一种高功率微波精准辐射农作物病虫害防治系统的制作方法

1.本发明涉及农业生产技术领域，尤其涉及的基于无人机监测、太阳能供电的一种高功率微波精准辐射的农作物病虫害防治系统。
技术背景
2.当前，在农业生产进入广域性大面积种植模式，形式越来越粗放，农作物病虫害等问题造成的经济损失超出原先小户种植范围。随着信息技术的发展，充分运用现代化技术促进新农业发展，提高规模农业的经济效益，实现农业生产的转型升级，是当前主要的研究课题。加快突破农业关键核心技术，推动智慧农业创新发展是一个关键。近年来，物联网技术得到的快速发展，将物联网技术应用于农业生产，相当于在农业生产领域的工业互联网。这是时代的需求，也是形势所迫。目前，农业生产中的病虫害防治工作中，能够利用遥感进行监测，能够精准防治，做到及时发现，及时处理，利于早起预防。其工作原理是，病虫害造成作物叶片细胞结构色素、水分、氮元素等性质发生变化，从而引起反射光谱的变化，所以有病虫害作物的反射光谱和正常无病虫害作物对可见光、红外波段的反射光谱有明显差异。
3.在国外，已经有人利用无人机遥感监测有限地区应用于农业生产，比如美国有种植户用无人机监测麦田锈病情况，发现麦田病变重灾区。也有人用无人机查看苜蓿地理的菟丝子，从而能在灾害大规模爆发强做到提早预防。但这些有限的监测技术因受基础数据库、计算设备和监测方法的限制不能广泛应用于其他普通大田作物全过程的生产管理。作为空中监测技术，农业遥感是推动农业走向精准化的有利手段，农业遥感监测主要以农作土壤为对象。作物在可见光
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近红外光谱波段中，反射率主要受到作物色素、细胞结构和含水率的影响，特别是在可见光红光波段有很强的吸收波段，在近红外波段有很强的反射特性，可以被用来进行作物长势、作物品质、作物病虫害等方面的监测。土壤可见
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近红外光谱总体反射率相对较低，在可见光谱波段主要受到的土壤有机质、氧化铁等赋色成分的影响。因此，土壤、作物等地物固有的反射光谱特性是农业遥感的基础。卫星遥感手段在农业生产上的应用以发展很久，但卫星易受到天线环境影响，且轨道周期较长，比较而言，无人机灵活性更强，易部署。随着无人机平台、传感器和软件技术的进一步提升，未来无人机作为卫星等其他遥感平台的补充手段，可以帮助农业生产构建起更加完整的监测网和监测技术。虽然上述技术能够在一定范围或者一定程度上发挥优势。卫星遥感技术，能够实现大范围的监测，但是由于卫星运行周期长，而且卫星信号的接收会受到空中云层等的干扰，存在的主要缺点是不能及时的监测，而且卫星遥感也只能感知农作物的病虫害情况，无法对农作物中的有害昆虫进程灭杀；无人机技术能够比较及时的监测农作物的病虫害，但不能对农作物中的害虫进行灭杀。
4.专利cn207826558u公开了一种基于植保无人机喷洒均匀的喷药装置，包括支撑板，所述支撑板的上表面与双轴电机的机身固定连接，且双轴电机的两个输出轴均固定连接有螺纹柱，且两个螺纹柱的螺纹开设方向相反，所述螺纹柱的外表面螺纹连接有螺纹帽，
且螺纹帽卡接在连接板的侧面，所述连接板的下表面与滑块的上表面固定连接。该基于植保无人机喷洒均匀的喷药装置，通过设置电机、主动轮、从动轮、皮带、药桶、水管、圆筒、轴承、壳体和通孔，从而使药桶内的药水通过水管流进壳体内，同时电机工作时能通过主动轮和皮带带动从动轮旋转，从动轮带动圆筒和壳体旋转，药水受离心力的影响均匀的从壳体内通过通孔洒出，从而使药水能均匀的给农作物杀虫；但是不能够实时监测灭虫，以及爬在农作物茎秆上的害虫。也有专利(cn108684646a)公开一种手动操作的后背式农作物杀虫喷药机，包括底座，所述底座的上方设置有机身，所述机身的上方设置有加药口，所述加药口的上方设置有封盖，所述机身的左右两侧均设置有磁性连接挂钩，所述磁性连接挂钩上连接设置有钩圈，所述钩圈上设置有背带，将传统的背带改变成可以随时分离的背带，通过钩圈和磁性连接挂钩连接，使用的时候只需要通过钩圈和磁性连接挂钩连接，磁性连接挂钩会利用磁性的特性对金属挂钩产生吸力，使挂钩可以非常方便挂在磁性连接挂钩上，如果出现使用者操作不当中毒现象也可以将机身通过背带快速分离，使其可以快速脱离危险源得到救治，使设备使用操作更加方便、安全，但是与此同时很消耗人力，达不到实时灭虫。
