水稻机插田除草无人机处方图修正方法与流程
未命名
09-10
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1.本发明涉及稻田施药测量方法技术领域,具体为水稻机插田除草无人机处方图修正方法。
背景技术:
2.稻田杂草是导致水稻减产的一个重要原因,在机插田中,稻田杂草通常以斑块状分布出现,而采用多光谱无人机测报稻田杂草发生量和发生态势是一种高效的监测手段。
3.然而,多光谱无人机通过垂直向下摄影,获取杂草丛在水平面上的投影面积来确定除草剂施药量,若部分杂草丛高于水稻,而部分低于水稻,但其在水平面上的投影面积相等时,通过上述方法绘制的处方图所分配的除草剂施药量是相等的,具有相等大小投影面积的杂草丛,高于水稻的草丛,其体积大,生物量也大,相反地,低于水稻的草丛,体积小,生物量也小;因此,采用投影面积大小作为除草剂剂量分配的方法,存在较大偏差,本发明旨在通过无人机相机角度偏移后的计算方式,提出一个可解决上述实际产生问题的方法,对普通的多光谱无人机处方图对除草剂剂量分配方案进行修正,将大幅提高药剂分配量的精度,从而正在做到除草剂在稻田中的减量增效。
技术实现要素:
4.(一)解决的技术问题针对现有技术的不足,本发明公开了水稻机插田除草无人机处方图修正方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
5.(二)技术方案为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:水稻机插田除草无人机处方图修正方法包括以下步骤;第一步,利用多光谱无人机垂直向下摄影获取机插田(含草丛)处方图;第二步,以水平面为基准面,根据处方图信息,令无人机飞临每一个杂草丛正上方h米处;设无人机相机镜头面与水平面夹角为θ;令无人机从杂草丛正上方开始,以杂草丛中心为球心,以h为飞行半径,从草丛正上方a处,沿球形面由正南往正北飞行,使θ角度由0度逐渐增大至80度,每增大10度,获取1张处方图,共9张;第三步,使无人机从a处,沿着球面,向正南、正东、正西三个方西,重复第二步,各方位获取9张处方图;第四步,“草丛高度/水稻平均高度”的判断与估测:针对某一个具体的草丛,当θ为从0度增加至80度(θ0、θ1、θ2、θi、θi+1......θ8)时,其在处方图上所对应的斑块占处方图总面积的百分比设x0%、x1%...x2%、xi%、xi+1%... x8%;当夹角从θi增至θi+1时,在处方图上对应的占比也将从xi%变为x(i+1)%,其中,夹角为θx时,
若:x(i+1)%-xi%》0,则草丛高出水稻,x(i+1)% =xi% +(l/tagθ)*w。
6.若:x(i+1)%-xi% =0,则草丛与水稻齐高;若:x(i+1)%-xi%《0,则草丛最高点位于水稻之下,sx=s*sin(θ)。
7.第五步,除草剂剂量的赋值,将二维平面计算方式,修改为三维体积计算方式,对处方图进行修饰并重新赋值,根据第四步中θ角度增大而得到xi+1%相对于xi%的衰减比率,对处方图中除草剂施药量进行赋值处理。设水稻株高h为基准,设各个草丛高度b1,b2,b3...bx...bi...by,设各杂草丛面积占比为s1,s2,s3,...sx,...si,...sy,设水稻面积占比为sr,各个草丛模拟体积比为b1
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sy,稻田水稻体积约为h*sy,因此,各体积单元相加,为:b1
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sy + h*sy=100%。各个草丛体积单元的出药量为(b1
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h*sy)*100*α(推荐剂量,下同), (b2
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h*sy)*100*α...,以此根据杂草丛的高度来区分施药量,更加精准。
