本發(fā)明涉及農(nóng)用無人機(jī)管控，具體是一種農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的施藥安全控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、農(nóng)業(yè)航空植保技術(shù)是植保機(jī)械的重要組成部分之一，與傳統(tǒng)的人工施藥和地面機(jī)械施藥相比，采用植保無人機(jī)施藥無需與地面接觸，可以在丘陵和山地等人工和地面機(jī)械難以下地的區(qū)域進(jìn)行噴施作業(yè)，同時(shí)由于其機(jī)動性強(qiáng)，在面對大規(guī)模蟲害時(shí)，能快速轉(zhuǎn)移作業(yè)，有效減少蟲害帶來的損失；

2、在公開號為cn116686814a的中國發(fā)明專利中公開了一種植保無人機(jī)的施藥控制方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，旨在提供一種高效精準(zhǔn)的農(nóng)作物施藥方案，該方案實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田信息獲取、蟲害監(jiān)測、施藥時(shí)間確定和施藥效果評估的一體化，提高了植保無人機(jī)施藥的效率和準(zhǔn)確性；

3、然而上述技術(shù)方案主要側(cè)重于施藥前的監(jiān)測規(guī)劃和施藥后的效果評估，在實(shí)際運(yùn)用過程中無法對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的運(yùn)行環(huán)境和施藥精準(zhǔn)性表現(xiàn)進(jìn)行合理分析并及時(shí)預(yù)警，不利于保證農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)施藥過程的安全穩(wěn)定性并提升施藥效果，管理人員難以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的有效管控；

4、針對上述的技術(shù)缺陷，現(xiàn)提出一種解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的施藥安全控制系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的運(yùn)行環(huán)境和施藥精準(zhǔn)性表現(xiàn)進(jìn)行合理分析并及時(shí)預(yù)警，不利于保證農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行并提升施藥效果，難以對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)進(jìn)行有效管控的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的施藥安全控制系統(tǒng)，包括高精度定位模塊、智能識別避障模塊、環(huán)境感知決策模塊、施藥精準(zhǔn)性評估模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控響應(yīng)平臺；高精度定位模塊采用gps和北斗雙模衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，結(jié)合rtk差分定位技術(shù)，對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)進(jìn)行高精度定位，且將農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的實(shí)時(shí)定位信息發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控響應(yīng)平臺；智能識別避障模塊集成高清攝像頭和紅外傳感器，利用深度學(xué)習(xí)算法對農(nóng)田作物進(jìn)行智能識別，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測并自動規(guī)避農(nóng)田中的障礙物，且將農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的識別避障信息發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控響應(yīng)平臺；

4、環(huán)境感知決策模塊采集農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)所處運(yùn)行環(huán)境的環(huán)境數(shù)據(jù)，基于各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境感知決策分析，據(jù)此以生成環(huán)境感知報(bào)警信號或環(huán)境感知無礙信號；在生成環(huán)境感知無礙信號時(shí)通過施藥精準(zhǔn)性評估模塊對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的施藥精準(zhǔn)性進(jìn)行評估分析，通過分析生成施藥高精準(zhǔn)信號或施藥低精準(zhǔn)信號，在生成環(huán)境感知報(bào)警信號或施藥低精準(zhǔn)信號時(shí)使遠(yuǎn)程監(jiān)控響應(yīng)平臺發(fā)出預(yù)警。

5、進(jìn)一步的，環(huán)境感知決策分析的具體分析過程包括：

6、通過分析獲取到施藥效果影響系數(shù)和施藥穩(wěn)定影響系數(shù)，將施藥效果影響系數(shù)和施藥穩(wěn)定影響系數(shù)與預(yù)設(shè)施藥效果影響系數(shù)閾值和預(yù)設(shè)施藥穩(wěn)定影響系數(shù)閾值分別進(jìn)行數(shù)值比較，若施藥效果影響系數(shù)或施藥穩(wěn)定影響系數(shù)超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則生成環(huán)境感知報(bào)警信號；若施藥效果影響系數(shù)和施藥穩(wěn)定影響系數(shù)均未超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則生成環(huán)境感知無礙信號。

7、進(jìn)一步的，施藥效果影響系數(shù)的分析獲取方法具體如下：

8、采集到單位時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)所處運(yùn)行環(huán)境的平均溫度、平均濕度和平均光照強(qiáng)度，將平均溫度相較于所設(shè)定適宜溫度范圍的中值進(jìn)行差值計(jì)算并取絕對值以得到施藥溫測值，同理獲取到施藥濕測值和施藥光測值；通過將施藥溫測值、施藥濕測值和施藥光測值進(jìn)行加權(quán)求和計(jì)算得到施藥效果影響系數(shù)。

