一种农药喷洒智能农机作业方法及作业系统
技术领域
[0001] 本
发明属于农业技术领域，尤其涉及一种农药喷洒智能农机作业方法及作业系统。
背景技术
[0002] 目前，最接近的
现有技术：随着中国社会城市化
进程的加快，农村劳动
力人口锐减，农田的集约化程度逐步提高，利用农事工具进行传统的人工劳动己经不能满足当前农业生产的需求。目前，越来越多的研究机构和企业针对大面积田
块作业的农用机器进行研究和开发，
播种机、收割机等大型
农业机器己经得到广泛应用。与此同时，针对大型农业机器的田间自动导航、路径规划以及精细作业也成为热
门的研究课题，智能化已成为当前
农业机械的发展方向。然而在大面积田块中
施肥、
病虫害防治、
杂草清除和田间信息获取等方面，可以大范围应用的技术尚未出现。虽然现有技术中出现了施肥
机器人，除草机器人等等，但成本高，动辄十几甚至几十万。
[0003] 在上述方面，对于我国而言，急需解决的问题无疑是病虫害防治。在农业生产过程中，
农作物容易受到病虫害的侵扰，农药喷洒是病虫害防治的必要手段。现有的农药喷洒方法是通过人工进行喷洒，但这种方式人力消耗大，喷洒不均匀，且工作人员容易受到农药污染。我国拥有18亿亩基本农田，每年农药中毒人数约有10万之众，因此，研发智能农药喷洒装备是一个亟待解决的问题，不仅具有很大的经济价值，还具有社会价值。
[0004] 综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有智能化的农机设备成本高，且无法实现农药智能喷洒；
[0005] (2)现有农药喷洒方法主要依靠人工，人力消耗大，喷洒不均匀，且工作人员容易受到农药污染。
发明内容
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种农药喷洒智能农机作业方法及作业系统。
[0007] 本发明是这样实现的，一种农药喷洒智能农机作业方法，所述农药喷洒智能农机作业方法包括：
[0008] 步骤一，进行用户身份验证，选择工作模式；通过在系统中的地图上进行或根据用户输入的坐标进行农机作业路径；
[0009] 步骤二，通过通用智能
节点采集田间信息并进行处理；通过建立作物病虫危害程度模型，自动判别作物生长状态；
[0010] 步骤三，根据作物生长状态，通过
机器视觉和优化
算法进行合理精准施药；
[0011] 步骤四，实时采集农机行驶速度、农药喷洒量、农机
定位相关信息，实时监测智能农机状态；
[0012] 步骤五，进行智能农机的故障诊断；进行智能农机的寿命监管。
[0013] 进一步，所述农药喷洒智能农机作业方法还包括：在智能农机作业过程中，自动存储农机行驶状态、导航定位以及车型参数相关数据；同时进行农机任务路径、农机
位置、速度、行驶方向、农机型号、结构参数的管理；根据农机当前与存储的数据显示用户要求的行驶状态、位置、车型参数及其他相关信息。
[0014] 本发明的另一目的在于提供一种实施所述农药喷洒智能农机作业方法的农药喷洒智能农机作业系统，所述农药喷洒智能农机作业系统包括：
[0015] 身份验证模块：用于进行用户身份验证；
[0016] 模式选择模块：用于进行自动驾驶系统的工作模式选择；
[0017] 任务路径管理模块：用于通过不同的方式设定农机作业的路径；
[0018] 田间采集模块：用于通过通用智能节点采集田间信息并进行处理；
[0019] 田间计算模块：用于通过建立作物病虫危害程度模型，自动判别作物生长状态；
[0020] 农药喷洒控
制模块：用于根据作物生长状态，通过机器视觉和
优化算法进行合理精准施药；
[0021] 实时状态监测模块：用于实时采集农机行驶速度、农药喷洒量、农机定位相关信息，实时监测智能农机状态；
[0022] 故障诊断模块：用于进行智能农机的故障诊断；
[0023] 寿命监管模块：用于进行智能农机的寿命监管；
[0024] 农机管理
数据库：用于存储农机行驶状态、导航定位以及车型参数相关数据；
[0025] 管理
控制模块：用于进行农机任务路径、农机位置、速度、行驶方向、农机型号、结构参数的管理；
[0026] 通信模块：用于与农机上的
传感器、导航接受机、车载控制系统的通信与GPRS通信；
[0027] 显示模块：用于根据农机当前与存储的数据显示用户要求的行驶状态、位置、车型参数及其他相关信息。
[0028] 综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明能够实现农机高
精度的精准控制和自动化操作；建立了农机精细作业和多机协同作业模式，实现农机装备升级换代，促进农业装备的智能化和一体化；建设了基于
