视觉传感式除草剂变量喷洒系统

视觉传感式除草剂变量喷洒系统是利用CCD(ChargeCoupledDevice)数码相机对农田进行扫描,对杂草和农作物进行鉴别,根据杂草的多少来控制喷药量。这样,一方面减少了喷药量、降低了成本;另一方面保护了作物、减少了对环境的污染。与传统的喷药方法比较,变量喷药系统在杂草高密度区可节约药液18%,在杂草低密度区可节约药液71%。     

基于机器视觉的田间杂草形状特征识别技术研究进展

农田杂草总体上是指生长在田间、分布广泛、对农作物有危害、非人工有意栽培的草本植物。我国农田杂草危害面积大约为4000万hm^2，主要发生在水稻、小麦、玉米、大豆、棉花五大作物农田，造成严重减产。因此应对杂草及时地加以控制，以保证作物的产量和质量。     

基于位置特征的穴间杂草快速识别算法

研究了利用穴播作物的位置特征进行穴间区块杂草识别的算法.针对穴播作物按规律分布生长的特点和田间场景中植物叶片交叠等问题,以穴播玉米为研究对象提出了一种基于作物位置特征的过分割区块投影定位作物株心的方法,据此确定出穴间喷雾操作区块并进行各区块像素统计、判别,实现穴间杂草的识别.试验表明:穴间区块杂草实时识别的正确率在87.7%以上, 在MATLAB6.5环境下处理一幅640×512图像,从读入图像至给出杂草控制指令耗时在500ms以内,具有较好的实时性,且可适用于作物苗期各阶段的杂草识别.     

基于颜色特征与多层同质性分割算法的麦田杂草识别

针对杂草与小麦叶子交叠的情况,提出了一种利用改进的多层同质性分割算法,并综合颜色与形态特征的杂草识别方法。在颜色空间YIQ,选取I作为特征量并用改进的最大类间方差法分离植物与背景;在颜色空间HSI,选取I的同质性量和S作为特征量进行多层同质性分割分离小麦与杂草;最后结合形态学特征开闭运算滤波及二值逻辑与运算获得杂草图像;通过模拟化学除草系统,从理论上评价整个系统的除草效率。试验结果表明,杂草正确识别率达92.6%,单幅图像除草剂的减少率在35%~50%,小麦田的除草剂减少率超过78.7%。     

动态喷洒系统计算机视觉的研究与设计

传统农业中覆盖式喷洒除草剂,不但浪费除草剂和人力资源,而且污染环境,因此采用计算机视觉技术把杂草从农作物和土壤的背景中识别出来,定量与定位地喷洒化学制剂就显得极为重要.动态杂草识别与喷洒系统不但与识别算法有关,还与摄像头的安装高度、安装角度以及喷头的距离有很大的关系.为了达到精确喷洒的目的,对系统的计算机视觉部分进行了深入的研究和设计,通过大量试验进行验证,为动态杂草识别与喷洒系统的精确喷洒做好了充分的准备.     

基于边缘检测和BP神经网络的大豆杂草识别研究

为提高无人机喷洒除草剂的精准度,以阔叶型杂草、禾本科杂草作为研究对象,针对传统图像识别技术准确率低,边缘信息丢失严重等问题,提出基于改进Canny边缘检测算法和BP神经网络相结合的大豆杂草图像识别方法。首先采用改进后的Canny算法对图像进行特征提取,然后将提取到的结果转化为特征矩阵向量,作为BP神经网络的输入层,最后通过BP神经网络进行大豆杂草图像识别,区分出不同种类的杂草。试验结果表明,改进后的Canny算法同BP神经网络相结合的方法在阔叶型杂草和禾本科杂草识别上,准确率分别为95.67%和93.33%,较传统Canny算法同BP神经网络相结合的方法准确率分别提升5.83%和5.66%。     

基于图像处理的田间杂草识别研究进展与展望

杂草是导致农作物减产的一个重要因素,准确的识别是杂草治理的前提和基础,随着计算机和信息技术的进步,机器视觉和图像处理相结合成为了当前杂草检测和识别的主流方法。本文从图像的预处理、分割、特征提取和分类4个角度,详细介绍了当前国内外田间杂草识别的研究进展以及各种分割、提取、识别方法的优缺点。另外,针对目前田间杂草检测中存在的光照环境影响、叶片的遮挡和重叠以及分类器的优化等问题进行了分析和讨论,最后根据目前杂草识别的研究趋势提出了建议与展望。     

