摘要：张辉, 胡军, 石航, 刘昶希, 吴淼. 融合远端深度学习识别模型的白菜株心精准对靶喷雾系统[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(6): 85-95.
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张辉, 胡军, 石航, 刘昶希, 吴淼. 融合远端深度学习识别模型的白菜株心精准对靶喷雾系统[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(6): 85-95.
Citation:ZHANG Hui, HU Jun, SHI Hang, LIU Changxi, WU Miao. Precision Target Spraying System Integrated with Remote Deep Learning Recognition Model for Cabbage Plant Centers [J]. Smart Agriculture, 2024, 6(6): 85-95.
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融合远端深度学习识别模型的白菜株心精准对靶喷雾系统
1， 胡军1，2*， 石航1，2， 刘昶希1，2， 吴淼1，2（1.黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江大庆 163319，中国；2.黑龙江省保护性耕作工程技术研究中心，黑龙江大庆 163319，中国）
摘要：
［目的/意义］针对白菜株心及其内叶叶缘对靶喷施钙素等药剂时，喷雾前进速度的提升导致单位时间内覆盖的有效喷施面积和农药喷雾量的变化这一问题，设计了一套基于深度学习的对靶喷雾控制系统。
［方法］首先，阐述了对靶喷雾控制系统的结构及工作原理。其次，对通用YOLOv8模型进行了改进，提出了一种融合远端识别、喷雾机前进速度和喷雾响应频率的YOLOv8-Ghost-Backbone轻量化模型。通过Jetson Xavier NX控制器，搭载轻量化YOLOv8-Ghost-Backbone模型，设计了稳压执行单元和对靶控制单元，并通过间歇喷雾试验对系统性能进行测试。试验期间，逐步提高喷雾平台前进速度，根据电磁阀响应频率得到对应喷嘴的喷雾量。
［结果/结论］记录了对靶喷雾系统3个主要部分的响应时间：图像处理平均耗时为29.50 ms，决策信号传递耗时为6.40 ms，喷雾过程耗时为88.83 ms，综合分析表明，对靶喷雾的总响应时间相较于电信号滞后约124.73 ms。通过补偿电磁阀响应滞后时间与获取试验，得出电磁喷雾响应补偿后的实际喷雾与需求的差异值，确定速度为7.2 km/h的条件下，对应的实际与需求差值为0.01 L/min，其差值最小，符合对靶喷雾的作业要求。
［结论］本研究可为对靶施药机器人在喷雾系统中的应用和参数选择提供参考。
关键词：对靶施药；深度学习；系统频率；响应时间；喷嘴喷雾量
文章图片
图1 对靶喷雾控制系统
Fig. 1 Target spray control system
图 2 对靶喷雾控制系统集成图
Fig. 2 Integration diagram of target spray control system
图3 YOLOv8-Ghost-Backbone网络结构
Fig.3 YOLOv8-Ghost-Backbone Network Structure
图4 YOLOv8-Ghost-Backbone训练结果图
Fig.4 YOLOv8-Ghost-Backbone Training Result Graph
图5 YOLOv8-Ghost-Backbone检测白菜试验结果
Fig.5 Test results of testing Chinese cabbage with YOLOv8-Ghost-Backbone
图6 对靶喷雾控制系统电磁喷头空间安装位置
Fig.6 Space installation position of electromagnetic nozzle of target spray control system
图7 250帧白菜图像处理耗时
Fig. 7 250-frame cabbage image processing takes time
注：1.电磁喷头； 2.继电器； 3.高速摄像机； 4.电脑； 5.补光灯。
图8 高速拍摄对靶喷雾耗时现场
Fig. 8 High-speed shooting target spraying time-consuming scene
图9 高速摄像机拍摄单信号喷雾过程
Fig. 9 High-speed camera photographs single signal spray process
图10 白菜对靶喷雾试验现场
Fig. 10 Test site of Chinese cabbage on target spray
图11 对靶喷雾流量获取试验结果
Fig. 11 Obtain test results for target spray flow rate
图12 7.2 km/h速度下白菜株心对靶喷雾覆盖率
Fig.12 Target spray coverage rate of Chinese cabbage plant center at 7.2 km/h speed
作者简介
胡军 教授
胡军，男，黑龙江八一农垦大学工程学院教授、博士生导师。主要从事植保机械创新设计方向研究，近五年以第一/通讯作者发表期刊50余篇，主持农业部行业标准1项，获得发明专利8项，出版专著1部，编写中国农垦培训教材2部，先后获得黑龙江省科技进步一等奖、农牧渔业丰收奖，厅局级科技进步一等奖。
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来源：智慧农业资讯