5.此外，在农作物病虫害方面，除了采用遥感的方式监测病虫害外，还有人采用灭虫灯等方式在农作物生产场地进行有害虫子的灭杀。通过夜间灯光吸引的方式将会飞的虫子吸引在灯光附近，然后利用电击的方式将其击晕，再利用传送带将还可以复活的飞虫传送到摄像头前，拍照分析后若非害虫，则传送到安全的区域等待自然飞走，若是有害飞虫，则立即扑灭。对农作物的病虫害灭杀方面，虽然灭蚊灯可以实现，但是仅仅依靠一个灭虫灯又不能实现对农作物生长状况的监测。
6.对农作物的病虫害灭杀方面，虽然灭蚊灯可以实现，但是仅仅依靠一个灭虫灯又不能实现对农作物生长状况的监测。但若是将上述无人机监测农作物病虫害状况和灭虫灯组合在一起，理论上是能够既实现监测，又实现了害虫的灭杀，而存在的问题是：灭虫灯只能灭杀会飞的害虫，对于只会在农作物茎秆、枝干或者叶面上爬行的害虫，灭虫灯则无能为力。综上所述，现有依赖于不同技术的农作物病虫害防治方法都存在一定的技术缺陷，不能很好地为农作物健康生长保驾护航，即不能比较全面的控制农作物病虫害导致的粮食减产。因此，如何解决以上技术中的不足，是一件亟待解决的事情，也是具有十分重要的意义。


技术实现要素：

7.有鉴于上述技术背景中存在的技术问题，本发明提供一种高功率微波精准辐射的农作物病虫害防治系统，既可以实现虫害灾情的监测，同时也能够精准杀灭害虫。
8.由于依赖不同技术实现的农作物病虫害防治方法中都有一定的缺点，包括：
①
卫星遥感技术不能及时监测农作物病虫害情况；
②
无人机感知能监测病虫害情况，但是不能防治病虫害，只能为人工喷洒农药防治病虫害相关信息；
③
以上监测手段只能识别农作物的生长情况，农作物生长情况不佳的原因不只有病虫害，还可能是病变等，上述所有的监测方法都无法区别农作物病变和病虫害；
④
灭虫灯虽然能够杀灭害虫，但是可杀灭的只有少量会飞的害虫，只会爬行的害虫则无法扑灭，杀灭害虫种类相对范围比较小，并且只有晚上效果更好，白天效果不佳。
9.为了达到解决上述问题并实现本技术的目的，本发明提供如下技术方案：
10.一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统，所述系统包括：无人机红外巡航
拍摄模块、数据存储和控制模块、数据分析模块、高功率微波精准辐射模块、太阳能供电模块。
11.所述无人机红外巡航拍摄模块的输出端与所述数据存储和控制模块的输入端无线连接；所述数据存储和控制模块的输出端与所述数据分析模块的输入端连接；所述数据分析模块的输出端与所述高功率微波精准辐射模块的输入端连接；所述太阳能供电模块为无人机红外巡航拍摄模块、数据存储和控制模块、数据分析模块、高功率微波精准辐射模块供电。
12.优选地，所述无人机红外巡航拍摄模块主要完成红外照片的采集，其中采集对象为农作物种植基地。
13.优选地，所述农作物种植基地具体可为小麦、玉米等农作物，也可以是苹果数、桃树等树木。
14.优选地，所述无人机巡航拍摄系统模块包括无人机、红外相机、无线数据传输模块。
15.优选地，所述红外相机和无线数据传输模块搭载在所述无人机上。
16.在优选实施例中，所述无人机的类型能选择小型航拍无人机或大型无人机。
17.优选地，所述无线数据传输模块能够将红外相机拍摄的照片通过无线移动通信网络实时上传到数据存储和控制模块上。
18.优选地，所述无人机巡航红外拍照模块与控制和存储中心之间的关系为数据传输和命令下达。
19.优选地，所述数据存储和控制模块包括云端数据存储平台和远程无人机操控平台，所述云端数据存储平台实现对无线移动通信网络传回来的红外照片的保存；所述远程无人机操控平台实现对无人机在拍摄飞行时的操控。
20.优选地，所述所述数据分析模块通过分析红外照片获得的虫害信息，将虫害信息转换为位置或者方向信息传输给高功率定向微波辐射模块供电，实现对高功率微波精准辐射模块辐射方向的调控。
21.优选地，所述高功率微波精准辐射模块的功能主要是能产生高功率的微波并且能够在某个方向上精准辐射，辐射的微波需要不同频率。
22.在一个实施例中，所述高功率微波精准辐射模块具体组成上就是一个简易的雷达发射机，即一个相控阵雷达发射机，该发射机在分析中心发送来虫害相关数据的控制下，完成定向辐射，辐射方向即农作物种植基地中有虫害的区域。
