系統(tǒng)組成

• 無(wú)人機(jī)平臺(tái)：作為整個(gè)系統(tǒng)的載體，負(fù)責(zé)在空中飛行并搭載相關(guān)設(shè)備。一般需要具備良好的飛行性能、穩(wěn)定性和載重能力，以適應(yīng)不同的農(nóng)田環(huán)境和作業(yè)需求。
• 視覺識(shí)別系統(tǒng)：由攝像頭、圖像采集卡、處理器等組成，攝像頭負(fù)責(zé)采集農(nóng)田和作物的圖像信息，圖像采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，處理器則對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理，識(shí)別出作物的特征、病蟲害情況、雜草分布等。
• 農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)：包括藥箱、噴頭、泵、閥門等部件，用于儲(chǔ)存和噴灑農(nóng)藥。根據(jù)視覺識(shí)別系統(tǒng)的分析結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的變量噴灑，提高農(nóng)藥的利用率，減少浪費(fèi)和環(huán)境污染。
• 控制系統(tǒng)：是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制單元，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)無(wú)人機(jī)的飛行、視覺識(shí)別和農(nóng)藥噴灑等操作。它接收視覺識(shí)別系統(tǒng)的信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和算法，制定飛行路徑和噴灑策略，并控制無(wú)人機(jī)和農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作 。
• 數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)系統(tǒng)：用于將無(wú)人機(jī)采集到的圖像數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂普净蛟贫朔?wù)器，并進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。方便用戶隨時(shí)查看和分析數(shù)據(jù)，為后續(xù)的決策提供依據(jù)。

工作原理

• 圖像采集：無(wú)人機(jī)在農(nóng)田上方按照預(yù)設(shè)的航線飛行，視覺識(shí)別系統(tǒng)中的攝像頭實(shí)時(shí)采集農(nóng)田和作物的圖像信息，獲取農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況、病蟲害跡象、雜草分布等原始數(shù)據(jù)。
• 圖像預(yù)處理：對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括校正光照、消除噪聲、增強(qiáng)對(duì)比度等操作，提高圖像的質(zhì)量和清晰度，以便后續(xù)的特征提取和分析。
• 目標(biāo)識(shí)別與分析：利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法，對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和分析，識(shí)別出作物、病蟲害、雜草等目標(biāo)物體，并提取其特征信息，如顏色、紋理、形狀、大小等。同時(shí)，還可以分析作物的生長(zhǎng)階段、健康狀況、密度等參數(shù)，為農(nóng)藥噴灑決策提供依據(jù)。
• 決策制定：根據(jù)目標(biāo)識(shí)別與分析的結(jié)果，控制系統(tǒng)制定相應(yīng)的農(nóng)藥噴灑決策，包括是否噴灑、噴灑的劑量、噴灑的范圍等。例如，當(dāng)識(shí)別到作物存在病蟲害時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)病蟲害的類型和嚴(yán)重程度，確定噴灑的農(nóng)藥種類和劑量，并控制無(wú)人機(jī)在病蟲害區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)噴灑。
• 農(nóng)藥噴灑：農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，精確地將農(nóng)藥噴灑到目標(biāo)區(qū)域。通過(guò)調(diào)節(jié)噴頭的流量、噴霧角度和飛行速度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)變量噴灑，確保農(nóng)藥均勻地覆蓋在作物表面，提高防治效果，同時(shí)減少農(nóng)藥的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。

優(yōu)勢(shì)

• 提高農(nóng)藥噴灑精準(zhǔn)度：能夠準(zhǔn)確識(shí)別作物和病蟲害的位置、范圍，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥，避免了傳統(tǒng)噴灑方式中對(duì)非目標(biāo)區(qū)域的無(wú)效噴灑，提高了農(nóng)藥的利用率，降低了農(nóng)藥使用量和成本，同時(shí)也減輕了環(huán)境污染。
• 提升病蟲害防治效果：及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲害的早期跡象，有助于在病蟲害發(fā)生初期進(jìn)行干預(yù)和防治，提高防治效果，減少病蟲害對(duì)作物的損害，保障農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。
• 提高作業(yè)效率：無(wú)人機(jī)的快速飛行和自動(dòng)化作業(yè)能力，大大提高了農(nóng)藥噴灑的效率，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大面積農(nóng)田的噴灑任務(wù)，尤其適用于大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。同時(shí)，減少了人工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度和時(shí)間成本。
• 保障作業(yè)安全：配備視覺避障系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)能夠感知周圍環(huán)境中的障礙物，如電線桿、樹木、建筑物等，及時(shí)自動(dòng)懸停或規(guī)避，降低了碰撞風(fēng)險(xiǎn)，提高了作業(yè)的安全性，減少了因操作失誤導(dǎo)致的設(shè)備損壞和人員傷亡事故。
• 數(shù)據(jù)支持決策：系統(tǒng)采集和存儲(chǔ)的大量圖像數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了豐富的信息資源。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以了解農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境、作物生長(zhǎng)趨勢(shì)、病蟲害發(fā)生規(guī)律等，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)管理和決策提供科學(xué)依據(jù)，有助于制定更加合理的種植計(jì)劃、病蟲害防治方案和農(nóng)藥使用策略。

應(yīng)用案例

• 極飛科技的 “天目” 系統(tǒng)：融合了雙目避障和地形視覺模塊，可應(yīng)用于極飛 P202017 款植保無(wú)人機(jī)上。其中雙目避障模塊基于視差原理，能感知水平 65°、距離 30 米范圍內(nèi)的物體，及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)田中的障礙物并自動(dòng)規(guī)避；地形視覺模塊則讓無(wú)人機(jī)在磁場(chǎng)干擾或丟失 GPS 信號(hào)的情況下，仍能精準(zhǔn)懸停和繼續(xù)執(zhí)行航線飛行，此外還采用 “風(fēng)簾阻斷技術(shù)” 保證鏡頭清潔，具備夜視能力，可在夜間正常作業(yè)。

• 基于機(jī)器視覺的無(wú)人機(jī)釋迦果病蟲害識(shí)別系統(tǒng)：無(wú)人機(jī)上的視覺識(shí)別系統(tǒng)采集釋迦果植株圖像，經(jīng)圖像增強(qiáng)、分割、特征提取等處理后，與預(yù)設(shè)的病蟲害數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，識(shí)別出病蟲害類型，進(jìn)而選擇對(duì)應(yīng)的藥液進(jìn)行精準(zhǔn)噴灑，提高了釋迦果的病蟲害防治效果，降低了農(nóng)業(yè)成本。