基于BDS的农机定位发展策略研究

张宝玉，严寒

（江苏食品药品职业技术学院，江苏淮安 223003）

1 农机定位系统概述

化学农药的施用是农业生产的重要环节之一。过量使用化学药品会导致化学药品溢出，造成严重的环境问题。喷洒在减少收获损失和提高生产力方面可发挥重要作用。过量使用杀虫剂会造成各种不良后果，例如害虫对强力杀虫剂的免疫力增强、许多有益害虫、害虫的天敌以及有害害虫的天敌遭到破坏，从而导致昆虫数量增加。过度使用杀虫剂使得靠昆虫授粉的植物无法结果。在特定地点喷洒杀虫剂有助于减少精细农业和精密水果种植中使用的杀虫剂数量。实际上只有30%～40%的杀虫剂沉积在目标上，大多数杀虫剂在环境中流失，对环境造成，严重污染。用不同的化学物质保护植物的目的是防止植物受到感染。农机定位系统通过提高农药处理的有效性，有助于创新设备的进步，减少操作和环境费用。使用传感器跟踪树冠、距离和空间可以确保更好地利用昂贵的投入，从而为基本的农业实践提供了一种可持续的方法。

2 喷药设备系统分析

2.1 系统分析

本文将利用控制中心(应用软件)，将喷药设备位置信息与农田信息分布图、解释施药处方图充分结合起来，来计算喷药数量。通过BDS（北斗卫星导航系统）接收器获取喷药机精确位置信息，嵌入式GIS系统车载计算机根据农田信息采集系统生成农田信息分布图和解读施药处方图。通过对喷药脉宽数据的处理，以喷药机的位置信息、行走速度、回路压力和前期工作信息为基础，在喷药压不变的情况下，计算出喷药脉宽数据，再通过驱动电路精确控制控制喷药机进气口电磁阀的开启时间，从而实现变量喷药控制。喷药设备功能示意见图1。

图1 喷药设备功能示意图Fig.1 The function diagram of spraying equipment

2.2 超声波传感器系统

基于超声波传感器的系统可以非常快速和自动地测量距离。超声波传感器测量时间延迟信息来测量距离。传输和声音脉冲反射之间的延迟时间与传感器和物体之间的距离成正比。声速用来计算距离。超声波传感器主要由发射机、接收机2部分组成。发射器向目标物体发送超声波脉冲，反射的脉冲在接收器处接收。两个脉冲之间的时间差表示飞行时间。目标距离用飞行时间乘以声速计算。

利用超声波传感器的作物识别系统（CIS）已经发展起来，以确定目标的特征、尺寸和密度。喷雾机样机能够根据目标冠层的特点、作物的病害程度或环境条件自动适应喷雾机和气流组织。研究发现，在多感官过程中，超声波路径与传感器之间的分离可以减少传感器之间的干扰。这些测试方法对于设计现场使用的距离传感器的标准测试程序是有用的。到目前为止，只有超声波传感器被广泛用于开发可变喷雾器或果园、苗圃和葡萄园。然而，利用超声波传感器和其他类型的传感器测量树木作物冠层结构和特性的研究越来越多，这是研制树木作物变量喷雾器的关键步骤。使用这种超声波传感器的好处是它的可用性、耐用性和低价格。

2.3 机器视觉系统

机器视觉是计算机“看见”的能力人工视觉系统使用一个或多个摄像机获取计算机必须解释的图像。当被横穿的道路与背景不同时，自动视觉技术可以用于自动驾驶车辆。视觉管理具有利用局部函数控制车辆导航的优点。机器视觉系统在驾驶汽车时的性能可以与高精度激光雷达传感器相比。一般来说，需要复杂的方法来提取有价值的信息。

视觉系统包括几个复杂的算法处理，处理和识别图像。因此所需的计算量增加，需要使用特殊的处理器。彩色视觉系统提高了喷雾系统的性能。颜色为目标检测提供了额外的信息来源，但它增加了计算量。在识别阶段之后，观测阶段根据前一阶段的数据和控制算法来决定要做什么。计算机从单个传感器收集大量数据的能力使其成为自治系统的极佳选择。计算量大是视觉系统的一大缺陷，限制了其实时应用。在某些应用中，视觉系统的高成本也是一个问题。

3 结语

本研究开发的具有智能功能的苗圃和果园智能喷雾器原型机与传统的化学应用系统相比具有若干优点。根据目标树冠的需要调整喷雾量的变速控制技术。它不仅可以降低种植者的化学成本，而且还可以减少由于达不到目标的化学物质的显著减少而造成的潜在环境污染的风险。它实现了全自动变速喷雾任务，没有人的参与。在过去的40年里，新的替代和环境友善喷洒技术的发展才刚刚开始。目标是尽可能低地使用杀虫剂，只有在必要时才使用可变流量的喷雾器，以减少对环境的破坏。机器视觉系统最先进的特点是能够在较短的时间内捕捉到果园的巨大图像，因此对于树冠的检测来说是一个非常有吸引力的声音。然而计算机生成的三维数字农场面积模型还没有提供足够的功能来覆盖叶片的宽度、高度和数量来估计叶面积指数。光学传感方法为树冠的电子特性，激光雷达传感器，提供最精确和全面的数据。如果有适当的软件支持，一个基于激光雷达的信号可以提供理想的设备，以低成本产生三维空间。为了实现这些目标，激光雷达将成为未来喷洒原型研制过程中必不可少的传感器。