23.优选地，所述高功率微波精准辐射模块可以搭载在无人机上在虫害区域正上方向下照射，也可以安装在某个固定且比较高的架子上，架子的高度设置要能够实现对农作物种植区域微波辐射全覆盖。在某个种植范围比较大的区域，可以安装多个高功率微波精准辐射模块，分别实现对整个被检测种植区域的精准辐射。
24.与现有技术相比，本技术具备的技术效果是：
25.1)本发明所述一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统，针对现有技术中已有利用卫星遥感判断农作物病虫害系统，然而通过农作物的生长状况来判断农作物的病虫害，无法区分农作物病和虫害，而且无法实现实时/及时监，遥感监测的最终结果也只能为病虫害防治提供信息，无法实现病虫害的防治；而灭虫灯虽然能够实现飞虫的杀灭，但是无
法防治只会爬行的害虫，只有在夜晚无光条件下效果较好，白天的效果不好。本技术利用无人机搭载红外相机对农作物区域进行拍照，该照片中的害虫信息与周围环境相差较大，容易识别，无人机红外拍照系统能够比较及时地感知农作物受虫害侵扰区域。尤其是夜晚大气温度较低，蜜蜂等益虫几乎不外出活动时，更能比较准确的识别病虫害情况。
26.2)本发明利用搭载红外拍照系统的无人机实现对农作物虫害的监测，通过对采集到的照片进行分析，定位害虫所在区域，且数据采集实时性较高；将害虫所在区域的具体位置作为数据发送给高功率定向微波辐射模块，通过高功率微波精准辐射模块的定向辐射实现害虫的灭杀。
27.3)本发明是一个集害虫识别与防治于一体的系统，所述系统能够利用红外照片采集系统识别害虫区域，并且在识别的过程中通过分析也可以监测到农作物生长情况，同时也能够利用高功率精准辐射微波杀灭害虫。
28.4)本发明杀灭害虫的方式采用高功率微波精准辐射系统，微波是一种高频电磁波，利用阵列天线产生的波束，对害虫区域精准辐射，利用电磁能量、不同电磁波对害虫的干扰等多种作用共同作用下，实现直接杀灭害虫的目的；精准辐射的高功率微波系统不但能够杀灭会飞的害虫，同时也能够杀灭只会爬行的害虫。
29.5)本发明高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统不但能够实现虫害灾情的监测，同时也能够精准杀灭害虫。与喷洒农药相比，高功率微波照射不会造成农药残留，也不会危害人们的健康；与灭虫灯相比，该方面不但能够扑灭会飞的害虫，同时也能够对只会爬行的害虫进行扑灭。
30.6)本发明所述系统利用太阳能供电，使得该系统在病虫害监测和治理的过程，实现无人自动害虫灭杀且无有害化学物参与，全过程可以实现无人参与，是一种无人、智慧、健康、绿色的农作物虫害防治措施。
31.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
33.图1为本发明所述一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统的示意图；
34.图2为本发明所述一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统在某优先实施例中的流程图；
35.图3为本发明所述一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统在某优先实施例中的流程图；
36.其中附图标记为：1、无人机红外巡航拍摄模块；2、数据存储和控制模块；3、数据分析模块；4、高功率微波精准辐射模块；5、太阳能供电模块；6、农作物种植基地。
具体实施例
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本技术的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本技术的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
38.应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
39.此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
40.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
