农药精准使用课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,农药精准使用,1.1,农药精准使用的定义,一,.,农药精准使用技术概述,农药精准使用（,precision pesticide application,PPA,）：利用现代农林生产工艺和先进技术，设计在自然环境中基于实时视觉传感或基于地图的农药精准施用方法该方法涵盖施药过程中的目标信息采集、目标识别、施药决策、可变量喷雾执行等农药精确使用的主要技术要点，以节约农药、提高农药使用效率和减轻农药环境污染，改善农林病虫害防治中的施药工艺和施药器械，实现农林病虫草害防治的农药使用技术的智能化、精确化和自动化，促进生态环境保护和农林生产的可持续发展简而言之，农药精准使用技术就是要实现定时、定量和定点施药1.2,农药精准使用的意义,传统农药使用方法是对病虫草害发生区域采用相同的施药处理这种忽视病虫草害时空差异性的方法导致农药投入成本加大，污染环境显然，与传统农药使用技术相比，采用可变量技术的农药精确技术可以准确地根据农林病虫草害危害状况和农田状况进行精确处理。

归纳起来，精确施用农药具有以下意义一,.,农药精准使用技术概述,精确施药促进人类社会的可持续发展,精确施药技术的推广可以带动相关产业链的发展,精确施药技术的推广可提高农林生产效率,一,.,农药精准使用技术概述,农药精准使用技术通常在确认识别病虫草害相关特征差异性基础上，充分获取目标的时空差异性信息，采取技术上可行、经济上有效地农药使用方案，仅对病虫草危害区域进行按需定点喷雾根据目前国内外普遍采用的农药精准使用系统，通常有两种方式：基于实时传感的农药精准使用系统和基于地图的农药精确使用系统二,.,农药精准使用原理,2.1,农药精确使用系统组成,全球定位系统,田间定位系统,地理信息系统,计算机（控制器）,遥感系统,可变量施用设备,机载传感器,2.1.1,典型的基于地图的农药精确使用框图,二,.,农药精准使用原理,CCD,及图像采集卡,目标,计算机,（图像处理系统）,可变量喷雾控制器,喷雾装置,地速传感器,二,.,农药精准使用原理,2.1.2,基于实时传感的农药精确使用系统,如何实现定时、定量、定点喷洒农药的农药精确使用呢,?,图,2.5,给出农药精确对靶使用方法的总体系统方案，整个农药精确对靶使用系统分为三个子系统，每个系统又包括若干个模块，每个模块实现特定的功能或任务，最后再将这些模块通过特定的硬件和软件接口连接起来，组成一个完整协调的系统。

系统包括计算机控制的实时目标图像采集方法、目标特征图像处理方法、农药喷雾控制方法等二,.,农药精准使用原理,2.1.3,农药精准使用方法,系统利用,CCD,摄像头、图像采集卡和,VC+,的,VFW,类库进行视频捕获，获取目标形态图像，实现对目标图像的实时动态采集与传输，采集到的目标图像经图像采集卡以视频流,(,图像序列,),或单帧形式存储到计算机主存供后续图像处理用，经图像处理程序，获得目标的几何特征,(,如边缘、重心、周长、高度比、深度等,),信息，完成目标图像的特征识别功能，结合有关实时传感信息和摄像机参数从目标图像信息中恢复出目标真实信息，并形成实时喷雾控制策略其中农药喷雾控制系统通过特定的接口电路实现控制信息发送与接收模块、控制信息解释模块和喷雾指令发送模块等信息交换，引用其决策结果对喷雾系统进行实时控制，以图像处理的结果作为参数发出计算机指令，通过,A/D,D/A,转换电路来控制喷头实现农药的精确对靶喷雾该方案包括施药过程中的目标图像采集、图像分割与特征识别、喷雾控制等，以此方案设计的农药精确对靶喷雾系统可应用于杂草防治，城市和公路行道树、防护林、风景园林、果园果树、设施农业和航空病虫害防治工作。

2.1.4,农药喷雾目标图像采集,（,1,）绿色植物目标反射光谱特性,任何目标都有辐射、反射或吸收外来紫外线、可见光、红外线和微波等电磁波的性质，少数地物目标还具有透射电磁波的特胜辐射能量入射到任何地面上，会出现三种情况,:,二,.,农药精准使用原理,部分能量被地物反射,部分能量被地物吸收并成为地物本身内能后再发射出来,部分能量被地物透射,根据能量守恒定律有到达地面的太阳辐射能量,=,反射能量,+,吸收能量,+,透射能量,绿色植物的光谱反射特性，明显不同于土壤和水等的光谱特性绿色植物的反射光谱,(reflectance spectrum),曲线总是呈现明显的,“,峰与谷,“,的特征二,.,农药精准使用原理,（,2,）,树木目标图像采集,图像获取也就是图像的数字化过程，即将图像采集到计算机中的过程，主要涉及成像及模数转换技术一幅图像在用计算机进行处理前必须先转化为数字形式，图像转化为数字形式的方法是将物理图像经过采样划分为称作图像像素的小区域，即像素最常见的划分方案是方形采样网格，图像被分割成由相邻图像组成的许多水平线二,.,农药精准使用原理,二,.,农药精准使用原理,经过采样后的图像还不是数字图像，因为这些像素上的灰度值仍是一个连续量，必须进行量化。

