[00109012]农药实时精确对靶施用方法研究

　　该项目建立实时精确对靶施药系统，利用CCD、图像采集卡连续实时捕获树木形态视频流，提出并设计一组相对色彩因子实现树木目标和背景的分割，利用BP神经网络等识别树形和获取树冠形态参数，并从树木图像信息中获取目标深度信息和恢复目标真实信息，分析形成实时喷雾控制策略，通过设计特定接口和A/D、D/A电路实现信息交换，实时控制喷头实现农药精确对靶喷雾，创立具有自主知识产权的农药实时精确对靶施用方法，填补了国内外空白，达到国际先进水平。 　　主要技术指标： 　　实时性：目标图像处理软件分割树木目标和背景的运算速度为0.2s/帧； 　　高效性：以精确对靶施药方法设计的农药喷雾系统可用于行道树、防护林、风景园林、果园、设施农业和航空病虫害防治等，当林木栽植株距较大时，与常规方法比，可节省50%以上用药量，从而降低防治成本、提高经济效益。 　　创新点： 　　（1）完成实时单幅图像或连续图像的采集，并能实时分析连续视频中的单帧图像；提出并设计了一组相对色彩因子来实现树木图像目标和背景的分割，直接从彩色图像的RGB分量入手，大大提高分割运算速度（0.2s/帧），满足农药精确对靶施用实时性要求； 　　（2）系统可完成对BMP位图文件的各种操作，为图像分析处理提供了良好的测试平台；利用成像三角关系从目标的图像信息中恢复出目标的真实信息，为树木图像的识别以及数据库的建立奠定基础；设计了室内农药自动喷雾系统，探索喷雾系统的智能决策算法，开展了用微型喷头来对应控制特定小区域目标而实现农药精确对靶喷雾的试验研究； 　　（3）首次提出用BP神经网络设计树形识别软件，实际识别结果表明：基于BP神经网络的树形识别系统，特色明显，能够分辨不同树形，树冠无论是否经过修剪，识别率均较高，且系统的适应性强；并分析了树木的形状与体积与精确喷雾之间的关系； 　　（4）通过高射程对靶喷雾机在室外环境下的试验，证实系统具有农药利用率高、环境污染小、防治成本低、自动化程度高、劳动强度低等优点，为将农药精确对靶施用系统由实验转向生产并形成产业奠定基础；首次创立基于树木特征图像的农药实时精确对靶施用方法，以该方法设计的农药喷雾系统可应用于城市和公路行道树、防护林、风景园林、果园、设施农业和航空病虫害防治。 　　关键技术及特点： 　　（1）建立模拟树木特征图像采集与处理系统，完成图像实时动态采集并从连续视频中提取单帧图像进行分析，所构造的基于VFW的Capture类具有普遍的适用性，对图像采集卡、计算机等硬件没有特别限制； 　　（2）建立一套树木图像处理算法完成树木特征的提取，识别农药施用目标和非施用目标，系统具有良好的代码重用性和实时性； 　　（3）冠形的有关尺寸确定及其具体算法，利用神经网络的学习、训练，实现对不同树形的识别； 　　（4）将室内研究成果向生产技术转移，初步实现在室外环境下高射程农药实时精确对靶喷雾机的试验。 　　推广应用前景 　　林业是统筹人与自然和谐发展、构建和谐社会的关键，我国每年因森林病虫害造成的经济损失高达500多亿元，使用农药是对付病虫害最高效、最迅速、最可靠的武器。但由于我国人多地少、丘陵山区面积大、农林生产条件复杂、劳动力资源相对过剩及文化素质低，因此将遵循操作实用性、渐进阶段性与整体协调性原则逐步开展我国农药精确使用技术的推广应用。 　　该研究为创新性地研究全新的精确低污染防治农林病虫害技术和对靶喷雾装备提供思路。根据首次创立的具有自主知识产权的基于目标特征图像的农药实时精确对靶施用方法，设计农药喷雾系统，以应用于城市和公路行道树、防护林、风景园林、果园、设施农业和航空病虫害防治，提高农药使用效率，减少因农药造成的环境污染，提高农药对生态环境安全性和农药使用效益。