41.本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和b的至少一种，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
42.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
43.实施例1
44.本实施例介绍一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统的组成部分。
45.一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统在实施过程中需要的功能模块包括无人机红外巡航拍摄模块1、数据存储和控制模块2、数据分析模块3、高功率微波精准辐射模块4、太阳能供电模块5。
46.所述无人机红外巡航拍摄模块1的输出端与所述数据存储和控制模块2的输入端无线连接；所述数据存储和控制模块2的输出端与所述数据分析模块3的输入端连接；所述数据分析模块3的输出端与所述高功率微波精准辐射模块4的输入端连接；所述太阳能供电模块5为无人机红外巡航拍摄模块1、数据存储和控制模块2、数据分析模块3、高功率微波精准辐射模块4供电。
47.进一步地，所述无人机红外巡航拍摄模块1主要完成红外照片的采集，其中采集对象为农作物种植基地6；所述农作物种植基地6是本发明所述系统在实施过程中的必需组成部分，具体可为小麦、玉米等农作物，也可以是苹果数、桃树等树木。
48.所述无人机巡航拍摄系统模块1包括无人机、红外相机、无线数据传输模块；所述
红外相和无线移动通信系统搭载在所述无人机上搭载在所述无人机上。
49.所述无线数据传输模块能够将红外相机拍摄的照片通过无线移动通信网络实时上传到数据存储和控制模块2上。
50.所述无人机巡航红外拍照模块1与控制和存储数据模块2之间的关系为数据传输和命令下达。
51.所述数据存储和控制模块2包括云端数据存储平台和远程无人机操控平台，所述云端数据存储平台实现对无线移动通信网络传回来的红外照片的保存；所述远程无人机操控平台实现对无人机在拍摄飞行时的操控。
52.所述所述数据分析模块3通过分析红外照片获得的虫害信息，将虫害信息转换为位置或者方向信息传输给高功率微波精准辐射模块4，实现对高功率微波精准辐射模块4辐射方向的调控。
53.所述数据分析模块3在功能上主要完成对拍摄到的红外照片的分析，分析照片判断可能出现的虫害区域。若照片中出现虫害，则需要分析出虫害的具体区域，并且将分析出的数据通过有线或者无线通信系统传送给高功率微波精准辐射模块4，为高功率微波精准辐射模块4提供辐射方向信息。
54.所述数据存储和控制模块2与数据分析模块3之间是数据传输。
55.所述高功率微波精准辐射模块4的功能主要是能产生高功率的微波并且能够在某个方向上精准辐射，辐射的微波需要不同频率。
56.所述高功率微波精准辐射模块4与农作物种植基地6之间的关系为微波能量辐射，最终实现对农作物种植基地害虫的灭杀。
57.所述高功率微波精准辐射模块4与数据分析模块3之间的关系为位置信息传输。
58.所述高功率微波精准辐射模块4可以搭载在无人机上在虫害区域正上方向下照射，也可以安装在某个固定且比较高的架子上，距离地面高度为20m最佳，架子的高度设置要能够实现对农作物种植区域微波辐射全覆盖。在某个种植范围比较大的区域，可以安装多个高功率微波精准辐射模块4，分别实现对整个被检测种植区域的精准辐射。
59.在本发明中所述无人机搭载红外相机实现了农作物虫害实时监测功能；利用高功率微波精准辐射模块4实现了农作物害虫的灭杀。基于上述两种技术，实现了农作物虫害监测和灭杀，本发明提供了一个功能完善的农作物虫害防治系统，为解决现有技术中存在的问题提供了一个具有重要意义的技术方案。
60.实施例2
61.在本实施例中对所述一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统在具体实施中的操作进行说明。
62.在本实施例中为了减轻无人机的载重，延长所述无人机的工作时间，本实例中将所述高功率微波精准辐射模块4部署于所述农作物种植基地6附近，并且安装于高架子上端距离地面一定高度处。
63.所述无人机采用太阳能胶体蓄电池供电，蓄电池利用地面光伏板充电，高功率微波精准辐射模块4采用地面所述太阳能供电模块5供电。
64.在本实施例中，为了使所有设备都能正常工作，地面太阳能供电模块5采用1000w 光伏板，600ah蓄电池输出3000w的系统。
