1.一种农业自动精准控制变量施肥方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将施肥装置安装到移动机构上,操作移动机构到丘陵山区果园内;
步骤二:对果树树冠体积进行测算;
步骤三:根据树冠体积,确定施肥量;
步骤四:控制所述移动机构带动所述施肥装置移动到合适位置;
步骤五:控制所述施肥装置输出肥料,进行施肥;
所述施肥装置包括机架(2),所述机架(2)固定连接肥料箱(1),所述肥料箱(1)的出料口固定连接外槽轮排肥器(5),驱动电机减速器(6)通过传动主轴(11)和一对轴承座固定于机架(2)上,所述外槽轮排肥器(5)安装固定于肥料箱(1)下,所述机架(2)固定连接电动推杆(8),所述电动推杆(8)的推杆端固定连接压缩弹簧(10)的一端,所述压缩弹簧(10)的另一端固定连接所述主轴(11),所述机架(2)轴承连接传动主轴(11),所述传动主轴(11)固定连接驱动电机(7),所述驱动电机(7)固定连接换向传动器(12),驱动电机(7)的输出轴固定连接所述换向传动器(12)的输入轴,所述换向传动器(12)的输出轴固定连接主动传动链轮,所述换向传动器(12)固定连接开沟施肥部件(4);
所述开沟施肥部件(4)包括接料斗(13)及开沟主轴(17),所述接料斗(13)与所述开沟主轴(17)通过胀套联轴器(16)连接,所述接料斗(13)固定连接胀套(21),所述胀套(21)固定连接传动链轮(14),所述接料斗(13)固定连接深沟球轴承(15),所述深沟球轴承(15)的外圈固定连接悬挂装置(22),所述悬挂装置(22)固定连接所述换向传动器(12)的外壳,所述开沟主轴(17)内设置有防堵塞螺旋(23),所述开沟主轴(17)外固定连接分段螺旋叶片(18),所述开沟主轴(17)设置有出肥口(19),所述开沟主轴(17)固定连接入土刀片(20);
传动链条(9)的一端环绕所述主动传动链轮,所述传动链条(9)的一端环绕所述传动链轮(14);
所述步骤五的具体流程为:初始状态时,所述电动推杆(8)收缩,使所述开沟施肥部件(4)倾斜,方便所述施肥装置运输,施肥时,控制所述电动推杆(8)伸出,使所述传动主轴(11)转动,使所述开沟施肥部件(4)倾斜式入土,避免所述开沟施肥部件(4)在入土阶段被堵塞,控制所述驱动电机减速器(6)及所述驱动电机(7)打开,所述驱动电机减速器(6)带动所述外槽轮排肥器(5)转动,实现所述肥料箱(1)内肥料排出到所述接料斗(13)内,所述驱动电机(7)带动所述换向传动器(12)运动,所述换向传动器(12)通过所述传动链条(9)带动所述传动链轮(14)转动,所述传动链轮(14)带动所述胀套(21)转动,所述胀套(21)带动所述接料斗(13)转动,所述接料斗(13)带动胀套联轴器(16)、所述开沟主轴(17)、所述分段螺旋叶片(18)、所述入土刀片(20)及所述防堵塞螺旋(23)转动,所述分段螺旋叶片(18)实现旋转开槽,肥料沿所述接料斗(13)进入所述开沟主轴(17)从所述出肥口(19)转动喷出,肥料颗粒和底层破碎的土壤颗粒被所述分段螺旋叶片(18)提升,并被所述分段螺旋叶片(18)搅拌混合,能够实现土壤和肥料有效的混合,提高肥料的利用效率。
2.根据权利要求1所述的农业自动精准控制变量施肥方法,其特征在于:所述步骤二的具体流程为:步骤二一:采集数据集,使用相机拍摄并收集果树的图片,使用标注软件LabelImg将图片标注为VOC格式的xml文件,使用矩形框对果树进行标注,其中的边框展示图片标注的名称与位置的信息;
步骤二二:图像的处理,在将图片输入到卷积网络进行提取不同的语义信息之前,需要对采集的图片进行图像归一化处理、图像标准化处理;
步骤二三:网络特征提取,在特征提取的过程中,浅层网络提取的是纹理、边框、颜色的低级特征,深层网络提取的是高级、抽象的特征,主要目的是将图片目标与所标注的真实区域进行拟合,以达到最小的错误率;
