果樹樹干、根蘗以及施藥量分布地圖。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，其特征在于中央計(jì)算單元與多路閥控制器通過USB轉(zhuǎn)CAN總線進(jìn)行通訊；兩個(gè)掃描式激光測(cè)距儀的USB接口通過一個(gè)USB集線器匯總后與中央計(jì)算單元相連；兩個(gè)CXD彩色攝像頭通過千兆以太網(wǎng)與中央計(jì)算單元通訊；GPS天線通過RS232串口與中央計(jì)算單元通訊；中央計(jì)算單元外接一個(gè)液晶觸摸屏，通過USB進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，其特征在于多路閥控制器、USB集線器、繼電器和保險(xiǎn)絲組都安裝在防水的電控箱內(nèi)；移動(dòng)車載平臺(tái)上的12V DC車載蓄電池經(jīng)過保險(xiǎn)絲組分別給多路閥控制器、掃描式激光測(cè)距儀、CCD彩色攝像頭、GPS天線和高速電磁閥供電；與電控箱連接的所有接頭均為防水接頭。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置，其特征在于左右兩個(gè)龍門架上的掃描式激光測(cè)距儀、CCD彩色攝像頭與噴頭的布局以移動(dòng)車載平臺(tái)的中心線左右對(duì)稱。5.一種應(yīng)用權(quán)利要求I所述的果樹根蘗精準(zhǔn)對(duì)靶施藥裝置進(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)靶施藥的方法，其特征在于 (1)掃描式激光測(cè)距儀完成一次掃描后，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，確定所得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)中哪些是屬于同...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：康峰，李文彬，鄭永軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京林業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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