9、進(jìn)一步的，施藥穩(wěn)定影響系數(shù)的分析獲取方法具體如下：

10、采集到農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)所處運(yùn)行環(huán)境的能見度、電磁干擾強(qiáng)度和風(fēng)速，將能見度、電磁干擾強(qiáng)度和風(fēng)速分別與預(yù)設(shè)能見度閾值、預(yù)設(shè)電磁干擾強(qiáng)度閾值和預(yù)設(shè)風(fēng)速閾值進(jìn)行數(shù)值比較；若電磁干擾強(qiáng)度或風(fēng)速超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，或能見度未超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則判斷農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)處于施藥非穩(wěn)定狀態(tài)；

11、獲取到單位時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)處于施藥非穩(wěn)定狀態(tài)的總時(shí)長并將其標(biāo)記為施藥險(xiǎn)時(shí)值，以及將單位時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)所處運(yùn)行環(huán)境的能見度的平均值標(biāo)記為視線阻礙值，并將單位時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)所處運(yùn)行環(huán)境的電磁干擾強(qiáng)度的平均值標(biāo)記為電磁阻礙值，且將單位時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)所處運(yùn)行環(huán)境的風(fēng)速的平均值標(biāo)記為風(fēng)力阻礙值；通過將施藥險(xiǎn)時(shí)值、視線阻礙值、電磁阻礙值和風(fēng)力阻礙值進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得到施藥穩(wěn)定影響系數(shù)。

12、進(jìn)一步的，施藥精準(zhǔn)性評估模塊的具體分析過程包括：

13、采集到農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)進(jìn)行施藥時(shí)的施藥速度和噴灑壓力，將施藥速度相較于所設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)施藥速度的偏離值標(biāo)記為施藥速異值，以及將噴灑壓力相較于所設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)噴灑壓力的偏離值標(biāo)記為施藥壓異值；

14、通過將施藥速異值和施藥壓異值進(jìn)行加權(quán)求和計(jì)算得到施藥檢測值，將施藥檢測值與預(yù)設(shè)施藥檢測閾值進(jìn)行數(shù)值比較，若施藥檢測值超過預(yù)設(shè)施藥檢測閾值，則將相應(yīng)施藥檢測值標(biāo)記為施藥異檢值；

15、獲取到單位時(shí)間內(nèi)施藥異檢值的數(shù)量占比值并將其標(biāo)記為施藥異表值，以及將單位時(shí)間內(nèi)的所有施藥檢測值進(jìn)行均值計(jì)算得到施藥特征值，將施藥異表值和施藥特征值與預(yù)設(shè)施藥異表閾值和預(yù)設(shè)施藥特征閾值分別進(jìn)行數(shù)值比較，若施藥異表值或施藥特征值超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則生成施藥低精準(zhǔn)信號。

16、進(jìn)一步的，若施藥異表值和施藥特征值均未超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則基于實(shí)時(shí)定位信息獲取到單位時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的飛行軌跡偏離所設(shè)定飛行路線的發(fā)生次數(shù)并將其標(biāo)記為施藥路徑異頻值，且將相應(yīng)軌跡偏離過程的持續(xù)時(shí)長和偏離幅度與預(yù)設(shè)持續(xù)時(shí)長閾值和預(yù)設(shè)偏離幅度閾值分別進(jìn)行數(shù)值比較；若持續(xù)時(shí)長或偏離幅度超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則向相應(yīng)軌跡偏離過程賦予軌跡執(zhí)行符號ty-1；

17、獲取到單位時(shí)間內(nèi)軌跡執(zhí)行符號ty-1的賦予次數(shù)并將其標(biāo)記為軌跡執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)值，通過將施藥異表值、施藥特征值、施藥路徑異頻值和軌跡執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得到施藥精準(zhǔn)影響系數(shù)，將施藥精準(zhǔn)影響系數(shù)與預(yù)設(shè)施藥精準(zhǔn)影響系數(shù)閾值進(jìn)行數(shù)值比較，若施藥精準(zhǔn)影響系數(shù)超過預(yù)設(shè)施藥精準(zhǔn)影響系數(shù)閾值，則生成施藥低精準(zhǔn)信號；若施藥精準(zhǔn)影響系數(shù)未超過預(yù)設(shè)施藥精準(zhǔn)影響系數(shù)閾值，則生成施藥高精準(zhǔn)信號。

18、進(jìn)一步的，施藥精準(zhǔn)性評估模塊通信連接無人機(jī)分析模塊，施藥精準(zhǔn)性評估模塊將施藥高精準(zhǔn)信號發(fā)送至無人機(jī)分析模塊，無人機(jī)分析模塊接收到施藥高精準(zhǔn)信號時(shí)對無人機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測分析，通過分析生成無人機(jī)報(bào)警信號或無人機(jī)正常信號，且將無人機(jī)報(bào)警信號發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控響應(yīng)平臺，遠(yuǎn)程監(jiān)控響應(yīng)平臺接收到無人機(jī)報(bào)警信號時(shí)發(fā)出相應(yīng)預(yù)警。

