一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药方法及系统

本发明涉及一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药方法及系统，属于植保无人机领域。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，植保无人机已经成为现代农业中的重要工具。然而，植保无人机的效率和精度还需要进一步提高。传统的植保无人机主要通过摄像头等视觉传感器进行作物识别和目标定位。但是，这种方式在一些复杂的场景中往往难以准确地识别作物类型和检测病虫害，受天气、光照等环境因素影响较大；在阴雨天气或者强光照射下，视觉传感器的识别精度可能会受到影响，喷药效果也会受到影响。而雷达作为主动传感器，能够穿透雾霾、降雨等复杂环境，获取目标物体的三维位置和速度等信息，具有不受光线和天气等因素影响的优势。可以在各种环境下进行作业，包括高山、森林等复杂环境，因此适用范围广泛。

2、因此，本发明提出了一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药方法及系统，可高精度获取喷药作物的点云数据，并将所得信息量化，与作业环境的相结合，精准变量喷药。

技术实现思路

1、本
技术实现要素：
通过远程控制装载有北斗接收设备以及inter realsense l515激光雷达相机的植保无人机进行高空作业，对目标当前作物所在场景激光雷达点云，并将数据上传至机载电脑上，根据lego-loam方法生成完整的三维树林点云地图，点云重投影到图像中进行地面分割，将非地面点分割出来，机载电脑把获取的作物冠层体积信息传输至arduino stm32单片机中，arduino stm32单片机根据获取的作物冠层体积信息arduinostm32单片机根据获，电磁阀接收10hz的实时pwm脉宽调制信号控制植保无人机进行实时精准喷药作业，实现高精度喷洒作业，实现绿色农业。

2、为了克服背景技术中存在的问题，为解决上述问题，本发明通过如下技术方案实现：所述方法包括以下步骤实现：

3、通过远程控制植保无人机进行高空作业，对目标当前作物所在场景激光雷达点云，并将数据上传至机载电脑上；

4、根据lego-loam方法生成完整的三维树林点云地图，点云重投影到图像中进行地面分割，将非地面点分割出来；

5、机载电脑把获取的作物冠层体积信息传输至单片机中，获取的作物冠层体积信息，植保无人机接收实时pwm脉宽调制信号控制植保无人机进行实时精准喷药作业。

6、进一步地，采用inter realsense l515激光雷达相机使用lego-loam算法探测植被信息，通过回波信号得出植被的高度、密度、生长状况等信息，并传输到计算中进行计算得到作物的体积。

7、进一步地，所选的用lego-loam算法探测植被信息，接收激光雷达相机的点云数据信息计算出作物冠层体积，点云数据位置信息为：

8、

9、式中，w为激光雷达相机在垂直方向的俯仰角，θ为绕z轴的旋转角度，l为激光雷达扫描的点距。

10、进一步地，pwm脉宽调制模块通过占空比控制喷药量，所述pwm脉宽调制模块获取作物点云信息和作物体积信息判断pwm脉宽调制占空比公式为：

11、

12、式中，a为pwm脉宽调制占空比，vi为点云作物冠层体积，vmax为定义的最大作物体积。

13、再一方面，一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药系统，所述的系统包括：植保无人机、北斗信号接收模块、雷达点云模块、pwm脉宽调制模块和精准喷药模块；所述北斗信号接收模块、雷达点云模块、pwm脉宽调制模块和精准喷药模块均安装在植保无人机上面；所述北斗信号接收模块包括北斗导航通信一体机、无人机遥控器；

14、无人机遥控器通过gsm信号控制无人机的巡航；雷达点云模块包括激光雷达相机、计算机，激光雷达相机和计算机通过电信号链接；

15、pwm脉宽调制模块包括单片机和电磁阀，计算机通过can总线与arduino stm 32单片机相连接，单片机发出信号后通过驱动电路连接电磁阀控制电磁阀的开关闭；

16、精准喷药模块包括隔膜泵、溢流阀、减压阀、水箱和雾化离心喷头，将水路元件隔膜泵、溢流阀、减压阀放置于保护壳内，电磁阀与减压阀和雾化离心喷头连接，溢流阀与水箱相互连接。

17、本发明有益效果：

18、通过lego-loam算法能够建立精准的三维地图，包括地面高度、作物高度和作物点云信息等信息，从而使得植保无人机可以更好地避开障碍物并精准定位该喷药作物体积与位置，计算机把信息通过can总线传输到arduino stm 32单片机中；pwm脉宽调制模块用于根据获取作物冠层体积信息产生相应pwm脉宽调制信号，控制电磁阀开闭时间；通过智能喷药，无人机可以根据作物的生长情况、植株密度和作物类型等信息，精准地喷洒农药和化肥，从而提高喷药效率，避免喷洒无效区域，减少农药使用量，降低对环境的影响。

技术特征：

1.一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药方法，其特征在于：所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药方法，其特征在于：采用激光雷达相机使用lego-loam算法探测植被信息，通过回波信号得出植被的高度、密度、生长状况等信息，并传输到计算中进行计算得到作物的体积。

3.根据权利要求1所述的一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药方法，其特征在于：所选的用lego-loam算法探测植被信息，接收激光雷达相机的点云数据信息计算出作物冠层体积，点云数据位置信息为：

4.根据权利要求1所述的一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药方法及系统，其特征在于：所述pwm脉宽调制信号占空比公式为：

5.一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药系统，其特征在于：所述的系统包括：植保无人机、北斗信号接收模块、雷达点云模块、pwm脉宽调制模块和精准喷药模块；所述北斗信号接收模块、雷达点云模块、pwm脉宽调制模块和精准喷药模块均安装在植保无人机上面；所述北斗信号接收模块包括北斗导航通信一体机、无人机遥控器；

技术总结
本发明公开了一种基于雷达探测信息的植保无人机智能喷药方法及系统，属于无人机植保领域；所述的系统包括：植保无人机、北斗信号接收模块、激光雷达点云模块、PWM脉宽调制模块、精准喷药机构。将雷达相机装载在载有北斗接收设备的植保无人机上，进行高空捕获树冠的详细特征数据，机载电脑把捕获到的冠层信息使用LeGO‑LOAM算法进行构建，传输到单片机中；脉宽调制模块由单片机处理获得得冠层点云数据后生成脉宽调制信号，控制电磁阀的开关闭时间占空比；本发明实现了作物冠层体积的高精度获取，将冠层体积与植保无人机喷药进行结合，提高了喷药量的精确度，可以大量减少农药的施用量，实现绿色低碳发展的现代农业。

技术研发人员：张智泓,曾荣壕,张敬琨,袁烁,杨乐,申思雨,李健剑
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14