跟随式喷溉角度调整系统及方法与流程

1.本发明涉及喷灌控制领域，更具体地，涉及一种跟随式喷溉角度调整系统及方法。


背景技术：

2.喷灌是借助水泵和管道系统或利用自然水源的落差，把具有一定压力的水喷到空中，散成小水滴或形成弥雾降落到植物上和地面上的喷溉方式。喷灌设备能够利用机械和动力设备，使水通过喷头(或喷嘴)射至空中，以雨滴状态降落田间。喷灌设备可以是固定式的，半固定式的或移动式的。喷灌设备具有节省水量、不破坏土壤结构、调节地面气候且不受地形限制等优点。由于喷灌可以控制喷水量和均匀性，避免产生地面径流和深层渗漏损失，使水的利用率大为提高，一般比漫灌节省水量30％一50％，省水还意味着节省动力，降低灌水成本。
3.当前，在执行具体的移动式喷灌操作中，喷灌的角度是固定的，无法根据具体绿植生长状态进行自适应调节，导致在实际操作中会出现以下两种不期望的场景：喷灌的范围覆盖了绿植生长区域之外的其他区域，造成水资源的浪费，同时对其他区域造成水资源，或者，一些绿植生长区域未被有效灌溉。


技术实现要素：

4.为了解决相关领域的技术问题，本发明提供了一种跟随式喷溉角度调整系统及方法，能够识别每一块待喷灌的绿植分布范围，并基于识别到的绿植分布范围调节移动式喷灌机构的喷灌视角，从而保证移动式喷灌机构的喷灌视角刚好覆盖绿植分布范围。
5.为此，本发明至少需要具备以下几处关键的发明点：
6.(1)解析出现场全景画面的各个像素点的各个绿色成分值对应的绿色采集画面中绿色亮度值超限的像素点的分布范围，基于所述分布范围确定对应的移动式喷头的喷溉视野范围，从而在节省水量的同时保证喷溉效果；
7.(2)引入包括成分提取设备、数据转换机构、信号映射机构、绿色分析机构以及范围识别机构的连续图像处理部件以保证对绿色采集画面的信号质量的优化。
8.根据本发明的一方面，提供了一种跟随式喷溉角度调整系统，所述系统包括：
9.移动式喷溉机，包括水源供应设备、动力机、水泵、连接水管、固定支架和移动式喷头；
10.全景抓拍设备，设置在所述固定支架上，用于对所述固定支架周围环境执行全景图像抓拍处理，以获得对应的全景周围画面；
11.成分提取设备，与所述全景抓拍设备连接，用于获取所述全景周围画面的各个像素点分别在rgb颜色空间下的绿色亮度值，并将所述全景周围画面的各个像素点分别对应的各个绿色亮度值组成所述全景周围画面对应的绿色成分画面；
12.数据转换机构，与所述成分提取设备连接，用于对接收到的绿色成分画面执行利用平滑线性的图像数据的滤波处理，以获得对应的即时转换画面；
13.信号映射机构，与所述数据转换机构连接，用于对接收到的即时转换画面执行对比度增强处理，以获得对应的实时映射画面；
14.绿色分析机构，与所述信号映射机构连接，用于获取所述实时映射画面中各个像素点的各个像素值即各个处理后的绿色亮度值，将具有处理后的绿色亮度值大于等于设定绿色亮度限量的像素点作为喷溉目标像素点，将具有处理后的绿色亮度值小于所述设定绿色亮度限量的像素点作为非喷溉目标像素点；
15.范围识别机构，与所述绿色分析机构连接，用于获取所述实时映射画面中各个喷溉目标像素点组合获得的喷溉目标区域，并将所述喷溉目标区域在所述实时映射画面中的成像视野范围转换为所述喷溉目标区域实体区域相对于所述全景抓拍设备的分布角度范围以作为参考角度范围输出；
16.其中，所述移动式喷头设置在所述固定支架上，用于在所述动力机的驱动下按照接收到的参考角度范围执行在所述固定支架上的水平式旋转操作；
17.其中，在所述动力机的驱动下按照接收到的参考角度范围执行在所述固定支架上的水平式旋转操作包括：在所述动力机的驱动下水平式旋转的角度范围为所述参考角度范围；
