基于无线传感网的无人机农药精准喷施作业系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种农药喷施作业方法，尤其涉及一种基于无线传感网和北斗导航模块的无人机农药精准喷施作业方法，属于农业技术领域。
【背景技术】
[0002]水稻是我国三大粮食作物之一，种植面积约为3048万公顷，华南、华中和西南高原大部分地区更是双季稻稻作区，水稻生产在我国处于战略地位。目前我国受农药污染的耕地面积达1300?1600万公顷。精准施药技术是降低农药残留的有效手段。车载式大田精准施药技术有效控制了农药喷施量，降低了农药残留，但对于水稻，车载式施药装备难以作业，其病虫草害防治依然是困扰我国农业生产的巨大难题。
[0003]而由于农用无人机体积小、重量轻、运输方便、可垂直起降、飞行操控灵活，对于不同地域、不同地块、不同作物等具有良好的适应性。因此不管在我国北方还是南方，丘陵还是平原，大地块还是小地块，都有广阔的应用前景。
[0004]有鉴于此，有必要发明一种基于无线传感网的无人机农药精准喷施作业方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无线传感网的无人机农药精准喷施作业系统及方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]本发明提供了一种基于无线传感网的无人机农药精准喷施作业系统，包括机载无人机飞行决策系统、机载农情监测系统、北斗导航模块、机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统、机载无人机飞行控制系统、机载农药精准喷施系统以及云端服务器，所述机载无人机飞行决策系统分别与机载农情监测系统、北斗导航模块连接，所述机载农情监测系统、北斗导航模块又分别与机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统连接，所述机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统、机载无人机飞行控制系统、机载农药精准喷施系统顺序连接，所述机载无人机飞行控制系统、机载农药精准喷施系统均与云端服务器连接；
[0008]所述机载无人机飞行决策系统，用于根据无线传感网采集的环境信息为无人机提供作业依据，所述环境信息包括风速、风向、温湿度和降雨量；
[0009]所述机载农情监测系统，用于根据无线传感网实时采集的作业环境和作业效果信息，所述作业环境和作业效果信息包括风速、风向、温湿度、土壤温度、土壤湿度、土壤含水量和叶面沉积量；
[0010]所述北斗导航模块，用于获取无人机的飞行速度、飞行坐标；
[0011 ]所述机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统，用于根据喷施作业参数预测雾滴漂移的距离;所述喷施作业参数包括喷嘴孔径、喷嘴角度、喷嘴压力、喷施高度、无人机飞行速度、液滴速度、液滴直径、风速、风向和环境温湿度；
[0012]所述机载无人机飞行控制系统，用于根据雾滴漂移的距离并结合北斗导航模块，实时改变喷施作业路径；
[0013]所述机载农药精准喷施系统，用于根据机载农情监测系统采集的叶面沉积量信息，对尚未达标的喷施作业区域进行定点定量补充作业；
[0014]所述云端服务器，用于通过曲线图、WebGIS的形式显示机载农情监测系统、机载无人机飞行控制系统及农药精准喷施系统传递回来的农田作业环境信息和无人机农药精准喷施作业效果。
[0015]优选的，所述机载农情监测系统，通过无线传感网、北斗定位模块、空气温湿度、风力、风速、土壤温度、土壤湿度、土壤含水量、叶面沉积量等传感器，实时获取农田环境信息和农药喷施作业信息。
[0016]优选的，所述机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统，基于航空喷施作业专家数据库构建预测模型，通过将机载农情监测系统采集的风速vw、温度T、湿度RH以及设置的液滴直径D、液滴速度Vd、喷施高度H的喷施作业参数输入系统可预测雾滴漂移距离;预测过程包括下述步骤:
[0017]341、将1'、!1、￥(1、冊、1、0这些数值输入机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统；
[0018]S42、系统将在专家数据库中依次以输入的T、H、Vd、RH为参照值选取一定范围的数值作为查询条件进行数据筛选查询；