所谓量化就是将每个像素的亮暗程度用一个整数值来表示，即像素的灰度离散化完成上述转化后，图像被表示为一个整数矩阵每个像素具有两个属性,:,位置和灰度在采样与量化处理后，产生一张数字化的图像，然后就可用图像处理软件对图像进行处理包含树木的,自然景物,动态树木,图像,CCD,A/D,、,D/A,图像采集卡,计算机,喷雾,控制,系统,树木的,静态图像,数码相机,PCI,扩展槽,3.1,定点杂草控制技术,通常除草剂是均匀地用于整个田块，需要考虑杂草在田间的空间分布实际上杂草在田间的分布是不均匀的，这就造成了部分区域可能无法控制草害定点杂草管理是一项重要的杂草控制技术，要实现定点杂草管理，需要用于检测和估计田间杂草分布的自动化系统三,.,典型精确施药系统,3.1.1,杂草识别技术,定点杂草管理是一项重要的杂草控制技术，要实现定点杂草管理，需要开发用于检测和估计田间杂草分布的自动化系统三,.,典型精确施药系统,三,.,典型精确施药系统,杂草图像采集与处理的目的是将杂草目标从土壤、秸秆和作物中分割出来在大多数情况下，由于作物具有相对大的分布密度和覆盖，作物与杂草就有不同的反射水平对于每一帧图像，作物行的位置和行间距是稳定的。

下图给出一帧图像的分割结果及作物和杂草分割示例通过分割，杂草密度和覆盖状况就可以由计算机行间的像素数量来决定3.1.2,除草剂定点喷雾技术,由,CCD,摄像头、图像采集卡、计算机、喷雾控制器、电磁阀与喷头、地速传感器等组成智能喷雾机应用机器视觉系统来采集和分析计算杂草特征，即采用,CCD,摄像头和图像采集卡实时采集田间杂草和作物图像，通过计算机图像处理获取杂草分布特征，确定施药喷雾决策，通过喷雾控制器分别控制喷杆的电磁阀和喷头，使每个喷雾喷头执行开闭的动作或使每个喷头改变施药量，从而实现定点喷雾三,.,典型精确施药系统,三,.,典型精确施药系统,该系统能在,3.7m0.43m,的范围内分辨出作物、杂草和土壤，并在,0.37s,内做出喷雾决策这样，喷雾机就能以,4.2km/h,的速度行进其分辨土壤的准确率为,100%,、分辨杂草的准确率为,75%,、分辨作物的准确率为,47.8%,智能喷雾机,（,smart sprayer,）：美国伊利诺依大学农业与生物工程系针对杂草防治，研究开发智能喷雾机3.2,精确侧向喷雾系统,精确侧向喷雾系统应用机器视觉系统和快速响应间歇喷雾系统，向有杂草危害区域喷雾。

根据杂草分布密度，相比传统喷雾，最高可以节约,97%,的农药三,.,典型精确施药系统,三,.,典型精确施药系统,与其他常规喷杆式喷雾机不同，该系统的传感器、喷头或其他零件均未伸出喷雾机车辆之外由于杂草分布会在一个很大的范围内发生突然变化，因此启动喷雾的喷头数量和喷雾流量能够迅速改变来适应这种变化3.3,树木对靶施药技术,基于计算机视觉技术的林木病虫害防治农药自动喷雾系统，根据不同树种的生长特征和栽植密度以及树冠形态图像处理结果，由计算机控制进行实时精确对靶施药系统包括树木特征图像采集系统、图像处理单元和农药使用系统（包括流量控制系统和喷雾系统等）三,.,典型精确施药系统,实时计算必须在一定时间内产生正确的喷雾控制策略，着不仅依赖于计算逻辑的正确性，同时依赖于产生结果的时间的准确性，需要解决在自然光照条件下的树木图像采集处理系统，将连续运动图像进行采集和处理需要一套适应环境变化的树木特征识别算法进行树形图像分割、施药量决策支持系统和农药喷头喷雾策略，对每个喷头的施药量进行控制，实现农药实时精准对靶施用三,.,典型精确施药系统,3.3.1,彩图,23,给出基于计算机视觉的农药自动对靶喷雾系统总体示意图，实时图采集系统通过,CCD,和图像采集卡实时采集目标树木图像，通过计算机图像统提取树木目标特征，并形成和发送喷雾控制策略，经农药喷雾可变量控制控制喷头实现对靶喷雾。

3.3.2,树形识别系统,树形是由树冠和树干组成，树冠由主枝、侧枝、叶幕及一部分主干组成不同的树种各有其独特的树形，这主要由树种的遗传性决定，但也受外界环境因子的影响，如园林管理、自然界的风、光等多种因素的影响在农药精确对靶喷雾中，树形是实现严格意义上对靶喷雾的基础三,.,典型精确施药系统,树种的树形并非永远不变，它随着生长发育过程而呈现出规律性的变化一般所谓某种树有什么样的树形，大抵指在正常的生长环境下，其成年树的外貌而言根据树及树叶的种类不同，树木的树形具有不同的分类方法，通常将树形分为下列七类：,三,.,典型精确施药系统,3.3.3,树木农药精确对靶使用系统较为庞大，实现的功能也很多，因此将整个分为若干个子单元系统组成结构如图,5.16,所示包括上位机单元、下位机喷雾执行单元上位机单元包括图像采集与分割模块,(CCD,摄像头、图像采集卡、图像处理模块,),、目标真实信息恢复模块和控制信息发送模块等下位机单元包括控制信息接收模块、控制信息解释模块和喷雾指令发送模块等，通过特定接口电路实现和上位机的信息交换，实时控制喷雾执行单元，实现农药的精确对靶智能喷雾谢谢！,。