基于无人机的病虫害防治设备.pdf

本发明为了提高无人机在病虫害防治方面的自动化水平，提供了一种基于不需要遥控操作无人机条件下的病虫害防治设备，用于监测待防治区域并在需要时喷洒药剂，包括：机载计算机、遥测装置、视频采集装置以及喷洒装置和通信装置，通信装置获取地面待防治区域附近上传的地理信息，所述基于无人机的病虫害防治设备还包括环境检测装置和声波发射装置，所述机载计算机通过遥测装置检测到的地理信息与通信装置接收到的地理信息的比较，根据环境检测装置检测到的环境参数以及视频采集装置采集到的视频信息控制喷洒装置和声波发射装置的开启和关闭。本发明能够根据实际天气情况确定是否适于进行药剂喷洒，避免了遥控无人机时遇到的技术和操作难题。

权利要求书
1.  一种基于无人机的病虫害防治设备，用于监测待防治区域并在需要时喷 洒药剂，包括：机载计算机、遥测装置、视频采集装置以及喷洒装置和通信装 置，其特征在于，通信装置获取地面待防治区域附近上传的地理信息，所述基 于无人机的病虫害防治设备还包括环境检测装置和声波发射装置，所述机载计 算机通过遥测装置检测到的地理信息与通信装置接收到的地理信息的比较，根 据环境检测装置检测到的环境参数以及视频采集装置采集到的视频信息控制喷 洒装置和声波发射装置的开启和关闭。

2.  根据权利要求1所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在于，所 述环境检测装置包括图像信息传感器、光谱信息传感器、气体挥发物信息传感 器、作物温度信息传感器中的至少一种。

3.  根据权利要求1所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在于，遥 测装置包括GPS单元，用于为遥测装置提供定位信息。

4.  根据权利要求1所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在于，所 述通信装置包括无线数传模块。

5.  根据权利要求2所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在于，所 述环境检测装置还包括大气状况检测装置，用于检测待防治区域上空的天气。

6.  根据权利要求5所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在于，所 述大气状况检测装置包括海拔高度传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传 感器以及光照度传感器。

7.  根据权利要求1所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在于，所 述声波发射装置采用超声波发射装置。

8.  根据权利要求1所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在于，所 述超声波发射装置产生40-50Hz的超声波。

9.  根据权利要求1所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在于，所 述视频采集装置包括红外线视频采集设备。

10.  根据权利要求5或6所述的基于无人机的病虫害防治设备，其特征在 于，当待防治区域上空的天气不符合预定的条件时，机载计算机通过所述通信 单元发出防治失败消息。