步骤二四:网络权重的保存,网络训练完之后,各层之间均会得到一个较好的权重值,能达到最优的预测效果,将这个权重保留,用于后续对果树进行检测;
步骤二五:果树检测,在先前得到的网络权重的基础上,将实际环境下所取得的图片经过处理后传入到网络中,因为各层之间的权重参数在训练过程中已达到较优水平,输入的图像只需要在这些参数下进行前向传播,最终获取实际的目标类别概率;
其中:L表示模型的损失函数、pi表示模型预测的一组数据、ti表示模型真实样本对应的数据、Ncls预测的样本量、i表示数组中第i位数据值、Lcls模型分类损失函数、λ表示权* *重、Nreg回归的样本数量、Lreg模型回归损失函数、Pi 表示预测的类别、ti 表示真实的类别;
步骤二六:在YOLOv5网络的输入端直接放入整张图,然后在输出层回归bounding box(边界框)的位置和其所属的类别。
3.根据权利要求2所述的农业自动精准控制变量施肥方法,其特征在于:所述步骤二二的具体流程为:步骤二二一:数据集扩增,卷积神经网络具有处理全新数据的能力,但当样本较少时,模型容易出现过拟合,权重分配不够合理,网络也无法具备足够的泛化能力和特征概括能力,通过基于基础色彩的改变原始图像的亮度、色度、对比度、锐度对原数据集进行扩充,由于涉及图像尺度变化,可仍保留原标注结果,增加网络模型对环境的适应性;
步骤二二二:图像归一化处理:采集的RGB图像其像素点的范围位于0‑255之间,为了加速网络训练,使用(式2)将像素转换到0‑1之间进行归一化操作:其中:Xi表示图像中第i点的像素点值,Xmax和Xmin分别表示图像像素的最大值和最小值;
步骤二二三:图像标准化处理:由于图像的数据信息分布较分散,会使网络训练起来难度加大,需进行图像标准化,其主要原理是将数据通过去均值实现中心化的处理,通过(式
3)及(式4)求出像素点的均值和方差,再通过(式5)进行标准化处理;
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其中:μ是图像像素点的均值、σ表示像素点的标准方差、N表示图像的像素数量。
4.根据权利要求2所述的农业自动精准控制变量施肥方法,其特征在于:所述步骤二三的具体流程为:步骤二三一:经过处理后的图片通过(式6)进行神经网络特征信息的提取;
其中:z(u,v)表示卷积后特征图像对应的第u行第v列的图像像素点值,Xi,j表示被卷积的图像对应的第i行第j列的图像像素点值,k表示卷积核;
步骤二三二:经过卷积操作后的图像尺寸会发生变化,主要是通道数增加、长宽发生变化,采用(式7),空间层面的信息变多,提取的特征更利于网络训练;
其中,heightout、widthout为输出图像的高度和宽度,heightin、widthin为输出图像的高度和宽度,heightkernel、widthkernel为卷积核的高度和宽度,stride为步长,padding为填充层;
步骤二三三:标准化网络层:神经网络训练的过程就是不断前后更新参数拟合训练数据的过程,为了提升网络优化速度,对特征图及性能标准化处理,其中标准化过程如(式8)(式8)(式10)及(式11)所示,增强网络的收敛能力;
其中:m为一次迭代所选取的图像数量;
μB为一个批次的均值;
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其中:σ为方差;
其中: 为标准化后的值;
为防止分母为0的极小数;
其中:标准化层的输入为B={x1,2…,m};
yi为标准化后的输出;
γ和β是两个在训练中学习得到的参数。
5.根据权利要求1所述的农业自动精准控制变量施肥方法,其特征在于:所述接料斗(13)匹配所述外槽轮排肥器(5)。
6.根据权利要求5所述的农业自动精准控制变量施肥方法,其特征在于:所述机架(2)固定连接三点悬挂装置(3),所述三点悬挂装置(3)用于连接所述移动机构。