65.在本实施例中，所述无人机可以采用小型航拍无人机，无人机不间断飞行时长为 10min，可达飞行高度为100米，无人机上安装红外相机，红外相机的变焦倍数为30倍，并且搭载无线数据传输模块，即无线移动通信系统，通过该无线移动通信系统能够将红外相机拍到的照片上传到数据存储和控制模块2中的云端数据存储平台。
66.所述云端数据存储平台采用中移物联的onenet云，云端主要是实现完成数据的存储，存储空间大小为10gbit；所述远程无人机操控平台实现对无人机在拍摄飞行时的操控，即数据存储和无人机的控制通过数据存储和控制模块2实现。
67.本发明中所述数据分析模块3利用stm32嵌入式系统来完成，stm32嵌入式系统同样连接到onenet云，从云端获得红外照片数据后进行分析，分析所得数据(主要为地面生长农作物病虫害数据)通过有线的方式控制高功率微波精准辐射模块4对农作物种植基地 6的部分区域进行精准照射，杀灭害虫，每次照射区域大学为20平米，每次照射时长为 20秒，对能够照射到且有病虫害的区域实现周期性照射，周期为1小时。stm32数据分析模块可以嵌入高功率精准微波辐射模4内部。
68.所述高功率微波精准辐射模块4是一个相控阵雷达发射机，辐射微波频率为500mhz， stm32发送来的数据转换为雷达发射机的相位信息，调节相控阵雷达发射机的相位实现对某个方法的照射。
69.在本实施例中，所述农作物种植基地6选择种植小麦且相对比较平坦的田地进行监测和辐射。在相对平坦的区域，本实施例可以实现对10亩小麦种植基地的病虫害防治。
70.实施例3
71.在上述实施例的基础上，本实施例对一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统在具体实施中的操作进行说明。
72.在本实施例中，为了实现较大区域的虫害防治，将高功率微波精准辐射模块4安装在无人机系统中，即本发明中的大多数设备都集成在一个无人机上。由于安装的设备较多，需要采用大型无人机。
73.所述太阳能供电模块5中的光伏板部分采用柔性板，覆在无人机表面，电池采用 2000ah锂电池，重量较轻。
74.在本实施例中，所述数据存储和控制模块2仍然采用中移物联的onenet云平台，数据分析模块3和高功率高功率微波精准辐射模块4集成在一起，也搭载在无人机上。所述无人机飞行过程中可以实时采集红外照片并且及时分析，若发现被拍摄基地中有虫害，则立即停止前进，在某一个固定高度或者降低高度开始对虫害区域利用不同频率微波进行照射，照射较长时间后继续在其他地方采集照片并且分析。
75.本实施例中的所述数据分析模块3依然利用stm32嵌入式系统来完成，stm32嵌入式系统同样连接到onenet云，从云端获得红外照片数据后进行分析，分析所得数据通过有线的方式控制高功率微波精准辐射模块4对所述农作物种植基地6的部分区域进行精准照射，杀灭害虫。
76.在本实施例中，所述农作物种植基地6选择种植苹果树的果园进行监测和辐射。
77.与上一个实施例相比，本实施例中的红外照片采集、照片数据分析和高功率微波精准辐射模块4的辐射方向控制在一个无人机平台上。因无人机就在所述农作物种植基地6或者发生虫害的上空，所以对高功率微波精准辐射模块4辐射方向的控制并没有那么高，只
要发现虫害后能够产生向下的辐射即可。
78.实施例4
79.本实施例对本发明所述系统的使用步骤进行简单说明，一种高功率微波精准辐射农作物虫害防治系统的使用步骤包括：
80.步骤1、确定所要监测和防治病虫害的农作物种植基地6；
81.步骤2、根据农作物种植基地6的实际区域需要，选择无人机红外巡航拍摄模块1所需要搭载的设备以及选择无人机的大小类型；
82.步骤3、无人机红外巡航拍摄模块1对农作物种植基地6进行红外信息采集，传回到数据存储和控制模块2的云端数据存储平台，云端数据存储平台将数据传输到数据分析模块3上进行分析；
83.步骤4、数据分析模块3将虫害信息转换为位置或者方向信息传输给高功率微波精准辐射模块4；
84.步骤5、高功率微波精准辐射模块4实现对被检测种植区域的精准辐射，其中高功率微波精准辐射模块4的设置可根据监测区域实际进行调整。
85.以上所述仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均会落入由权利要求所划定的保护范围之内。