18.其中，在所述动力机的驱动下水平式旋转的角度范围为所述参考角度范围包括：在所述动力机的驱动下在所述参考角度范围内均匀水平转动。
19.根据本发明的另一方面，还提供了一种跟随式喷溉角度调整方法，所述方法包括：
20.使用移动式喷溉机，包括水源供应设备、动力机、水泵、连接水管、固定支架和移动式喷头；
21.使用全景抓拍设备，设置在所述固定支架上，用于对所述固定支架周围环境执行全景图像抓拍处理，以获得对应的全景周围画面；
22.使用成分提取设备，与所述全景抓拍设备连接，用于获取所述全景周围画面的各个像素点分别在rgb颜色空间下的绿色亮度值，并将所述全景周围画面的各个像素点分别对应的各个绿色亮度值组成所述全景周围画面对应的绿色成分画面；
23.使用数据转换机构，与所述成分提取设备连接，用于对接收到的绿色成分画面执行利用平滑线性的图像数据的滤波处理，以获得对应的即时转换画面；
24.使用信号映射机构，与所述数据转换机构连接，用于对接收到的即时转换画面执行对比度增强处理，以获得对应的实时映射画面；
25.使用绿色分析机构，与所述信号映射机构连接，用于获取所述实时映射画面中各个像素点的各个像素值即各个处理后的绿色亮度值，将具有处理后的绿色亮度值大于等于设定绿色亮度限量的像素点作为喷溉目标像素点，将具有处理后的绿色亮度值小于所述设定绿色亮度限量的像素点作为非喷溉目标像素点；
26.使用范围识别机构，与所述绿色分析机构连接，用于获取所述实时映射画面中各个喷溉目标像素点组合获得的喷溉目标区域，并将所述喷溉目标区域在所述实时映射画面中的成像视野范围转换为所述喷溉目标区域实体区域相对于所述全景抓拍设备的分布角度范围以作为参考角度范围输出；
27.其中，所述移动式喷头设置在所述固定支架上，用于在所述动力机的驱动下按照接收到的参考角度范围执行在所述固定支架上的水平式旋转操作；
28.其中，在所述动力机的驱动下按照接收到的参考角度范围执行在所述固定支架上的水平式旋转操作包括：在所述动力机的驱动下水平式旋转的角度范围为所述参考角度范围；
29.其中，在所述动力机的驱动下水平式旋转的角度范围为所述参考角度范围包括：在所述动力机的驱动下在所述参考角度范围内均匀水平转动。
30.本发明的跟随式喷溉角度调整系统及方法设计紧凑、应用广泛。由于能够识别每一块待喷灌的绿植分布范围，并基于识别到的绿植分布范围调节移动式喷灌机构的喷灌视角，从而提升移动式喷灌机构的喷灌动作的针对性和有效性。
31.附图简要说明
32.本领域技术人员通过参考附图可更好理解本发明的众多优点，其中：
33.图1是依照本发明的跟随式喷溉角度调整系统及方法所使用的水泵的内部结构图。
具体实施方式
34.移动式喷灌系统可在一个灌溉季节里在不同地块轮流使用，提高了设备利用率，并可节省单位面积投资，但工作效率和自动化程度低。
35.常用的类型中，有的是动力机和水泵装在手推车或手架上的轻、小型喷灌机，其喷头装在轻便三角架上，通过软管同水泵连接；有的是将水泵同喷头装在手扶拖拉机上的小型喷灌机，由手扶拖拉机的动力输出装置驱动水泵作业；有的是装在大、中型拖拉机上的双悬臂式喷灌机。移动式喷灌系统适用于喷溉次数较少的大田作物和小块地段。此外，在有条件的地区，还可发展自压喷灌。其优点是可以利用水的自然落差，不需动力机和水泵，设备简单，操作方便，使用成本低。
36.当前，在执行具体的移动式喷灌操作中，喷灌的角度是固定的，无法根据具体绿植生长状态进行自适应调节，导致在实际操作中会出现以下两种不期望的场景：喷灌的范围覆盖了绿植生长区域之外的其他区域，造成水资源的浪费，同时对其他区域造成水资源，或者，一些绿植生长区域未被有效灌溉。
37.现在，将针对公开的主题对本发明进行具体的说明。
38.根据本发明实施方案示出的跟随式喷溉角度调整系统包括：
