一种基于无人机的水稻均匀施穗肥方法与流程

1.本发明涉及农业作业技术领域，更具体的说是涉及一种基于无人机的水 稻均匀施穗肥方法。


背景技术：

2.随着社会经济的发展和人口老龄化速度的加快，水稻生产逐步走向规模 化和智能化。在水稻生产过程中，基蘖肥施用已经可以被机械取代，而穗肥 的施用目前还是比较粗旷，肥料施用不均匀，肥料施用量大，人工成本高等 问题突出。目前虽然有提出利用无人机进行施肥的模式，然而其施肥的方式 没有根据水稻群体的生长特性确定施肥量，没有达到定量施肥的目的。一些 学者提出了水稻群体的监测方法，但是没有很好的与施肥相结合。
3.基于上述水稻穗肥施用过程中存在的问题，要融合水稻生长监测和施肥 过程，实现两者配套对接，才能有效解决以上问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种基于无人机的水稻均匀施穗肥方法，旨在 适应当前农业轻简化、智能化的发展需求，避免水稻生产穗肥施用过程人工 成本高、施肥量大，肥料利用效率低等问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于无人机的水稻均匀施穗肥方法，包括：
7.s1：基于无人机施肥的横向宽幅划定水稻子单位面积，并基于水稻种植 面积得到子单位数量，无人机进行多光谱拍摄，根据单位田块的需肥量和多 光谱的分布均匀度，计算子单位面积需要的施肥量；
8.s2：根据子单位排列设定无人机前进路线，根据子单位面积需要的施肥 量与无人机前进速度的关系，调整无人机前进速度，完成变量施肥。
9.优选的，无人机施肥的横向宽幅与子单位面积中的宽度一致，为 1.5m～1.8m，子单位面积中的纵向长度为2m～3m，多光谱拍摄的高度一般为 5m～10m。
10.优选的，整个稻田的施肥量根据产量需求进行设置。
11.优选的，多光谱数据和子单位面积需要的施肥量关系为：
[0012][0013]
其中，x
ndvi
为当前子单位的光谱ndvi值，为子单位光谱ndvi值的 平均值。
[0014]
优选的，s2具体包括：
[0015]
子单位面积需要的施肥量与无人机前进速度的关系根据所用的肥料特性 在施肥前进行构建，在相同距离内构建无人机施肥量与飞行速度之间的曲线 关系，并在无人机上进行设定；
[0016]
无人机前进路线根据设定的子单位排列进行gps定位和设定，根据子单 位纵向长度计算速度后，由无人机实现自动变量施肥。
[0017]
优选的，子单位面积内需要施肥量与无人机前进速度的关系为：
[0018]
y＝5.8915x
2-24.284x 43.545
[0019]
其中，x表示无人机前进速度，y表示子单位面积内需要施肥量。
[0020]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基 于无人机的水稻均匀施穗肥方法，通过光谱监测水稻子单位多光谱值，计算 群体营养分布的均匀度，然后结合群体总施肥量，利用无人机施肥对子单位 的施肥量进行智能化调整，避免了水稻生产穗肥施用过程中肥料施用不均匀， 肥料施用量大的问题。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本发明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 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]
图1为本发明一种基于无人机的水稻变量施肥方法作业流程图；
[0023]
图2为本发明中施肥无人机横向施肥宽幅的示意图；
[0024]
图3为无人机前进速度和施氮量的曲线；
[0025]
图4为水稻田子单位多光谱分布示意图；
[0026]
图5为变量施肥后的水稻田子单位多光谱分布示意图。
[0027]
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
本发明实施例公开了一种基于无人机的水稻均匀施穗肥方法，如图1所 示，包括：
[0030]
s1：根据施肥无人机的横向宽幅和水稻种植面积划定水稻单位面积内的 子单位数量，利用多光谱无人机进行低空拍摄，根据多光谱数据和作物肥料 含量的关系，计算设定子单位面积需要的施肥量，实现无人机监测和肥料施 用面积的融合。
[0031]
s2：根据设定的子单位排列设定无人机前进路线，根据子单位面积需要 的施肥量与无人机前进速度的关系，调整无人机前进速度，完成变量施肥。
[0032]
s1步骤包括以下特点：
[0033]
施肥无人机应同时带有多光谱监测功能、gps定位功能，以及速度自动调 节功能。
[0034]
施肥无人机的施肥横向宽幅和作物子单位面积的宽度一致，一般为 1.5～1.8m，作物子单位面积的纵向长度一般设定为2～3m。
[0035]
多光谱无人机低空拍摄的高度一般为5～10m。
[0036]
根据多光谱测定的ndvi值和设定的目标施肥量计算子单位施肥量。
[0037]
s2步骤包括以下特点：
[0038]
s21：子单位面积需要的需肥量和无人机前进速度的曲线构建根据所用的 肥料特性在施肥前进行构建，设置10个梯度，在相同距离内构建无人机施肥 量与速度之间的曲线关系，并在无人机进行设定。
[0039]
s22：无人机前进路线根据设定的子单位排列进行gps定位和设定，根据 子单位纵向长度计算速度后，由无人机实现自动的变量施肥。
[0040]
下面将具体说明本发明应用在水稻穗肥追施的具体过程：
[0041]
s1：首先根据ndvi值计算子单位的平均ndvi值，根据子单位面积ndvi 值与平均ndvi值之间的变化比例和目标施肥量，计算子单位面积的施肥量。
[0042]
s2：施肥前，设置20m距离，利用称重法测定不同速度下(1m/s，2m/s， 3m/s，4m/s，5m/s，6m/s)下的肥料施用量，本实施例中肥料中氮磷钾比例 为25：15：15，速度和单位面积施肥量的函数关系如图3所示。
[0043]
s3：本实施例应用时，采用的品种为甬优1540，机插种植，种植规格是 30*18cm在实际大田应用时，采用如图2所示的无人机，在实施例中无人机施 肥高度为2.5～3m，肥料施用横向宽度为1.5m，对一块横向15m，纵向60m的 田块进行划分，总施肥量所要施用肥料为20公斤。如图4所示，划分成200 个子单位。每个子单位的面积为4.5m2。
[0044]
s4：利用无人机对田块5m高度飞行监测，计算每个子单位面积为ndvi 值，根据函数曲线算出每个子单位ndvi值。根据子单位ndvi值与ndvi值平 均数的差异计算每个小区的施肥量。如图4所示，200个小区ndvi值平均为 0.3894，则根据每个小区的ndvi计算，各小区的施肥量如表1所示。
[0045]
s5：根据子单位的具体施肥量利用gps定位，设定无人机飞行路线，设 定无人机飞行速度后，完成变量施肥，使群体的氮肥分布均匀度有效提升， 实现精准均匀施肥的目的。如图5所示，各小区施肥10天后ndvi值如表1 所示，对小区的ndvi值的变异系数进行计算，可以发现，通过无人机施肥后 变异系数显著缩小，达到均匀施肥的目的。
[0046]
表1施肥量及施肥前后ndvi值
[0047]
[0048]
[0049][0050]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述 的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0051]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。