变量喷洒全射流喷头副喷嘴优化与评价

为解决全射流喷头实现变量喷洒时由于压力变化而产生的水量分布不均匀问题,以20PXH型变量喷洒全射流喷头为研究对象,设计不同副喷嘴改善水量分布。通过射流理论分析设计了8种副喷嘴方案,测量了喷头径向水量分布,采用不同压力下喷灌强度差值分析的方法,得到方案5挡板式副喷嘴结构改善水量情况最好。通过测量不同挡板角度及不同压力下水量分布,以均匀性系数值最大为目标,以挡板角度及均匀性取值范围为约束条件,首次建立了变量喷洒全射流喷头喷洒均匀性的综合评价函数,并求导得到最佳挡板角度为21.2°。     

基于纹理和位置特征的麦田杂草识别方法

以化学防除适期麦田杂草为研究对象,对利用条播作物的位置和纹理特征识别田间杂草的方法进行了研究。根据条播作物小麦作物行的间距相对固定等位置特征,利用植物像素直方图法确定作物行的中心线和行宽,并识别行间杂草。然后,以作物行中心为基准来选取纹理块,计算量化级数为8级的H颜色空间的共生矩阵,提取5个纹理特征参数,利用K均值聚类法判别分析各块的类别来识别行内杂草。研究结果表明,杂草的正确识别率约为93％,作物的错误识别率约为7％。     

色差边缘检测方法在杂草识别中的研究

田间作物与杂草的识别是实现变量喷洒除草药剂的关键.为此,提出了田间作物和杂草的叶子颜色信息以及HSI颜色模型研究的基础上,提出了一种与HSI空间3分量相互分离的特点相结合的色差边缘检测方法,并将实验结果同传统的Sobel方法进行了比较.结果表明,该方法充分利用了田间作物与杂草的彩色信息,能够快速准确地检测到图像的边缘,边缘连续性好,能很好地与背景分离,而且能够满足实时检测的要求.     

基于模糊控制的棉田变量对靶喷药除草系统设计

为实现自动精确去除棉田杂草, 减少除草剂用量,设计了一种以S3C2410处理器为核心,采用模糊控制算法的变量对靶喷药除草系统,实现了自动识别杂草以及根据采集车速、杂草密度信息自动调整流量的功能。设计了双输入、单输出模糊控制器,并对其进行了仿真研究。仿真结果表明,利用该控制器能实现喷药量随车速及杂草密度变化而实时改变。在室内搭建了模拟棉田环境的变量对靶喷药试验台,对喷药系统进行了测试,试验测得在速度0.2m/s时,喷药除草对靶率达90%。     

基于DSP和单片机的实时对靶喷施除草系统

根据田间杂草智能喷施系统中图像处理计算量大、实时性要求高、控制任务重的特点,提出了一种基于DSP和单片机相结合的双CPU系统方案,充分利用了DSP实时数据处理能力强和单片机外围控制能力强的优点,实现了系统的快速运算和实时控制功能。同时,介绍了系统的设计方案以及DSP、单片机各自功能的软件实现。试验表明,系统在室内条件下可以满足实时对靶喷施除草的要求。     

多回流式变量喷药控制系统设计与试验

针对目前大型宽幅喷药机在喷药过程中施药方式不合理、控制方式单一等问题,在3WP-1200型喷杆式宽幅(22 m)喷药机基础上,设计了一种多回流式变量喷药控制系统。该控制系统可根据喷药机行驶速度来调节比例控制阀,通过改变回流口的开口度来改变喷药流量,实现变量喷药。该控制系统分5路控制所有喷头,每一路可单独控制开断,一路或几路断开的同时可打开相对应的回流口,使系统在不改变流量的情况下,其余喷头喷药量不变;多回流式的控制方法使系统压力更稳定,控制精度更高。同时设计了该系统的硬件和软件,并对该控制系统进行了液位标定与喷药精度试验。液位标定试验中,对不同液位对应的药液容积进行了标定,其标定模型决定系数R2为0. 994;流量控制精度试验中,单个喷头的目标流量与实际流量相差不大,其相对误差不大于4. 1%;喷药量控制试验中,喷药流量可随速度变化而变化,但其设定喷药量与实际喷药量相差不大,相对误差在6%以内,实现了变量喷药,且控制精度较高。     

