雾滴图像粘连特征改进判断及分离计数方法优化

雾滴在靶标上常出现粘连的情况，为准确测量雾滴尺寸、掌握雾滴分布规律，需要判断雾滴是否粘连，并用图像处理技术将粘连雾滴分开。首先提出判断雾滴是否粘连的改进方法，该方法结合雾滴的形状因子和面积阈值对粘连雾滴进行判断和特征提取，并用极限腐蚀法和迭代开运算法对粘连雾滴进行计数处理，其次调用迭代开运算标记的分水岭算法分割，最后对分割后雾滴的连通域进行标记及形状圆整。试验结果表明：该方法可实现粘连雾滴的自动判断和特征提取，弱粘连准确率100%，强粘连可达97.2%以上。该算法获得的雾滴粒径参数与激光粒度仪试验测量结果接近，其尺寸测量准确度较Deposit Scan软件计算平均提高了7.67%。基于相同的样本，与人工计数标定结果对比表明，该方法获得的雾滴个数快速且精准度达97.06%以上。     

植保无人机旋翼下洗气流对喷幅的影响研究

基于XV-2植保无人机,利用流体仿真,探究了该无人机旋翼下洗气流的速度分布特性。在此基础上,分析了在下洗气流影响下的雾滴运动方式,并进行实地测试。仿真分析说明:旋翼下洗气流从中心向外的流速差使流场从上向下有向外的铺展效应,使得喷幅增大,且喷幅与飞行高度成正比;旋翼外沿的卷扬气流使得喷幅范围内的雾滴沉积数出现2个峰值。试验结果表明:当飞行高度为6 m时,有效喷幅为10 m;飞行高度8 m时,有效喷幅为12 m。2种飞行高度下的雾滴分布均匀性基本一致。试验结果与仿真结果基本一致。研究结果可为无人机喷雾系统设计和航空植保作业参数的选择提供参考依据。     

基于驻波与ZigBee实时监测雾滴蒸发系统设计与试验

雾滴在叶面上蒸发时间长短,会改变叶面对农药的吸收效率.为了阐述药液在叶面的蒸发情况,该文设计了基于驻波与Zig Bee无线传输的雾滴蒸发实时监测装置.该装置以STM32为核心搭建Zig Bee网络,雾滴采集传感器信号由RS232串口传至基于Lab View2014设计的远程终端,并通过波形图实时在线监测雾滴蒸发状况.试验证明该装置能够准确测量药液在叶面的蒸发散失量并显示雾滴面积铺展的波动曲线,较图像处理方法误差小,易操作,更具实用性.试验还表明:1)蒸发时间与粒径大小呈正相关,随粒径增大而增长,但当粒径超过242.3μm时,蒸发时间随粒径增大而增长的趋势更为明显.2)蒸发时间与面积铺展率呈负相关,随面积铺展率的变大而减少.当有机硅体积分数由0.025%增到0.050%时,雾滴面积铺展率呈变大趋势,但当由0.050%增到0.100%时,雾滴铺展率增长幅度相对缩小.3)该装置不仅能够实现远程检测,避免接触药液,而且实时分析雾滴在叶面的蒸发时间与面积铺展率,合理选择有机硅体积分数与雾滴粒径,有助于改善叶面对药液的吸收效率.     

基于M-K聚类法的果树上下冠层体积比测算

果树冠层体积是决定果园施药量的重要指标。针对机载LiDAR探测技术(ALS)在冠层体积测量中存在下冠层信息缺失的问题,提出运用图像处理的方法对果树上下冠层体积比进行测量。该方法运用结合马氏距离和K-means算法的M-K聚类法对图像目标区域进行分割,通过旋转积分法求得上下冠层的像素体积之比。为解决该方法对单侧冠层图像处理存在误差(25.3%)较大的问题,对果树不同侧面的多幅图像进行测算,并对结果进行算术平均以提升方法的准确性与稳定性。运用所述方法对果园内23棵苹果树、20棵樱桃树进行实验,并将结果与人工测量结果进行对比分析,结果表明,该方法与人工法的测量结果间具有较好的一致性,两种果树的决定系数分别为0.775和0.832,能够用于果树冠层体积比的测量。     

矮化密植果园摇摆变量喷雾机参数响应面法优化

针对矮化密植果园作业特点，设计了一种具有多角度变速摇摆喷头功能的电力驱动果园喷雾机。基于Box-Behnken原理设计四因素三水平的中心组合试验，并结合响应面分析法研究了喷雾流量、喷雾距离、喷雾机行走速度和喷头摆动速度对雾滴分布均匀性的影响；以雾滴分布变异系数为响应值创建二次多项式模型，并利用软件Design-Expert 8.0对模型进行分析和优化，得到喷雾参数的最佳组合。结果表明：各因素对喷雾分布变异系数的影响大小顺序依次是：喷头摆动速度、喷雾距离、喷雾流量、喷雾机行走速度；喷雾参数的最佳组合为：喷雾流量375.20mL/min、喷雾距离1.72m、喷雾机行走速度0.14m/s、喷头摇摆速度16.19（°）/s，此时雾滴分布变异系数为11.471%。     

