[發明專利]一種基于光譜識別的對靶噴霧施藥機

有效

• 申請號: 201410212740.1
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN103988826A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 儲金宇;杜彥生;張九如;張波;吳春篤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: A01M7/00
• 分類號: A01M7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種采用光譜識別技術對目標植株進行精確對靶施藥的機具，特別涉及一種基于光譜識別的對靶噴霧施藥機，屬于植保機具領域。

背景技術

長期以來，我國農藥的使用水平較低（有效利用率只有30%左右），不僅浪費了大量的農藥，而且對生態環境造成了嚴重的污染。精準式噴灑技術就是現代農業新技術之一，早在20世紀90年代，國外就已經開展了實時識別精確對靶噴施的研究。精準式噴灑技術的核心是獲取農田小區域內病蟲草害的差異性信息，采取變量施藥技術，按需施藥。因此要實現精準式噴灑，首先就必須對噴施對象進行準確的識別，形成對靶噴霧。

為了實現對靶施藥，國內外的科研人員進行了大量研究。目前主要的靶標識別的技術有：傳感器識別法、遙感識別法、基于機器視覺識別方法。其中，傳感器識別主要采用光電探測技術、超聲波探測技術、微波探測技術等簡單的將各種地表植物進行探測，并不能將農作物與雜草進行精確區分。而遙感識別法由于遙感圖像的空間和光譜分辨率低，遙感圖像只適合于大尺寸和高密度的雜草識別，對小尺寸和低密度的雜草識別效果較差，無法滿足離散式精準農業的要求。基于機器視覺識別方法主要包括計算機圖像識別方法和光譜分析識別方法。計算機圖像識別方法是利用計算機視覺處理技術來實現的，通過相機抓捕田間圖像，分析和處理圖像中所包含的顏色、紋理、幾何等一系列特征，進行自動識別。由于該技術需要采集的信息量較大，不但需要作物、雜草等綠色植物的信息，還需要地面、植物陰影等的信息，信息的處理與識別過程耗時較長，目前該技術每幀圖像信息處理時間大約為0.1-0.6s，在圖像比較復雜時，其處理速度還不能滿足實時控制的要求。在我國農田雜草大概有1500多種，其中常見雜草有364種，惡性雜草有38種。對于光電探測對靶技術、超聲波探測對靶技術、微波探測對靶技術等，在田間對靶施藥過程中，田間的雜草容易使得對靶系統產生誤判，從而影響了對靶效率，造成了農業的損失和浪費。

光譜分析識別方法是基于待測物體發射、反射或透射輻射的光譜信息對物體進行識別。其原理是在可見光(400-700nm波段)或近紅外光(700-2500nm波段)的照射下，雜草與土壤以及雜草與作物的光譜反射率存在著差異。在可見光波段，植物的葉綠素會吸收大部分的紅色光，葉綠素濃度的變化會影響反射率。在近紅外波段，雜草與作物葉片組織結構的不同會導致其吸收、反射和透射入射光線能力的不同，根據反射率的不同就可區分雜草和作物。與利用圖像處理的識別方法相比，基于光譜分析技術的識別方法處理過程相對簡單，準確率高，速度快，在實時性方面具有明顯的優勢。

光譜分析識別方法受到了科研工作者的廣泛的關注。目前國內外對光譜分析識別方法的研究還大都停留實驗室研究。

發明內容

針對現有精確對靶噴霧技術存在的問題，本發明采用光譜分析識別技術，通過光譜儀分析在近紅外波段目標區域的反射情況，進行區分雜草和作物，從而實現精確對靶噴霧，據此開發一種基于光譜識別的精確對靶噴霧施藥機。

本發明采用的技術方案是：

本發明提供一種基于光譜識別的對靶噴霧施藥機，包括：電力驅動前輪、藥箱、左噴頭、

右噴頭、左支架、右支架、左電磁閥、右電磁閥、控制面板、轉向輪、泵，用水管將左噴頭通過左電磁閥和泵與藥箱連接，用水管將右噴頭通過和右電磁閥和泵與藥箱連接，其特征在于，所述對靶噴霧施藥機還包括左光譜探測器、右光譜探測器和與所述光譜探測器、右光譜探測器相連的DSP控制系統，所述左光譜探測器和右光譜探測器分別安裝于左支架和右支架上。

所述左光譜探測器和右光譜探測器分別與左噴頭和右噴頭位于沿行進方向的同一直線上。

所述左光譜探測器和右光譜探測器的探測范圍為400-1000nm波段的信號。

所述對靶噴霧施藥機還包括電池，電池驅動電力驅動前輪進行行進。

所述的左支架和右支架，可根據植株高度，手動調節其高度，調節范圍為40~140cm。

所述左噴頭和右噴頭垂直向下噴霧作業，能與左光譜探測器和右光譜探測器在行進方向平行或垂直的方向，進行前后左右調節。

所述控制面板包括一個電源開關、一個電源指示燈、一個對靶噴霧開關、一個對靶噴霧指示燈、一個電量低報警指示燈、一個電機調速器、一個保險絲插座和一個電池充電接口。

所述DSP控制系統（13）中包括常見植株與雜草近紅外光譜庫。

本發明還提供一種基于光譜識別的對靶噴霧施藥機的控制方法：其特征在于，按照以下步驟進行：