基于超声靶标探测的果园变量喷药控制系统设计

开发了一套基于超声波靶标探测的果园变量喷药控制系统,采用超声波传感器列阵探测果树靶标,通过对调压阀的PID调节来稳定管道压力,通过高压电磁阀的PWM驱动来调节喷头施药量,实现了果园对靶变量施药。喷药主控制系统以西门子S7-224XP作为控制核心,电磁阀驱动模块控制核心采用mega16单片机,二者通过485总线进行数据交互。果园施药试验结果表明:系统可以在一定程度上稳定管道压力,并根据果树靶标探测数据实现了变量施药,单喷头流量调节最大误差为9.5%。     

双路自动调节变量喷药控制系统试验分析

对设计的双路自动调节变量喷药控制系统进行了试验验证,提出了具体的试验原理和试验方法,通过多次试验及详细地记录数据,得出试验结果并进行了分析。试验主要分为:①流量分路控制试验,将喷药主管路分成A路、B路分别控制,通过设定不同的目标喷药量进行试验,验证系统的控制效果;②速度影响流量试验,保持目标喷药量不变,使用脉冲发生器设定不同的速度进行试验,验证速度变化对系统流量的影响规律;③压力稳定性控制试验,设定不同的目标压力值进行控制试验,验证系统对压力稳定性的控制效果。针对3个试验分别组建了相应的试验平台,经过多次试验得出结论:流量控制系统对流量的控制精度平均值为97%,压力稳定系统对压力的控制精度平均值为97.88%,脉冲发生器模拟速度产生的偏差平均值为0.05;系统运行正常,实现了根据目标喷药量的变化对两支路流量的分别控制,且控制精度较传统的喷施方法有所提升;细化了施药系统的喷施范围,可实现更加精准的变量施药。     

基于LiDAR的对靶喷雾实时控制系统设计与试验

针对自动对靶喷雾中延时喷雾问题设计了实时控制对靶喷雾系统,该系统以二维激光雷达（Laser detection and ranging,LiDAR）作为探测器,利用地速传感器（True ground speed sensor,TGSS）获取喷雾车实时速度,建立了自适应延时喷雾模型,模型可不断调整喷雾延时时间。自适应延时喷雾模型包括延时存储器和延时计数器。延时存储器利用FIFO缓存区暂存喷雾指令;延时计数器指向延时存储器地址,其利用当前车速计算延时指数,取出对应延时存储器地址的喷雾指令并发送给电磁阀控制器,实现对靶喷雾。试验部分首先对系统响应时间进行分析,包括识别靶标时间、计算喷雾指令时间、通信时间、电磁阀响应时间,试验结果表明,系统响应时间为160ms,延时存储器共42个延时单元;其次通过Proteus仿真比较了单片机在采用M法、T法计算TGSS发出信号频率的准确性,结果表明M法更适合于本文所述测速系统的频率计算;在TGSS安装角确定后,喷雾车速度与方波信号的频率成正比关系,通过拟合确定了比例系数0.0099,拟合优度为0.9998;最后通过试验验证了系统的整体有效性,并测量了实时控制对靶喷雾系统的可识别最小间距,试验结果表明,可识别的最小间距在80~180mm之间,系统可识别靶标间距的能力随着喷雾车速度的提升而降低,当靶标间距大于180mm时,系统均可有效识别靶标。     

单片机控制的草坪喷头变域喷洒系统

以变频调速变域喷洒系统和喷洒域边界方程为基础,总结了实现变域喷洒开环控制的统一方法。研制了变域喷洒单片机开环控制系统,并进行了正方形喷洒域室内喷洒试验,结果表明,单片机控制系统的开环控制效果良好,喷头射程最大误差约为5.6%,平均误差约为1.5%;采用分水针改善低压时喷头的径向水量分布,喷洒均匀度达到了0.77,符合喷灌工程技术规范的要求。