基于M-LP特征加权聚类的果树冠层图像分割方法

针对背景和杂草干扰下的果树图像冠层提取问题，提出了一种基于M-SP特征加权聚类的冠层分割算法。首先，将采集的原始图像由RGB颜色空间转换到HSI颜色空间，计算果树与背景区域在H、S分量上的马氏距离，构造马氏距离相似度矩阵〖WTHX〗M〖WTBX〗；其次，提取图像像素的垂直位置作为空间特征〖WTHX〗P〖WTBZ〗，在HSI空间内的I分量上，利用最大熵算法提取图像的阴影区域，并进行掩膜处理，将获取的阴影区域作为空间特征的加权区域L，从而构造阴影位置加权的空间特征〖WTHX〗L〖WTBX〗P；最后，对获取的M-LP特征矩阵进行归一化处理，分别进行上背景、下背景、果树冠层、杂草4个类别的K means聚类，最终完成图像分割。为验证算法的有效性，在采集的果树图像上进行了分割试验，结果表明，基于M-LP特征的聚类方法能有效解决重度杂草干扰条件下果树冠层被漏分的问题。采用精确率、召回率和F1值3个评价指标对分割结果进行定量评价，选取不同杂草干扰程度（轻微、中等、较强）和时间段（早晨、中午、傍晚）的果树图像，分别以传统K-means和GMM聚类算法作为对比进行试验，结果表明，相对于未经过特征提取的普通聚类分割方法，本文算法对于不同杂草干扰程度和不同拍摄时间段下的果树冠层分割表现出一定的鲁棒性，平均精确率为87.1%，平均召回率为87.7%，平均F1值为87.1%。分割和验证结果表明，在进行有效图像特征提取的基础上，结合少量标注作为先验知识的无监督分割方法可以准确分割出果树冠层区域。     

温室智能装备系列之八十七 果菜喷药靶标探测器的设计与试验

本文介绍了果菜喷药靶标探测器通过在弥雾机运行轨道上安装磁铁,利用霍尔传感器机构采集对应位置信号,实现定位寻靶,进行喷洒作业。     

温室弥雾机控制系统的设计

为实现温室环境人机分离自动变量施药,设计基于Wi-Fi与模糊控制的自走式自动变量风送弥雾机。施药系统以STM32单片机为核心,在Eclipse开发环境下采用Socket编程技术实现移动端与弥雾机端双向通信。为满足施药技术要求,采用Mamdani模型制定施药控制规则,将虫害覆盖率和茄子冠层高度参数作为模糊控制模型的输入,根据施药控制规则自动控制电磁阀和继电器以调控喷雾流量和控制施药时间,共同完成弥雾机变量施药。通过流量测定、模糊控制及自动与手动弥雾的沉积试验对施药系统进行验证,结果表明:1)施药控制系统可根据占空比准确调控喷雾流量,且占空比与喷雾流量线性度较好,拟合度为R~2=0.996 4,满足该设计喷雾范围要求。2)采样点与喷头距离为1~3m时对单位面积雾滴有效沉积量影响显著,且随着茄子冠层高度的增大和蓟马覆盖率的提高均会使单位面积雾滴沉积量显著提高。3)自动弥雾与手动弥雾沉积量的相对误差不超过0.8%,可满足变量喷雾的实际需求。     

中国大陆七座名山旅游舒适度对气候变化的响应

气候变化对旅游舒适度有一定的影响,文中以泰山、黄山、华山、庐山、峨眉山、五台山、崆峒山等七座名山为代表,利用其1955-2010年的逐日气象资料,计算了旅游舒适度的变化,统计了旅游舒适期的开始时间和结束时间,并分析了舒适度年际变化对全球温度变化的响应。结果表明:1)近56a来,我国七座名山适宜旅游的天数均呈增加趋势,表现为适宜旅游开始时间提前,结束时间推后;2)在全球变暖背景下,七座名山温度和旅游舒适度的变化与全球温度变化之间呈显著的正相关,这说明我国名山旅游舒适度变化对全球气温变化的响应较为显著。     

基于图像处理的雾滴沉积分布试验研究

针对我国喷药作业以经验为主,过量使用农药的问题,采用超红算子2R-G-B与OTSU算法结合的图像处理方法,研究叶片表面形态特征、雾滴粒径和叶片倾角3因素对雾滴沉积分布的影响。结果表明:1)该图像处理方法能有效分割雾滴与叶片背景,基于该方法的雾滴覆盖率测定结果与人工分割方法比较,相对误差5%。2)叶片表面形态特征、雾滴粒径和叶片倾角3因素对雾滴覆盖率的影响均显著。3)在相同喷量条件下,雾滴覆盖率随叶片倾角增大而减小,但当倾角增大到30°时,粒径为138.2和157.6μm的雾滴在粗糙和光滑叶片表面上的覆盖率发生突增。4)雾滴覆盖率随粒径增大而减小,但当叶片倾角大于60°时,粒径为157.6和197.1μm的雾滴在相同叶片表面上的覆盖率差异不大。5)在相同叶片倾角条件下,粒径较小的2种雾滴的覆盖率在粗糙叶片表面上最大,在光滑叶片表面上最小。所提出的基于图像处理的雾滴覆盖率测定方法,可为雾滴在叶片表面上的分布研究提供评估手段。