说明书基于无人机的病虫害防治设备
技术领域
本发明涉及一种无人机控制技术，更具体地，涉及一种基于无人机的病虫 害防治设备。
背景技术
作物病虫害是我国的主要农业灾害之一，由于防治不力，作物病虫害每年 都给我国的农业生产带来巨大的经济损失。由于绝大多数农民对病虫害的发生 发展规律不了解，不仅难以适时预测病虫害的发生，而且盲目施药，还会影响 作物生长，造成药剂浪费和环境污染。
无人机即无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle)简称UAV。它自20世纪 初诞生以来，至今已有80多年历史。特别是在电子和航空技术飞速发展的推动 下，无人机的发展受到了各国的重视。在军事领域无人机作为侦察机和靶机已 经得到了广泛的应用。近年来无人机在民用领域的应用日益得到重视，相关技 术日渐成熟。民用领域无人机主要以搭载视频传输和数字相机两类设备为主。 视频传输可用于森林防护、空中巡逻、交通监管等监控领域，其突出优点是数 据传输实时高效；数码相机拍摄主要用于城镇、开发区、厂矿、居民小区等小 范围的测绘，其优点是高度低受天气影响小且精度高。此外，在科研领域无人 机作为一种低空探测的平台也被广泛使用。因此，无人机在作物的病虫害防治 方面应用前景广阔。
然而，无人机与人员驾驶型飞行器不同，无法根据实际情况判断病虫害防 治的可行性和喷洒药剂的准确性。而一般情况下，无人机的人为遥控会出现技 术和操作的困难，只有专业人士才能较好地处理。这在成本和实际人力分配上 都不利于无人机的推广应用。
发明内容
本发明为了提高无人机在病虫害防治方面的自动化水平，提供了一种基于 不需要遥控操作无人机条件下的病虫害防治设备，用于监测待防治区域并在需 要时喷洒药剂，包括：机载计算机、遥测装置、视频采集装置以及喷洒装置和 通信装置，通信装置获取地面待防治区域附近上传的地理信息，所述基于无人 机的病虫害防治设备还包括环境检测装置和声波发射装置，所述机载计算机通 过遥测装置检测到的地理信息与通信装置接收到的地理信息的比较，根据环境 检测装置检测到的环境参数以及视频采集装置采集到的视频信息控制喷洒装置 和声波发射装置的开启和关闭。
进一步地，所述环境检测装置包括图像信息传感器、光谱信息传感器、气 体挥发物信息传感器、作物温度信息传感器中的至少一种。
进一步地，遥测装置包括GPS单元，用于为遥测装置提供定位信息。
进一步地，所述通信装置包括无线数传模块。
进一步地，所述环境检测装置还包括大气状况检测装置，用于检测待防治 区域上空的天气。
进一步地，所述大气状况检测装置包括海拔高度传感器、温度传感器、湿 度传感器、雨量传感器以及光照度传感器。
进一步地，所述声波发射装置采用超声波发射装置。
进一步地，所述超声波发射装置产生40-50Hz的超声波。
进一步地，所述视频采集装置包括红外线视频采集设备。
进一步地，当待防治区域上空的天气不符合预定的条件时，机载计算机通 过所述通信单元发出防治失败消息。
本发明的有益效果是：能够根据实际天气情况确定是否适于进行药剂喷洒， 而且便于地面人员通过仅上传相应区域的地理信息而使无人机准确定位，避免 了遥控无人机时遇到的技术和操作难题。
附图说明
图1示出了根据本发明的基于无人机的病虫害防治设备的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，基于不需要遥控操作无人机条件下的病虫害防治设备用于查 找、监测待防治区域并在天气适宜防治时喷洒药剂。该基于无人机的病虫害防 治设备包括：机载计算机、遥测装置、视频采集装置、环境检测装置、声波发 射装置、喷洒装置，以及通信装置。
机载计算机采用基于ARM处理器的嵌入式系统，并设置有USB接口，适于 更新相应的驱动程序或加载更新的系统。通信装置包括SIMCOM公司的SIM900A 无线数传模块。SIM900A是紧凑型、高可靠性的无线模块，适于无人机装载。其 采用SMT封装的双频GSM/GPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器 ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求。SIM900GSM/GPRS使 用工业标准界面，使得具备GSM/GPRS900/1800MHz功能的SIM900A以小尺寸和 低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM900A能满足M2M几乎 所有应用要求，尤其是小巧、紧凑型的设计。其物理尺寸为24mmx24mmx3mm。基 于成熟可靠的技术平台，以及提供从产品定义到设计和生产的服务支持。
SIM900A工作电压是3.1V至4.8V，本实施例中电源模块提供4.2V电源电 压。SIM900A与SIM卡采用标准的SIM卡接口电路：“VSM”为SIM900A输出的 1.8VSIM卡工作电压；“SIM_Data”、“SIM_CLK”和“SIM_RST”分别为“SIM卡 数据”、“SIM卡时钟”和“SIM卡复位”。
SIM900A外部还接有“启动按键”和“复位按键”，这2个按键均是低电平 有效；启动SIM900A时，需要常按启动按键1S时间以上；“网络指示灯”可以 表示当前的网络状态，同样也是低电平有效。
通信装置通过无线通信的方式获得待防治区域附近的地面人员发来的关于 该待防治区域的四周的地理位置。这可以通过地面人员当时或预先通过手持GPS 设备采集待防治区域的边界的GPS坐标，例如，矩形区域的四个边的各个边长 上的若干点的地理坐标。所述机载计算机将接收到的这些地理坐标进行几何分 析，得到封闭区域。
遥测装置包括GPS单元，用于为遥测装置提供定位信息。不采用其自身一 般标配的GPR，这是为了节省无人机成本。
在无人机飞行过程中，遥测装置的GPS采集实时的地理坐标，并与上述机 载计算机得到的封闭区域进行比较：当落入该区域内或其边界时，机载计算机 控制环境检测装置和视频采集装置开启。
环境检测装置包括图像信息传感器、光谱信息传感器、气体挥发物信息传 感器、作物温度信息传感器中的至少一种。环境检测装置通过上述一个或多个 传感器实时检测地面待防治区域的病虫害信息，将这些传感器检测到的值与预 设的值进行比较，从而根据比较时超出预设的值的程度，为喷洒装置提供喷洒 药剂的量和声波发射装置发射声波的时间的多少的参考。
环境检测装置还包括大气状况检测装置，用于检测待防治区域上空的天气。 该大气状况检测装置包括海拔高度传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传 感器以及光照度传感器。通过这些传感器的信息采集，机载计算机确定此时的 天气是否适于喷洒药剂。例如，当判断出此时的天气为雨雪或风力在4级以上 的大风天气，则机载计算机通过所述通信单元发出防治失败消息，无人机返航。 如果适宜，则机载计算机允许药剂的喷洒。
所述视频采集装置包括红外线视频采集设备，该设备采集到地面待防治区 域的动物红外图像，并进行图像分析。例如，当病虫害较严重时，得到的红外 图像中温度分布与自然状态下的作物红外分布不同，当机载计算机判断这些分 布的熵与预定的值进行比较时，根据比较的结果控制喷洒装置喷洒药剂的量和 声波发射装置发射声波的时间。
优选地，所述声波发射装置采用超声波发射装置，且该超声波发射装置产 生40-50Hz的超声波。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员 应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。