8.优选的,一种无人机,包括无人机主体和安装于无人机主体底部用于画面拍摄的多光谱运动相机,所述多光谱运动相机与无人机主体之间安装有相机云台,所述无人机主体的侧面安装有便于折叠的旋翼支架,所述旋翼支架的端部安装有便于拆装的插装式旋翼,所述无人机主体的底部安装有可折叠的起落架。
9.优选的,所述旋翼支架包括旋转支架和安装于旋转支架一端的连接定位机构,所述连接定位机构固定连接在无人机主体的外表面,所述连接定位机构的内部设置有用于固定旋转支架的定位插杆,所述旋转支架的另一端底部安装有伺服马达,所述伺服马达的输出端与插装式旋翼活动卡接。
10.优选的,所述连接定位机构包括连接座和固定在连接座内部的固定轴,所述旋转支架转动连接在固定轴的外表面,所述连接座的顶部设置有活动挡盖,所述定位插杆的顶端固定连接在活动挡盖的底部,所述定位插杆贯穿连接座顶壁,所述旋转支架的外表面开设有定位孔,所述定位插杆的底端活动插接在定位孔的内部。
11.优选的,所述活动挡盖的下表面中部固定连接有t形杆,所述t形杆的外表面活动套接有锁紧弹簧,所述t形杆和锁紧弹簧均活动插接在固定轴的内部。
12.优选的,所述插装式旋翼包括旋翼头和固定在旋翼头外表面的翼翅,所述旋翼头的底部固定连接有连接插块,所述伺服马达的顶部设置有插座,所述插座的内部转动连接有旋转座,所述连接插块活动卡接在旋转座的内部。
13.优选的,所述旋翼头的内部两侧均设置有压块,两组所述压块相对的一侧设置有记忆弹簧,两组所述压块向背的一侧固定连接有卡柱,所述卡柱贯穿连接插块,所述卡柱活动插接在旋转座的内侧壁中,所述旋转座与伺服马达的输出端固定连接。
14.优选的,所述起落架包括u形转动架杆和安装于u形转动架杆顶部的支撑管,所述支撑管的一侧设置有伺服电机,所述伺服电机用于驱动u形转动架杆旋转,无人机主体的底部开设有收纳槽,所述u形转动架杆安装于收纳槽的内部。
15.优选的,所述支撑管的侧面固定连接有设备座,所述伺服电机安装于设备座的内部,所述支撑管的内部转动连接有旋转轴,所述旋转轴的两端外表面转动连接有旋转头,所述u形转动架杆与旋转头固定连接,所述旋转轴的外表面和伺服电机的输出端均安装有齿轮,且两组齿轮相啮合。
16.本发明公开了水稻机插田除草无人机处方图修正方法,其具备的有益效果如下:1、该水稻机插田除草无人机处方图修正方法,通过使用无人机从机插田的上方进行画面拍摄,以此获取处方图,通过以目标杂草群为中心点,从其正上方向东南西北四个方向进行飞行,飞行轨迹是以正上方的拍摄高度为半径的一扇形,飞行过程中以无人机相机镜头面与水平面的夹角变化为参考值,夹角每改变10度,拍摄一张照片,一共拍摄9张处方图,然后东南西北四个方向获取四组,然后针对每一组照片进行分析,根据角度变化和草丛在整个照片的斑块占比变化来进行计算,然后根据二维计算结构进行三维计算转化,从而对每一块杂草群的面积和高度进行精准分析,根据分析结果来调整药物喷洒的量,一方面有效保证投撒量和投撒位置精准,另一方面能够避免过量导致浪费和污染。
17.2、该水稻机插田除草无人机处方图修正方法,通过将两组压块向中部按压,使得压块带动卡柱收缩至连接插块的内部,然将旋翼头向上拔起,使得旋翼头被拆卸下来,方便收储和更换,然后将活动挡盖向上拉动,使得活动挡盖带动t形杆向上移动,此时锁紧弹簧被压缩,同时使得定位插杆从定位孔内部移出,然后将旋转支架向贴近无人机主体内侧旋转,使得旋转支架进行折叠收纳,然后松开活动挡盖,在锁紧弹簧的作用下,定位插杆插入到另一组定位孔内部进行固定,同时起落架保持收纳状态,方便进行收储携带。
18.3、该水稻机插田除草无人机处方图修正方法,两组伺服电机先后进行旋转,使得伺服电机通过齿轮带动旋转轴进行转动,使得两组u形转动架杆先后向内侧转动收纳至收纳槽的内部,然后控制无人机主体按照既定的飞行轨迹进行飞行,并且过程中,通过相机云台保持该多光谱运动相机能够始终保持正对目标区域进行拍摄,而收纳状态的起落架不会在拍摄过程中造成画面干扰,避免影响计算结果。
附图说明
19.图1为本发明无人机摄图方法示意图图;图2为本发明无人机主体外表面结构示意图;图3为本发明无人机主体底部结构示意图;图4为本发明无人机主体折叠状态展示图;图5为本发明旋翼支架外表面结构示意图;图6为本发明旋翼支架与连接定位机构内部结构爆炸图;图7为本发明旋翼支架与插装式旋翼内部结构爆炸图;图8为本发明起落架内部结构剖视图。
