張寶玉，嚴(yán)寒

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

1 農(nóng)機(jī)定位系統(tǒng)概述

化學(xué)農(nóng)藥的施用是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一。過(guò)量使用化學(xué)藥品會(huì)導(dǎo)致化學(xué)藥品溢出，造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。噴灑在減少收獲損失和提高生產(chǎn)力方面可發(fā)揮重要作用。過(guò)量使用殺蟲(chóng)劑會(huì)造成各種不良后果，例如害蟲(chóng)對(duì)強(qiáng)力殺蟲(chóng)劑的免疫力增強(qiáng)、許多有益害蟲(chóng)、害蟲(chóng)的天敵以及有害害蟲(chóng)的天敵遭到破壞，從而導(dǎo)致昆蟲(chóng)數(shù)量增加。過(guò)度使用殺蟲(chóng)劑使得靠昆蟲(chóng)授粉的植物無(wú)法結(jié)果。在特定地點(diǎn)噴灑殺蟲(chóng)劑有助于減少精細(xì)農(nóng)業(yè)和精密水果種植中使用的殺蟲(chóng)劑數(shù)量。實(shí)際上只有30%～40%的殺蟲(chóng)劑沉積在目標(biāo)上，大多數(shù)殺蟲(chóng)劑在環(huán)境中流失，對(duì)環(huán)境造成，嚴(yán)重污染。用不同的化學(xué)物質(zhì)保護(hù)植物的目的是防止植物受到感染。農(nóng)機(jī)定位系統(tǒng)通過(guò)提高農(nóng)藥處理的有效性，有助于創(chuàng)新設(shè)備的進(jìn)步，減少操作和環(huán)境費(fèi)用。使用傳感器跟蹤樹(shù)冠、距離和空間可以確保更好地利用昂貴的投入，從而為基本的農(nóng)業(yè)實(shí)踐提供了一種可持續(xù)的方法。

2 噴藥設(shè)備系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)分析

本文將利用控制中心(應(yīng)用軟件)，將噴藥設(shè)備位置信息與農(nóng)田信息分布圖、解釋施藥處方圖充分結(jié)合起來(lái)，來(lái)計(jì)算噴藥數(shù)量。通過(guò)BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）接收器獲取噴藥機(jī)精確位置信息，嵌入式GIS系統(tǒng)車載計(jì)算機(jī)根據(jù)農(nóng)田信息采集系統(tǒng)生成農(nóng)田信息分布圖和解讀施藥處方圖。通過(guò)對(duì)噴藥脈寬數(shù)據(jù)的處理，以噴藥機(jī)的位置信息、行走速度、回路壓力和前期工作信息為基礎(chǔ)，在噴藥壓不變的情況下，計(jì)算出噴藥脈寬數(shù)據(jù)，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路精確控制控制噴藥機(jī)進(jìn)氣口電磁閥的開(kāi)啟時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)變量噴藥控制。噴藥設(shè)備功能示意見(jiàn)圖1。

圖1 噴藥設(shè)備功能示意圖Fig.1 The function diagram of spraying equipment

2.2 超聲波傳感器系統(tǒng)

基于超聲波傳感器的系統(tǒng)可以非?？焖俸妥詣?dòng)地測(cè)量距離。超聲波傳感器測(cè)量時(shí)間延遲信息來(lái)測(cè)量距離。傳輸和聲音脈沖反射之間的延遲時(shí)間與傳感器和物體之間的距離成正比。聲速用來(lái)計(jì)算距離。超聲波傳感器主要由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)2部分組成。發(fā)射器向目標(biāo)物體發(fā)送超聲波脈沖，反射的脈沖在接收器處接收。兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間差表示飛行時(shí)間。目標(biāo)距離用飛行時(shí)間乘以聲速計(jì)算。