大数据的农机装备智能化管理系统及信息平台，实现农机装备的实时状态监测、故障诊断、全寿命监管，提升装备作业效率，延长装备使用周期，实现对农业机械设备的高效、节能、安全、环保的“管、控、营”一体化。
[0029] 本发明集信息技术、分布式控制技术、CAN总线技术、GPS/GIS技术等于一体，能够控制农机精确地沿着规划好的作业路径行驶，使农机手摆脱长时间疲劳驾驶之苦，提高田间作业
质量和效率。
[0030] 本发明可以极大地提高农药喷洒的作业效率，用极少的人力劳动就可以完成大面积的农田
覆盖，解放劳动力，避免农药喷洒过程中对人员生命安全的威胁；同时能够实现精细喷药作业，节约农业投入成本，最终增加农民的经济效益。
[0031] 本发明能够解决农药喷洒过程中对人体伤害和环境污染。并根据作物生长状态，通过机器视觉和优化算法实现合理精准施药。本发明提出一种可自动识别农田环境状态，进行农药喷洒行进过程中的档位自动手动遥控变换操作的控制系统，有效提升无人驾驶的安全性及可靠性。
[0032] 本发明通过建立作物病虫危害程度模型，自动判别作物生长状态，根据实际情况调节施药量。有效节省了农药用量，减少了环境污染和农药残留。
[0033] 本发明能够为喷药农机设定作业任务，管理和监控农机的行驶状态、导航定位、车型参数等相关信息，实现农机的智能管理。
附图说明
[0034] 图1是本发明
实施例提供的农药喷洒智能农机作业方法
流程图。
[0035] 图2是本发明实施例提供的农药喷洒智能农机作业系统结构示意图。
[0036] 图中：1、身份验证模块；2、模式选择模块；3、任务路径管理模块；4、田间采集模块；5、田间计算模块；6、农药喷洒控制模块；7、实时状态监测模块；8、故障诊断模块；9、寿命监管模块；10、农机管理数据库；11、管理控制模块；12、通信模块；13、显示模块。
[0037] 图3是本发明实施例提供的农药喷洒智能农机样机示意图。
具体实施方式
[0038] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0039] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种农药喷洒智能农机作业方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0040] 如图1所示，本发明实施例提供的农药喷洒智能农机作业方法包括：
[0041] S101，进行用户身份验证，选择工作模式；通过在系统中的地图上进行或根据用户输入的坐标进行农机作业路径。
[0042] S102，通过通用智能节点采集田间信息并进行处理；通过建立作物病虫危害程度模型，自动判别作物生长状态。
[0043] S103，根据作物生长状态，通过机器视觉和优化算法进行合理精准施药。
[0044] S104，实时采集农机行驶速度、农药喷洒量、农机定位相关信息，实时监测智能农机状态。
[0045] S105，进行智能农机的故障诊断；进行智能农机的寿命监管。
[0046] 本发明实施例提供的农药喷洒智能农机作业方法还包括：
[0047] 在智能农机作业过程中，自动存储农机行驶状态、导航定位以及车型参数相关数据；同时进行农机任务路径、农机位置、速度、行驶方向、农机型号、结构参数的管理；根据农机当前与存储的数据显示用户要求的行驶状态、位置、车型参数及其他相关信息。
[0048] 如图2所示，本发明实施例提供的农药喷洒智能农机作业系统包括：
[0049] 身份验证模块1：用于进行用户身份验证。
[0050] 模式选择模块2：用于进行自动驾驶系统的工作模式选择。
[0051] 任务路径管理模块3：用于通过不同的方式设定农机作业的路径。
[0052] 田间采集模块4：用于通过通用智能节点采集田间信息并进行处理。
[0053] 田间计算模块5：用于通过建立作物病虫危害程度模型，自动判别作物生长状态。
[0054] 农药喷洒控制模块6：用于根据作物生长状态，通过机器视觉和优化算法进行合理精准施药。
[0055] 实时状态监测模块7：用于实时采集农机行驶速度、农药喷洒量、农机定位相关信息，实时监测智能农机状态。
[0056] 故障诊断模块8：用于进行智能农机的故障诊断。
[0057] 寿命监管模块9：用于进行智能农机的寿命监管。
[0058] 农机管理数据库10：用于存储农机行驶状态、导航定位以及车型参数相关数据。
[0059] 管理控制模块11：用于进行农机任务路径、农机位置、速度、行驶方向、农机型号、结构参数的管理。
[0060] 通信模块12：用于与农机上的传感器、导航接受机、车载控制系统的通信与GPRS通信。
[0061] 显示模块13：用于根据农机当前与存储的数据显示用户要求的行驶状态、位置、车型参数及其他相关信息。