20.图中:1、无人机主体;2、旋翼支架;21、旋转支架;22、伺服马达;23、连接定位机构;231、连接座;232、固定轴;233、活动挡盖;234、t形杆;235、锁紧弹簧;236、定位插杆;24、定位孔;25、插座;26、旋转座;3、插装式旋翼;31、旋翼头;32、翼翅;33、连接插块;34、压块;35、卡柱;36、记忆弹簧;4、起落架;41、u形转动架杆;42、伺服电机;43、设备座;44、支撑管;45、旋转轴;46、旋转头;47、齿轮;5、多光谱运动相机;6、相机云台;7、收纳槽。
实施方式
21.本发明实施例公开水稻机插田除草无人机处方图修正方法,如图1-8所示,为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,并通过实施例
的方式,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例
22.如图1-8所示水稻机插田除草无人机处方图修正方法,包括以下步骤;第一步,利用多光谱无人机垂直向下摄影获取机插田(含草丛)处方图;第二步,以水平面为基准面,根据处方图信息,令无人机飞临每一个杂草丛正上方h米处;设无人机相机镜头面与水平面夹角为θ;令无人机从杂草丛正上方开始,以杂草丛中心为球心,以h为飞行半径,从草丛正上方a处,沿球形面由正南往正北飞行,使θ角度由0度逐渐增大至80度,每增大10度,获取1张处方图,共9张;第三步,使无人机从a处,沿着球面,向正南、正东、正西三个方西,重复第二步,各方位获取9张处方图;第四步,“草丛高度/水稻平均高度”的判断与估测:针对某一个具体的草丛,当θ为从0度增加至80度(θ0、θ1、θ2、θi、θi+1......θ8)时,其在处方图上所对应的斑块占处方图总面积的百分比设x0%、x1%...x2%、xi%、xi+1%... x8%;当夹角从θi增至θi+1时,在处方图上对应的占比也将从xi%变为x(i+1)%,其中,夹角为θx时,若:x(i+1)%-xi%》0,则草丛高出水稻,x(i+1)% =xi% +(l/tagθ)*w。
23.若:x(i+1)%-xi% =0,则草丛与水稻齐高;若:x(i+1)%-xi%《0,则草丛最高点位于水稻之下,sx=s*sin(θ)。
24.第五步,除草剂剂量的赋值,将二维平面计算方式,修改为三维体积计算方式,对处方图进行修饰并重新赋值,根据第四步中θ角度增大而得到xi+1%相对于xi%的衰减比率,对处方图中除草剂施药量进行赋值处理。设水稻株高h为基准,设各个草丛高度b1,b2,b3...bx...bi...by,设各杂草丛面积占比为s1,s2,s3,...sx,...si,...sy,设水稻面积占比为sr,各个草丛模拟体积比为b1
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sy,稻田水稻体积约为h*sy,因此,各体积单元相加,为:b1
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sy + h*sy=100%。各个草丛体积单元的出药量为(b1
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h*sy)*100*α(推荐剂量,下同), (b2
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h*sy)*100*α...,以此根据杂草丛的高度来区分施药量,更加精准。
25.工作原理;该方法通过使用无人机从机插田的上方进行画面拍摄,以此获取处方图,通过以目标杂草群为中心点,从其正上方向东南西北四个方向进行飞行,飞行轨迹是以正上方的拍摄高度为半径的一扇形,飞行过程中以无人机相机镜头面与水平面的夹角变化为参考值,夹角每改变10度,拍摄一张照片,一共拍摄9张处方图,然后东南西北四个方向获取四组,然后针对每一组照片进行分析,根据角度变化和草丛在整个照片的斑块占比变化来进行计算,然后根据二维计算结构进行三维计算转化,从而对每一块杂草群的面积和高度进行精准分析,根据分析结果来调整药物喷洒的量,一方面有效保证投撒量和投撒位置精准,另一方面能够避免过量导致浪费和污染。