利用超聲波傳感器的作物識(shí)別系統(tǒng)（CIS）已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，以確定目標(biāo)的特征、尺寸和密度。噴霧機(jī)樣機(jī)能夠根據(jù)目標(biāo)冠層的特點(diǎn)、作物的病害程度或環(huán)境條件自動(dòng)適應(yīng)噴霧機(jī)和氣流組織。研究發(fā)現(xiàn)，在多感官過(guò)程中，超聲波路徑與傳感器之間的分離可以減少傳感器之間的干擾。這些測(cè)試方法對(duì)于設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用的距離傳感器的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序是有用的。到目前為止，只有超聲波傳感器被廣泛用于開(kāi)發(fā)可變噴霧器或果園、苗圃和葡萄園。然而，利用超聲波傳感器和其他類型的傳感器測(cè)量樹(shù)木作物冠層結(jié)構(gòu)和特性的研究越來(lái)越多，這是研制樹(shù)木作物變量噴霧器的關(guān)鍵步驟。使用這種超聲波傳感器的好處是它的可用性、耐用性和低價(jià)格。

2.3 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)

機(jī)器視覺(jué)是計(jì)算機(jī)“看見(jiàn)”的能力人工視覺(jué)系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)獲取計(jì)算機(jī)必須解釋的圖像。當(dāng)被橫穿的道路與背景不同時(shí)，自動(dòng)視覺(jué)技術(shù)可以用于自動(dòng)駕駛車輛。視覺(jué)管理具有利用局部函數(shù)控制車輛導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在駕駛汽車時(shí)的性能可以與高精度激光雷達(dá)傳感器相比。一般來(lái)說(shuō)，需要復(fù)雜的方法來(lái)提取有價(jià)值的信息。

視覺(jué)系統(tǒng)包括幾個(gè)復(fù)雜的算法處理，處理和識(shí)別圖像。因此所需的計(jì)算量增加，需要使用特殊的處理器。彩色視覺(jué)系統(tǒng)提高了噴霧系統(tǒng)的性能。顏色為目標(biāo)檢測(cè)提供了額外的信息來(lái)源，但它增加了計(jì)算量。在識(shí)別階段之后，觀測(cè)階段根據(jù)前一階段的數(shù)據(jù)和控制算法來(lái)決定要做什么。計(jì)算機(jī)從單個(gè)傳感器收集大量數(shù)據(jù)的能力使其成為自治系統(tǒng)的極佳選擇。計(jì)算量大是視覺(jué)系統(tǒng)的一大缺陷，限制了其實(shí)時(shí)應(yīng)用。在某些應(yīng)用中，視覺(jué)系統(tǒng)的高成本也是一個(gè)問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究開(kāi)發(fā)的具有智能功能的苗圃和果園智能噴霧器原型機(jī)與傳統(tǒng)的化學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)相比具有若干優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)目標(biāo)樹(shù)冠的需要調(diào)整噴霧量的變速控制技術(shù)。它不僅可以降低種植者的化學(xué)成本，而且還可以減少由于達(dá)不到目標(biāo)的化學(xué)物質(zhì)的顯著減少而造成的潛在環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。它實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)變速噴霧任務(wù)，沒(méi)有人的參與。在過(guò)去的40年里，新的替代和環(huán)境友善噴灑技術(shù)的發(fā)展才剛剛開(kāi)始。目標(biāo)是盡可能低地使用殺蟲(chóng)劑，只有在必要時(shí)才使用可變流量的噴霧器，以減少對(duì)環(huán)境的破壞。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)最先進(jìn)的特點(diǎn)是能夠在較短的時(shí)間內(nèi)捕捉到果園的巨大圖像，因此對(duì)于樹(shù)冠的檢測(cè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常有吸引力的聲音。然而計(jì)算機(jī)生成的三維數(shù)字農(nóng)場(chǎng)面積模型還沒(méi)有提供足夠的功能來(lái)覆蓋葉片的寬度、高度和數(shù)量來(lái)估計(jì)葉面積指數(shù)。光學(xué)傳感方法為樹(shù)冠的電子特性，激光雷達(dá)傳感器，提供最精確和全面的數(shù)據(jù)。如果有適當(dāng)?shù)能浖С?，一個(gè)基于激光雷達(dá)的信號(hào)可以提供理想的設(shè)備，以低成本產(chǎn)生三維空間。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，激光雷達(dá)將成為未來(lái)噴灑原型研制過(guò)程中必不可少的傳感器。