19、進(jìn)一步的，無人機(jī)分析模塊的具體分析過程包括：

20、獲取到農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)中所儲存的實(shí)時(shí)農(nóng)藥藥量并將其標(biāo)記為農(nóng)藥攜帶值，以及獲取到農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的實(shí)時(shí)電量并將其標(biāo)記為電量存留值，將農(nóng)藥攜帶值和電量存留值與預(yù)設(shè)農(nóng)藥攜帶閾值和預(yù)設(shè)電量存留閾值分別進(jìn)行數(shù)值比較，若農(nóng)藥攜帶值或電量存留值未超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則生成無人機(jī)報(bào)警信號。

21、進(jìn)一步的，若農(nóng)藥攜帶值和電量存留值均超過對應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則采集到農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要監(jiān)測的運(yùn)行參數(shù)，獲取到相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的檢測數(shù)據(jù)，在相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的檢測數(shù)據(jù)未滿足對應(yīng)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)要求時(shí)采集其數(shù)據(jù)偏離值，將單位時(shí)間內(nèi)相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的所有數(shù)據(jù)偏離值進(jìn)行均值計(jì)算得到數(shù)據(jù)偏表值，且將單位時(shí)間內(nèi)相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)偏離值的最大值標(biāo)記為數(shù)據(jù)偏幅值；

22、以及將單位時(shí)間內(nèi)相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的檢測數(shù)據(jù)未滿足對應(yīng)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)要求的發(fā)生頻率標(biāo)記為參數(shù)非符頻率，通過將數(shù)據(jù)偏表值、數(shù)據(jù)偏幅值和參數(shù)非符頻率進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得到無人機(jī)參檢值，將無人機(jī)參檢值與對應(yīng)預(yù)設(shè)無人機(jī)參檢閾值進(jìn)行數(shù)值比較，若無人機(jī)參檢值超過對應(yīng)預(yù)設(shè)無人機(jī)參檢閾值，則將相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)標(biāo)記為非合規(guī)參數(shù)；若單位時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)存在非合規(guī)參數(shù)，則生成無人機(jī)報(bào)警信號；

23、若單位時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)不存在非合規(guī)參數(shù)，則事先設(shè)定每組運(yùn)行參數(shù)分別對應(yīng)一組預(yù)設(shè)權(quán)重值，將相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的無人機(jī)參檢值與對應(yīng)預(yù)設(shè)無人機(jī)參檢閾值的比值標(biāo)記為無人機(jī)參占值，將相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的無人機(jī)參占值與對應(yīng)預(yù)設(shè)權(quán)重值的乘積標(biāo)記為無人機(jī)參測值，且將所有運(yùn)行參數(shù)的無人機(jī)參測值進(jìn)行求和計(jì)算得到無人機(jī)分析值，將無人機(jī)分析值與預(yù)設(shè)無人機(jī)分析閾值進(jìn)行數(shù)值比較，若無人機(jī)分析值超過預(yù)設(shè)無人機(jī)分析閾值，則生成無人機(jī)報(bào)警信號；若無人機(jī)分析值未超過預(yù)設(shè)無人機(jī)分析閾值，則生成無人機(jī)正常信號。

24、進(jìn)一步的，本發(fā)明還提出了一種農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的施藥安全控制方法，包括以下步驟：

25、步驟一、啟動農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)，農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)按照所設(shè)定的飛行路線進(jìn)行飛行并施藥；

26、步驟二、高精度定位模塊對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)進(jìn)行高精度定位，智能識別避障模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并控制農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)自動規(guī)避農(nóng)田中的障礙物；

27、步驟三、環(huán)境感知決策模塊采集農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)所處運(yùn)行環(huán)境的環(huán)境數(shù)據(jù)，基于各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境感知決策分析；

28、步驟四、在生成環(huán)境感知無礙信號時(shí)，通過施藥精準(zhǔn)性評估模塊對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的施藥精準(zhǔn)性進(jìn)行評估分析；

29、步驟五、在生成環(huán)境感知報(bào)警信號或施藥低精準(zhǔn)信號時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控響應(yīng)平臺發(fā)出預(yù)警。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

31、1、本發(fā)明中，通過高精度定位模塊和智能識別避障模塊進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的定位和避障，以確保農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)飛行安全，且通過環(huán)境感知決策模塊進(jìn)行環(huán)境感知決策分析，在生成環(huán)境感知無礙信號時(shí)對農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的施藥精準(zhǔn)性進(jìn)行評估分析，能夠合理分析并準(zhǔn)確反饋農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)所處施藥環(huán)境的環(huán)境狀況和施藥精準(zhǔn)性表現(xiàn)，有利于保證農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的施藥效果，顯著降低管理人員的管控難度；

32、2、本發(fā)明中，通過施藥精準(zhǔn)性評估模塊將施藥高精準(zhǔn)信號發(fā)送至無人機(jī)分析模塊，無人機(jī)分析模塊接收到施藥高精準(zhǔn)信號時(shí)對無人機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測分析，能夠逐步遞進(jìn)式判斷農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的運(yùn)行隱患并及時(shí)預(yù)警，以提醒管理人員作出針對性的應(yīng)對措施，進(jìn)一步保證農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和降低管理人員的管理難度，智能化程度高。