实施例
26.如图1-8所示的一种无人机,包括无人机主体1和安装于无人机主体1底部用于画
面拍摄的多光谱运动相机5,多光谱运动相机5与无人机主体1之间安装有相机云台6,无人机主体1的侧面安装有便于折叠的旋翼支架2,旋翼支架2的端部安装有便于拆装的插装式旋翼3,无人机主体1的底部安装有可折叠的起落架4。
27.旋翼支架2包括旋转支架21和安装于旋转支架21一端的连接定位机构23,连接定位机构23固定连接在无人机主体1的外表面,连接定位机构23的内部设置有用于固定旋转支架21的定位插杆236,旋转支架21的另一端底部安装有伺服马达22,伺服马达22的输出端与插装式旋翼3活动卡接。
28.连接定位机构23包括连接座231和固定在连接座231内部的固定轴232,旋转支架21转动连接在固定轴232的外表面,连接座231的顶部设置有活动挡盖233,定位插杆236的顶端固定连接在活动挡盖233的底部,定位插杆236贯穿连接座231顶壁,旋转支架21的外表面开设有定位孔24,定位插杆236的底端活动插接在定位孔24的内部。
29.活动挡盖233的下表面中部固定连接有t形杆234,t形杆234的外表面活动套接有锁紧弹簧235,t形杆234和锁紧弹簧235均活动插接在固定轴232的内部。
30.插装式旋翼3包括旋翼头31和固定在旋翼头31外表面的翼翅32,旋翼头31的底部固定连接有连接插块33,伺服马达22的顶部设置有插座25,插座25的内部转动连接有旋转座26,连接插块33活动卡接在旋转座26的内部。
31.旋翼头31的内部两侧均设置有压块34,两组压块34相对的一侧设置有记忆弹簧36,两组压块34向背的一侧固定连接有卡柱35,卡柱35贯穿连接插块33,卡柱35活动插接在旋转座26的内侧壁中,旋转座26与伺服马达22的输出端固定连接,旋转支架21的内部贯穿有导线,用于无人机主体1与伺服马达22进行电性连接。
32.起落架4包括u形转动架杆41和安装于u形转动架杆41顶部的支撑管44,支撑管44的一侧设置有伺服电机42,伺服电机42用于驱动u形转动架杆41旋转,无人机主体1的底部开设有收纳槽7,u形转动架杆41安装于收纳槽7的内部,展开状态下,两组u形转动架杆41的底端处于同一水平面,一组u形转动架杆41的内侧宽度大于另一组u形转动架杆41的外侧宽度,而两组支撑管44的水平高度呈错位设置,以此方便两组u形转动架杆41在收纳时进行上下堆叠。
33.支撑管44的侧面固定连接有设备座43,伺服电机42安装于设备座43的内部,支撑管44的内部转动连接有旋转轴45,旋转轴45的两端外表面转动连接有旋转头46,u形转动架杆41与旋转头46固定连接,旋转轴45的外表面和伺服电机42的输出端均安装有齿轮47,且两组齿轮47相啮合。
34.工作原理;该无人机应用于处方图拍摄过程,在使用时,无人机主体1内部装配有蓄电池和控制主板,蓄电池用于机身整体供电,控制主板用于控制机身各个部件工作,同时与地面遥控设备进行无线传输连接;在使用时,无人机主体1通过其侧面四组插装式旋翼3进行飞行,当飞行至目标拍摄起点时,通过远程控制两组伺服电机42先后进行旋转,使得伺服电机42通过齿轮47带动旋转轴45进行转动,使得两组u形转动架杆41先后向内侧转动收纳至收纳槽7的内部,然后控制无人机主体1按照既定的飞行轨迹进行飞行,并且过程中,通过相机云台6保持该多光谱运动相机5能够始终保持正对目标区域进行拍摄,而收纳状态的起落架4不会在拍摄过程中造成画面干扰,避免影响计算结果,在飞行结束后,通过控制两组伺服电机42先后进行反
转,使得起落架4撑开,便于落地时进行保护;同时在使用结束后,通过将两组压块34向中部按压,使得压块34带动卡柱35收缩至连接插块33的内部,然将旋翼头31向上拔起,使得旋翼头31被拆卸下来,方便收储和更换,然后将活动挡盖233向上拉动,使得活动挡盖233带动t形杆234向上移动,此时锁紧弹簧235被压缩,同时使得定位插杆236从定位孔24内部移出,然后将旋转支架21向贴近无人机主体1内侧旋转,使得旋转支架21进行折叠收纳,然后松开活动挡盖233,在锁紧弹簧235的作用下,定位插杆236插入到另一组定位孔24内部进行固定,同时起落架4保持收纳状态,方便进行收储携带。