39.移动式喷溉机，包括水源供应设备、动力机、水泵、连接水管、固定支架和移动式喷头，水泵的内部结构如图1所示；
40.全景抓拍设备，设置在所述固定支架上，用于对所述固定支架周围环境执行全景图像抓拍处理，以获得对应的全景周围画面；
41.成分提取设备，与所述全景抓拍设备连接，用于获取所述全景周围画面的各个像素点分别在rgb颜色空间下的绿色亮度值，并将所述全景周围画面的各个像素点分别对应的各个绿色亮度值组成所述全景周围画面对应的绿色成分画面；
42.数据转换机构，与所述成分提取设备连接，用于对接收到的绿色成分画面执行利用平滑线性的图像数据的滤波处理，以获得对应的即时转换画面；
43.信号映射机构，与所述数据转换机构连接，用于对接收到的即时转换画面执行对比度增强处理，以获得对应的实时映射画面；
44.绿色分析机构，与所述信号映射机构连接，用于获取所述实时映射画面中各个像素点的各个像素值即各个处理后的绿色亮度值，将具有处理后的绿色亮度值大于等于设定绿色亮度限量的像素点作为喷溉目标像素点，将具有处理后的绿色亮度值小于所述设定绿色亮度限量的像素点作为非喷溉目标像素点；
45.范围识别机构，与所述绿色分析机构连接，用于获取所述实时映射画面中各个喷溉目标像素点组合获得的喷溉目标区域，并将所述喷溉目标区域在所述实时映射画面中的成像视野范围转换为所述喷溉目标区域实体区域相对于所述全景抓拍设备的分布角度范围以作为参考角度范围输出；
46.其中，所述移动式喷头设置在所述固定支架上，用于在所述动力机的驱动下按照接收到的参考角度范围执行在所述固定支架上的水平式旋转操作；
47.其中，在所述动力机的驱动下按照接收到的参考角度范围执行在所述固定支架上的水平式旋转操作包括：在所述动力机的驱动下水平式旋转的角度范围为所述参考角度范围；
48.其中，在所述动力机的驱动下水平式旋转的角度范围为所述参考角度范围包括：在所述动力机的驱动下在所述参考角度范围内均匀水平转动。
49.接着，继续对本发明的跟随式喷溉角度调整系统的具体结构进行进一步的说明。
50.在所述跟随式喷溉角度调整系统中：
51.所述范围识别机构还与所述动力机连接，用于将所述参考角度范围发送给所述动力机；
52.其中，所述成分提取设备、所述数据转换机构、所述信号映射机构、所述绿色分析机构以及所述范围识别机构都设置在所述固定支架附近的防水盒体内。
53.在所述跟随式喷溉角度调整系统中：
54.所述动力机包括限位设备、角度调节设备和动力供应设备，所述角度调节设备分别与所述动力供应设备、所述限位设备以及所述范围识别机构连接。
55.在所述跟随式喷溉角度调整系统中：
56.将所述全景周围画面的各个像素点分别对应的各个绿色亮度值组成所述全景周围画面对应的绿色成分画面包括：所述全景周围画面与所述绿色成分画面的分辨率相等。
57.在所述跟随式喷溉角度调整系统中：
58.所述连接水管的一端与所述水源供应设备连接，另一端与所述移动式喷头连接。
59.根据本发明实施方案示出的跟随式喷溉角度调整方法包括：
60.使用移动式喷溉机，包括水源供应设备、动力机、水泵、连接水管、固定支架和移动式喷头，水泵的内部结构如图1所示；
61.使用全景抓拍设备，设置在所述固定支架上，用于对所述固定支架周围环境执行全景图像抓拍处理，以获得对应的全景周围画面；
62.使用成分提取设备，与所述全景抓拍设备连接，用于获取所述全景周围画面的各个像素点分别在rgb颜色空间下的绿色亮度值，并将所述全景周围画面的各个像素点分别对应的各个绿色亮度值组成所述全景周围画面对应的绿色成分画面；
63.使用数据转换机构，与所述成分提取设备连接，用于对接收到的绿色成分画面执行利用平滑线性的图像数据的滤波处理，以获得对应的即时转换画面；
