车载喷雾机及精确施药关键技术研究

论文摘要

本文以作者开发研制的6WC-30Y—G车载高射程喷雾机为主要载体,在精确施药的原则指导下,利用分形技术、图像处理以及模糊控制等理论,分析了车载喷雾靶标图像特征、喷头对靶运动以及输入输出变量的模糊属性。结果表明,所研究的方法对喷雾系统的对靶运动、药液调节及喷射压力等具有操作方便、可靠性高等突出特点。论文研究主要体现在以下两大方面:在靶标信息获取方面,基于树冠不仅在其外部轮廓上具有分形特征,而且在其图像的灰度分布上也具有分形特征的特点,分析了基于靶标轮廓的分维计算,以及基于图像灰度值大小的分维计算方法;从色度理论角度出发,研究了就靶标树冠而言,颜色因子R-G总体分布在零轴下方,而对于背景来说,颜色因子R-G总体却分布在零轴上方的目标分割方案,并依据此原则实现了树冠与背景的有效分离。同时还探讨了基于靶标图像的水平灰度投影曲线图和垂直灰度投影曲线图获得靶标图像的冠幅高度与冠幅宽度的方法。在精确喷雾控制方面,基于模糊控制技术,分析了分维大小、色度因子、靶标冠幅、靶标形心、车行速度及靶标距离等输入参数的模糊化处理方法。提出了利用色度因子与分维参数控制喷雾系统开启的方案;并讨论了依据车行速度是否为零来完成对靶喷头单向摆动与复合运动的切换模式;针对靶标图象色度数组的分布特征,研究了通过色度数组分布信息生成对靶喷头运动的驱动信号方法;基于精确施药中各个参数的模糊性特点,在理论上探讨了全参数输入信息下精确施药的模糊控制输出函数。通过仿真实验证明,所提出的研究方法能够有效提高对靶精度,满足药液与喷压的动态调节,从而达到精确施药的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 植保机械及精确施药技术的发展
• 1.2.1 国外发展研究状况
• 1.2.2 国内发展状况与存在问题
• 1.3 本文研究内容
• 1.3.1 轮廓图像中的分维计算
• 1.3.2 靶标轮廓图像的分形分割
• 1.3.3 色彩因子参数的比较分析
• 1.3.4 喷雾靶标几何特征的提取
• 1.3.5 施药喷头对靶施药运动的研究
• 1.3.6 精确施药条件下控制方式分析
• 1.4 课题来源
• 1.5 论文安排
• 第二章 6WC-30Y-G型车载喷雾机及功能模块
• 2.1 本机主要技术指标与要求
• 2.1.1 喷雾质量指标
• 2.1.2 液滴雾化与分类
• 2.1.3 喷雾锥角与喷射距离
• 2.1.4 本机具体参数指标
• 2.1.5 本机结构与原理
• 2.2 车载喷雾机功能模块设计
• 2.2.1 动力模块
• 2.2.2 送风模块
• 2.2.3 雾化模块
• 2.2.4 输药模块
• 2.2.5 识别模块
• 2.2.6 对靶模块
• 2.2.7 控制模块
• 2.3 本章小结
• 第三章 靶标轮廓特征及其计算
• 3.1 分形理论
• 3.2 分形维数的定义
• 3.2.1 Hausdorff维数
• 3.2.2 信息维数
• 3.2.3 计盒维数
• 3.2.4 相似维数
• 3.2.5 容量维数
• 3.3 靶标轮廓的分形特征
• 3.3.1 树冠轮廓的结构描述
• 3.3.2 树枝的分形特征
• 3.3.3 树叶的相似特性
• 3.4 树冠轮廓的分维计算
• 3.5 基于图像灰度值的分维计算
• 3.5.1 图像预处理
• 3.5.2 图像二值化处理方法
• 3.5.3 图像灰度值的分维计算
• 3.6 树冠几何形状特征提取
• 3.6.1 树冠轮廓边界范围的确定
• 3.6.2 树冠幅宽与幅长的计算
• 3.7 靶标图像的轮廓提取
• 3.7.1 基于分维参数的边缘检测
• 3.8 树冠形心的提取计算
• 3.9 本章小结
• 第四章 喷雾靶标色彩因子的提取
• 4.1 颜色的描述方法
• 4.2 颜色相关模型与形态算法
• 4.2.1 RGB颜色模型
• 4.2.2 HSI颜色模型
• 4.2.3 形态学处理方法
• 4.3 树冠及其背景颜色特征与利用
• 4.4 颜色特征参数归一化处理
• 4.5 树冠与背景颜色特征值分析
• 4.6 树冠与背景颜色参数的归一化运算
• 4.7 基于颜色因子组合的靶标检测
• 4.8 本章小结
• 第五章 喷头对靶施药运动的研究
• 5.1 对靶喷头的硬件结构形式
• 5.2 对靶喷头的运动学分析
• 5.2.1 D-H变换规则
• 5.2.2 连杆机构正定解法
• 5.2.3 连杆坐标变换
• 5.3 对靶喷头运动学模型
• 5.4 对靶喷头参数设计
• 5.5 对靶喷头的极限工作状态
• 5.6 喷头作业运动轨迹优化处理
• 5.6.1 靶标轮廓色度数组获取
• 5.6.2 跟踪轮廓优化处理
• 5.6.3 轮廓优化处理流程
• 5.6.4 区域覆盖方案
• 5.6.5 喷射半径的预偏置
• 5.7 对靶喷头的运动姿态仿真
• 5.7.1 物理模型的建立
• 5.7.2 输出及结果分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 精确施药前提下的控制方式
• 6.1 对靶运动的控制方案
• 6.1.1 喷头运动控制方式
• 6.1.2 对靶控制模式与切换
• 6.2 系统控制的相关理论
• 6.2.1 模糊特征函数
• 6.2.2 特征隶属函数
• 6.3 模糊推理系统设计
• 6.3.1 模糊推理系统描述
• 6.3.2 模糊推理系统的分类
• 6.4 模糊控制方案的建立
• 6.4.1 模糊控制系统结构
• 6.4.2 变量模糊子集
• 6.4.3 变量模糊化处理
• 6.5 模糊控制决策规则
• 6.6 模糊控制函数
• 6.6.1 控制函数表达
• 6.6.2 模糊控制输出
• 6.7 基于全参数输入的模糊控制分析
• 6.7.1 控制输出的表达
• 6.7.2 模糊控制决策规则
• 6.8 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 全文总论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附件1:已公开发表相关学术论文（第一作者）
• 附件2:本人主持及参与的相关科研课题