35.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
技术特征:
1.水稻机插田除草无人机处方图修正方法,其特征在于:包括以下步骤;第一步,利用多光谱无人机垂直向下摄影获取机插田(含草丛)处方图;第二步,以水平面为基准面,根据处方图信息,令无人机飞临每一个杂草丛正上方h米处;设无人机相机镜头面与水平面夹角为θ;令无人机从杂草丛正上方开始,以杂草丛中心为球心,以h为飞行半径,从草丛正上方a处,沿球形面由正南往正北飞行,使θ角度由0度逐渐增大至80度,每增大10度,获取1张处方图,共9张;第三步,使无人机从a处,沿着球面,向正南、正东、正西三个方西,重复第二步,各方位获取9张处方图;第四步,“草丛高度/水稻平均高度”的判断与估测:针对某一个具体的草丛,当θ为从0度增加至80度(θ0、θ1、θ2、θi、θi+1......θ8)时,其在处方图上所对应的斑块占处方图总面积的百分比设x0%、x1%...x2%、xi%、xi+1%... x8%;当夹角从θi增至θi+1时,在处方图上对应的占比也将从xi%变为x(i+1)%,其中,夹角为θx时,若:x(i+1)%-xi% >0,则草丛高出水稻,x(i+1)% =xi% +(l/tagθ)*w;若:x(i+1)%-xi% =0,则草丛与水稻齐高;若:x(i+1)%-xi%<0,则草丛最高点位于水稻之下,sx=s*sin(θ);第五步,除草剂剂量的赋值,将二维平面计算方式,修改为三维体积计算方式,对处方图进行修饰并重新赋值,根据第四步中θ角度增大而得到xi+1%相对于xi%的衰减比率,对处方图中除草剂施药量进行赋值处理。设水稻株高h为基准,设各个草丛高度b1,b2,b3...bx...bi...by,设各杂草丛面积占比为s1,s2,s3,...sx,...si,...sy,设水稻面积占比为sr,各个草丛模拟体积比为b1
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s1,b2
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s2,b3
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s3,...bx
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sx,...bi
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si,...by
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sy,稻田水稻体积约为h*sy,因此,各体积单元相加,为:b1
×
s1 + b2
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s2 + b3
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s3 + bx
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sy + h*sy=100%。各个草丛体积单元的出药量为(b1
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h*sy)*100*α(推荐剂量,下同), (b2
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h*sy)*100*α,... (bi
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si)/(100%