[0019]S43、将步骤S42筛选的结果存入临时表中，再依次以输入的VW、D为参照值选取离其最近的数值作为查询条件对临时表中的数据进行筛选；
[0020]S44、将步骤S43筛选的结果存入临时表中，再依次以输入的T、H、Vd、RH为参照值选取离其最近的数值作为查询条件对临时表中的数据进行筛选将得出预测结果。
[0021]优选的，所述机载农药精准喷施系统，通过机载农情监测系统获取农田喷施作业后的作物叶面农药沉积量信息，对尚未达标的喷施作业区域，启动无人机，借助北斗导航模块飞抵该区域后进行补充喷施作业。
[0022]优选的，所述机载无人机飞行控制系统，通过机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统实时获取雾滴漂移距离信息，为了避免雾滴漂移带来的环境污染，无人机需要往与风向相反的方向平行移动相应的距离，借助机载北斗导航模块，系统可计算出无人机平行移动目标点的坐标信息。根据目标点的坐标信息，机载无人飞行控制系统将实时自动控制飞机改变喷施作业路径。
[0023]本发明还提供了一种于无线传感网的无人机农药精准喷施作业方法，包括下述步骤:
[0024]S1、机载无人机飞行决策系统根据无线传感网采集的风速、风向、温湿度、降雨量的环境信息为无人机提供作业依据；
[0025]S2、北斗导航模块获取无人机的飞行速度、飞行坐标；
[0026]S3、机载农情监测系统利用无线传感网实时采集风速、风向、温湿度、土壤温度、土壤湿度、土壤含水量、叶面沉积量的作业环境和作业效果信息；
[0027]S4、机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统根据喷嘴孔径、喷嘴角度、喷嘴压力、喷施高度、无人机飞行速度、液滴速度、液滴直径、风速、风向、环境温湿度的喷施作业参数，预测雾滴漂移的距离；
[0028]S5、机载无人机飞行控制系统根据雾滴漂移的距离并结合北斗导航模块，实时改变喷施作业路径；
[0029]S6、一次喷施作业完成后农药精准喷施系统根据机载农情监测系统采集的叶面沉积量信息，对尚未达标的喷施作业区域进行定点定量补充作业。
[0030]S7、云端服务器通过曲线图、Web GIS的形式显示机载农情监测系统、机载无人机飞行控制系统及农药精准喷施系统传递回来的农田作业环境信息和无人机农药精准喷施作业效果。
[0031]优选的，步骤S2中，无人机内部设置的北斗导航模块实时接收无人机的飞行速度，并将所述飞行速度反馈至农药精准喷施雾滴漂移预测系统。
[0032]优选的，所述机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统，基于航空喷施作业专家数据库构建预测模型，通过将机载农情监测系统采集的风速Vw、温度T、湿度RH以及设置的液滴直径D、液滴速度Vd、喷施高度H的喷施作业参数输入系统可预测雾滴漂移距离;预测过程包括下述步骤:
[0033]341、将1'、!1、￥(1、冊、1、0这些数值输入机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统；
[0034]S42、系统将在专家数据库中依次以输入的T、H、Vd、RH为参照值选取一定范围的数值作为查询条件进行数据筛选查询；
[0035]S43、将步骤S42筛选的结果存入临时表中，再依次以输入的VW、D为参照值选取离其最近的数值作为查询条件对临时表中的数据进行筛选；
[0036]S44、将步骤S43筛选的结果存入临时表中，再依次以输入的T、H、Vd、RH为参照值选取离其最近的数值作为查询条件对临时表中的数据进行筛选将得出预测结果。
[0037]优选的，所述机载农药精准喷施系统，通过机载农情监测系统获取农田喷施作业后的作物叶面农药沉积量信息，对尚未达标的喷施作业区域，启动无人机，借助北斗导航模块飞抵该区域后进行补充喷施作业。
[0038]优选的，所述机载无人机飞行控制系统，通过机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统实时获取雾滴漂移距离信息，为了避免雾滴漂移带来的环境污染，无人机需要往与风向相反的方向平行移动相应的距离，借助机载北斗导航模块，系统可计算出无人机平行移动目标点的坐标信息。根据目标点的坐标信息，机载无人飞行控制系统将实时自动控制飞机改变喷施作业路径。
[0039]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0040]1、本发明所述的一种基于无线传感网的无人机农药精准喷施作业系统包括机载无人机飞行决策系统、机载农情监测系统、北斗导航模块、机载农药精准喷施雾滴漂移预测系统