[0062] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案与技术效果做进一步说明。
[0063] 实施例1：
[0064] 智能农机系统的组成结构复杂，需要机械、
流体、
电子信息和控制工程等多个学科领域的交叉融合。因此开展智能农机系统平台详细设计之前首先需要确定其系统方案，将其分解为若干子系统，以便整合各功能模块之间的逻辑关系，为控制系统提供清晰的设计思路。
[0065] 本发明的智能农机系统是针对田间农药喷洒，能够实现自主行驶、定位导航、路径规划等功能的智能农机系统平台。研制的智能农机能将田间信息采集并处理，生成电子地图，并规划最优行驶路径，按照规划好的路径自主行驶。同时需要采集农机行驶速度、农药喷洒量、农机定位等信息，同时能够对智能农机行驶状态进行人为远程干预，确保智能农机的
稳定性与安全性。具体指标求如下：
[0066] (1)结构形式：无人驾驶智能农药喷洒。
[0067] (2)GNSS接收
频率：北斗B1、B2、B3；GPS L1、L2；GLONASS L1、L2。
[0068] (3)GNSS启动时间：20sec。
[0069] (4)GNSS更新率：1-10Hz。
[0070] (5)系统整体识别和规划时间200ms。
[0071] (6)5km/h时速下达到2cm内的高精度路径
跟踪。
[0072] (7)农作物病虫害识别率达到90％以上。
[0073] (8)药箱容积3000L。
[0074] (9)转向方式：液压转向。
[0075] (10)
喷杆展开长度18000mm。
[0076] (11)驱动方式：四轮液压驱动。
[0077] (12)喷头数量49个。
[0078] (13)离地间隙1100mm。
[0081] (16)外形尺寸长*宽*高6210*3250*3010。
[0082] 在充分参考国内外先进智能农机设计理念的
基础上，自主设计了第一代智能农机样机，该智能农机平台包括自动驾驶与管理系统、农机管理系统、农机自动驾驶系统、移动互联通信和其它辅助构件。
[0083] 在此基础上设计并研制了智能农机样机，如图3所示。
[0084] 2、农机管理系统
[0085] 基于C++编程的上位机使用户能够为喷药农机设定作业任务，管理和监控农机的行驶状态、导航定位、车型参数等相关信息，实现农机的智能管理。
[0086] 农机管理系统为用户提供的功能具体包括：
[0087] 1)农机任务路径的设定、显示与管理。
[0088] 2)农机位置、速度、行驶方向等信息的获取、显示与管理。
[0089] 3)与农机上的传感器、导航接受机、车载控制系统的通信与GPRS通信。
[0090] 4)农机型号、结构参数的显示与管理。
[0091] 为实现以上的功能，智能农机管理系统包含了主界面、路径管理、通信管理、农机监控等功能模块，各功能模块的作用与设计如下：
[0092] 1)系统主界面：主界面提供了用户的身份验证功能，使用户可以选择需要执行的功能，并可以选择自动驾驶系统的工作模式。
[0093] 2)任务路径管理：用户可以通过不同的方式设定农机作业的路径，设定可以在系统中的地图上进行，也可以根据用户输入的坐标完成。农机自动驾驶与管理系统中加入了地图显示功能，可以获取和显示农田的地理位置与范围信息。
[0094] 3)农机监控与数据管理：系统获得的农机行驶状态、导航定位以及车型参数等数据可以保存在系统的农机管理数据库中。执行农机监控与数据管理功能时，系统会根据农机当前与存储的数据显示用户要求的行驶状态、位置、车型参数等信息。
[0095] 在上述实施例中，可以全部或部分地通过
软件、
硬件、
固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以
计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、
计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个
网站站点、计算机、
服务器或
数据中心通过有线(例如同轴
电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、
微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是
磁性介质，(例如，
软盘、
硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者
半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
[0096] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