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h*sy)*100*α...,以此根据杂草丛的高度来区分施药量,更加精准。2.根据权利要求1所述的无人机,其特征在于:包括无人机主体(1)和安装于无人机主体(1)底部用于画面拍摄的多光谱运动相机(5),所述多光谱运动相机(5)与无人机主体(1)之间安装有相机云台(6),所述无人机主体(1)的侧面安装有便于折叠的旋翼支架(2),所述旋翼支架(2)的端部安装有便于拆装的插装式旋翼(3),所述无人机主体(1)的底部安装有可折叠的起落架(4)。3.根据权利要求2所述的无人机,其特征在于:所述旋翼支架(2)包括旋转支架(21)和安装于旋转支架(21)一端的连接定位机构(23),所述连接定位机构(23)固定连接在无人机主体(1)的外表面,所述连接定位机构(23)的内部设置有用于固定旋转支架(21)的定位插杆(236),所述旋转支架(21)的另一端底部安装有伺服马达(22),所述伺服马达(22)的输出端与插装式旋翼(3)活动卡接。4.根据权利要求3所述的无人机,其特征在于:所述连接定位机构(23)包括连接座(231)和固定在连接座(231)内部的固定轴(232),所述旋转支架(21)转动连接在固定轴(232)的外表面,所述连接座(231)的顶部设置有活动挡盖(233),所述定位插杆(236)的顶端固定连接在活动挡盖(233)的底部,所述定位插杆(236)贯穿连接座(231)顶壁,所述旋转
支架(21)的外表面开设有定位孔(24),所述定位插杆(236)的底端活动插接在定位孔(24)的内部。5.根据权利要求4所述的无人机,其特征在于:所述活动挡盖(233)的下表面中部固定连接有t形杆(234),所述t形杆(234)的外表面活动套接有锁紧弹簧(235),所述t形杆(234)和锁紧弹簧(235)均活动插接在固定轴(232)的内部。6.根据权利要求3所述的无人机,其特征在于:所述插装式旋翼(3)包括旋翼头(31)和固定在旋翼头(31)外表面的翼翅(32),所述旋翼头(31)的底部固定连接有连接插块(33),所述伺服马达(22)的顶部设置有插座(25),所述插座(25)的内部转动连接有旋转座(26),所述连接插块(33)活动卡接在旋转座(26)的内部。7.根据权利要求6所述的无人机,其特征在于:所述旋翼头(31)的内部两侧均设置有压块(34),两组所述压块(34)相对的一侧设置有记忆弹簧(36),两组所述压块(34)向背的一侧固定连接有卡柱(35),所述卡柱(35)贯穿连接插块(33),所述卡柱(35)活动插接在旋转座(26)的内侧壁中,所述旋转座(26)与伺服马达(22)的输出端固定连接。8.根据权利要求2所述的无人机,其特征在于:所述起落架(4)包括u形转动架杆(41)和安装于u形转动架杆(41)顶部的支撑管(44),所述支撑管(44)的一侧设置有伺服电机(42),所述伺服电机(42)用于驱动u形转动架杆(41)旋转,无人机主体(1)的底部开设有收纳槽(7),所述u形转动架杆(41)安装于收纳槽(7)的内部。9.根据权利要求8所述的无人机,其特征在于:所述支撑管(44)的侧面固定连接有设备座(43),所述伺服电机(42)安装于设备座(43)的内部,所述支撑管(44)的内部转动连接有旋转轴(45),所述旋转轴(45)的两端外表面转动连接有旋转头(46),所述u形转动架杆(41)与旋转头(46)固定连接,所述旋转轴(45)的外表面和伺服电机(42)的输出端均安装有齿轮(47),且两组齿轮(47)相啮合。
技术总结
本发明公开水稻机插田除草无人机处方图修正方法,涉及稻田施药测量领域。该水稻机插田除草无人机处方图修正方法,通过使用无人机从机插田的上方进行画面拍摄,以目标杂草群为中心点,从其正上方向东南西北四个方向进行飞行,飞行轨迹是以正上方的拍摄高度为半径的一扇形,飞行过程中以无人机相机镜头面与水平面的夹角变化为参考值,夹角每改变10度,拍摄一张照片,一共拍摄9张处方图,四个方向获取四组,针对每一组照片进行分析,根据角度变化和草丛在整个照片的斑块占比变化来进行计算,然后根据二维计算结构进行三维计算转化,从而对每一块杂草群的面积和高度进行精准分析,根据分析结果来调整药物喷洒的量。分析结果来调整药物喷洒的量。分析结果来调整药物喷洒的量。
技术研发人员:史骏 张华峰 谌江华 柴伟纲 朱诗君 王芳 汪峰 金树权
受保护的技术使用者:宁波市农业科学研究院
技术研发日:2023.06.13
技术公布日:2023/9/7
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