64.使用信号映射机构，与所述数据转换机构连接，用于对接收到的即时转换画面执行对比度增强处理，以获得对应的实时映射画面；
65.使用绿色分析机构，与所述信号映射机构连接，用于获取所述实时映射画面中各个像素点的各个像素值即各个处理后的绿色亮度值，将具有处理后的绿色亮度值大于等于设定绿色亮度限量的像素点作为喷溉目标像素点，将具有处理后的绿色亮度值小于所述设定绿色亮度限量的像素点作为非喷溉目标像素点；
66.使用范围识别机构，与所述绿色分析机构连接，用于获取所述实时映射画面中各个喷溉目标像素点组合获得的喷溉目标区域，并将所述喷溉目标区域在所述实时映射画面中的成像视野范围转换为所述喷溉目标区域实体区域相对于所述全景抓拍设备的分布角度范围以作为参考角度范围输出；
67.其中，所述移动式喷头设置在所述固定支架上，用于在所述动力机的驱动下按照接收到的参考角度范围执行在所述固定支架上的水平式旋转操作；
68.其中，在所述动力机的驱动下按照接收到的参考角度范围执行在所述固定支架上的水平式旋转操作包括：在所述动力机的驱动下水平式旋转的角度范围为所述参考角度范围；
69.其中，在所述动力机的驱动下水平式旋转的角度范围为所述参考角度范围包括：在所述动力机的驱动下在所述参考角度范围内均匀水平转动。
70.接着，继续对本发明的跟随式喷溉角度调整方法的具体步骤进行进一步的说明。
71.在所述跟随式喷溉角度调整方法中：
72.所述范围识别机构还与所述动力机连接，用于将所述参考角度范围发送给所述动力机；
73.其中，所述成分提取设备、所述数据转换机构、所述信号映射机构、所述绿色分析机构以及所述范围识别机构都设置在所述固定支架附近的防水盒体内。
74.在所述跟随式喷溉角度调整方法中：
75.所述动力机包括限位设备、角度调节设备和动力供应设备，所述角度调节设备分别与所述动力供应设备、所述限位设备以及所述范围识别机构连接。
76.在所述跟随式喷溉角度调整方法中：
77.将所述全景周围画面的各个像素点分别对应的各个绿色亮度值组成所述全景周围画面对应的绿色成分画面包括：所述全景周围画面与所述绿色成分画面的分辨率相等。
78.在所述跟随式喷溉角度调整方法中：
79.所述连接水管的一端与所述水源供应设备连接，另一端与所述移动式喷头连接。
80.另外，喷灌便于实现机械化、自动化，可以大量节省劳动力。由于取消了田间的输水沟渠,不仅有利于机械作业，而且大大减少了田间劳动量。喷灌还可以结合施入化肥和农药，又可以省去不少劳动量，据统计，喷灌所需的劳动量仅为地面灌溉的五分之一。采用喷灌时，无需田间的灌水沟渠和畦埂，比地面灌溉更能充分利用耕地，提高土地利用率，一般可增加耕种面积7％一10％。
81.喷灌便于严格控制土壤水分,使土壤湿度维持在作物生长最适宜的范围。而且在喷灌时能冲掉植物茎叶上尘土,有利于植物呼吸和光合作用。另外喷灌对土壤不产生冲刷等破坏作用，从而保持土壤的团粒结构，使土壤疏松多孔，通气性好，因而有利于增产，特别
是蔬菜增产效果更为明显。
82.喷灌对各种地形适应性强，不需要像地面灌溉那样整平土地，在坡地和起伏不平的地面均可进行喷灌。特别是在土层薄、透水性强的沙质土，非常适合采用喷灌。此外，喷灌不仅适应所有大田作物，而且对于各种经济作物、蔬菜、草场都可以获得很好的经济效果。
83.尽管本发明实施方案的例子已经被表示和描述，但是本领域技术人员应该理解，在不背离本发明的真实范围的情况下，各种其它的修改可以被进行，并且等价物可以被代替。另外，在不背离在此被描述的本发明概念的情况下，很多修改可以被进行以便使得一个特定情况适合于本发明的示教。因此，本发明未被限于被公开的特殊的实施方案，而是本发明包括落在附加权利要求书的范围内的全部实施方案。