本發(fā)明涉及溫室頂部覆蓋物遮蓋監(jiān)測(cè)，尤其涉及一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、作為全球溫室系統(tǒng)的常規(guī)結(jié)構(gòu)組成部分，覆蓋材料在一定程度上隔離外部環(huán)境，形成相對(duì)獨(dú)立可控的溫室內(nèi)部環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。溫室覆蓋物使農(nóng)業(yè)活動(dòng)得以繼續(xù)，并允許操縱內(nèi)部環(huán)境，已成為農(nóng)業(yè)設(shè)施的傳統(tǒng)重要組成部分。覆蓋材料的安裝位置和形式通常因其功能屬性和所屬溫室類型不同而差異明顯。大型多跨溫室結(jié)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，往往需要建造外部支撐結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)覆蓋物的鋪卷作業(yè)。對(duì)于日光溫室等單體結(jié)構(gòu)溫室，覆蓋物的鋪卷作業(yè)大多是依靠其基本結(jié)構(gòu)表面來(lái)實(shí)現(xiàn)，甚至，出現(xiàn)了完全由金屬框架和覆蓋物組成的裝配式日光溫室。與其他類型的溫室相比，日光溫室也更多地依靠覆蓋物鋪卷作業(yè)來(lái)調(diào)節(jié)溫室的內(nèi)部環(huán)境。

2、日光溫室前屋面的三種類型覆蓋物(保溫被、透光薄膜和遮陽(yáng)網(wǎng)布)在溫室生產(chǎn)中尤具有代表性。鋪卷覆蓋物作為溫室生產(chǎn)中一項(xiàng)常規(guī)且必要的任務(wù)，對(duì)于改善溫室環(huán)境和提高溫室生產(chǎn)效率至關(guān)重要。在夏季溫室生產(chǎn)中，通常需要在中午用彩色網(wǎng)覆蓋溫室頂部，以減少室內(nèi)太陽(yáng)輻射，減緩空氣溫度上升。其中，日光溫室的夏季熱負(fù)荷相對(duì)較高，覆蓋有色遮陽(yáng)網(wǎng)是日光溫室夏季生產(chǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)措施。滾動(dòng)彩色網(wǎng)安裝在日光溫室的南面的前屋面上，而滾動(dòng)/展開(kāi)覆蓋物的機(jī)制在各種溫室中是相似的。針對(duì)當(dāng)前的日光溫室覆蓋物鋪卷狀態(tài)難以有效監(jiān)測(cè)和評(píng)估，無(wú)法有效根據(jù)遮蓋情況來(lái)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)部溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，解決了當(dāng)前的日光溫室覆蓋物鋪卷狀態(tài)難以有效監(jiān)測(cè)和評(píng)估的問(wèn)題。

2、根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，其特征在于：具體計(jì)算步驟如下：

3、s1：對(duì)溫室房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，對(duì)溫室房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸以及角度統(tǒng)計(jì)和溫室頂部覆蓋物的鋪卷范圍統(tǒng)計(jì)；

4、s2：無(wú)人機(jī)攝取溫室遮陽(yáng)網(wǎng)布狀態(tài)圖片數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步換算計(jì)算得到鋪卷覆蓋物真實(shí)的覆蓋狀態(tài)，依據(jù)覆蓋物狀態(tài)進(jìn)一步進(jìn)行換算得到覆蓋物的鋪卷開(kāi)度和鋪蓋面積；

5、s3：在遮陽(yáng)網(wǎng)布上方和下方的房頂上設(shè)有固定大小的上通風(fēng)膜和下通風(fēng)膜，在計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)輸入遮陽(yáng)網(wǎng)布網(wǎng)的透射率，計(jì)算日光溫室鋪卷遮陽(yáng)網(wǎng)的運(yùn)行效率

6、

7、其中，qs(t)是鋪蓋遮陽(yáng)網(wǎng)的日光溫室地面種植區(qū)接收到的太陽(yáng)輻射總量，j·s-1；qo(t)是在沒(méi)有卷簾遮陽(yáng)網(wǎng)的情況下，同一時(shí)間的太陽(yáng)輻射總量，j·s-1；i(t)是實(shí)時(shí)照明輻射，w·m-2；γ是透明薄膜的透射率，即上通風(fēng)膜和下通風(fēng)膜透射率；τ是遮陽(yáng)網(wǎng)的遮陽(yáng)率，被認(rèn)為是日光溫室前屋面整體遮陽(yáng)網(wǎng)的一個(gè)恒定值。

8、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，對(duì)溫室房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸以及角度統(tǒng)計(jì)和溫室頂部覆蓋物的鋪卷范圍統(tǒng)計(jì)，具體參數(shù)標(biāo)號(hào)如下：溫室長(zhǎng)度s?m、整個(gè)南屋頂?shù)膶挾萳?m和溫室高度h?m，設(shè)置o和r是溫室拱形前屋面的圓弧中心和半徑，θ1和l1是保溫被鋪卷范圍的中心角和弧長(zhǎng)，θ2、θ3和θ4是上通風(fēng)口、遮陽(yáng)網(wǎng)和下通風(fēng)口鋪卷范圍的中心角，l2、l3和l4是θ2、θ3和θ4相對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)；

9、覆蓋物的位置可以通過(guò)開(kāi)度kx的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式來(lái)確定：

10、

11、其中，kx是不同覆蓋物的開(kāi)度，x＝1、2、3、4分別表示保溫被、上通風(fēng)口、遮陽(yáng)網(wǎng)和下通風(fēng)口；θx和δθx表示前屋面的中心角和相應(yīng)覆蓋物的中心角變化，rad；lx和δlx表示相應(yīng)的弧長(zhǎng)，m；ax和δax表示相應(yīng)的覆蓋面積，m2。

12、在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，依據(jù)覆蓋物狀態(tài)進(jìn)一步進(jìn)行換算得到覆蓋物的鋪卷開(kāi)度和鋪蓋面積，根據(jù)前屋面簡(jiǎn)化方案構(gòu)建相應(yīng)的受光面的弧線方程：

13、x2+(z+r-h))2＝r2

14、

15、

16、x和z為空間坐標(biāo)的受光弧面的寬度和高度。

17、在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，所述覆蓋物起始點(diǎn)位置為b點(diǎn)(xb,zb)，覆蓋物下放位置為c點(diǎn)(xc,zc)，兩點(diǎn)的弧度距離為：

18、

19、在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，遮光網(wǎng)的終點(diǎn)為f(xf，zf)，實(shí)時(shí)位置(xf(t)、zf(t))，獲得遮陽(yáng)網(wǎng)的實(shí)際開(kāi)度ks(t)：

20、

21、在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，當(dāng)陽(yáng)光穿過(guò)遮光網(wǎng)時(shí)，漫射的天空輻射被極大地吸收和反射，形成漫射的天空透射，一部分直接輻射也被吸收和反射形成漫射光束，另一部分直接照射被遮光網(wǎng)的微小鏡面反射，只有一小部分直接輻射穿過(guò)遮光網(wǎng)和透明材料的網(wǎng)孔到達(dá)溫室內(nèi)的地面，實(shí)時(shí)陰影面積amd1在很大程度上代表了陰影網(wǎng)的實(shí)際操作效果，可以使用以下方程計(jì)算：

22、amd1(t)＝lmd1(t)×smd(t)＝(lm1-hm×tanα(t))×(sm-hm×tanσ(t))

23、通過(guò)上述公式可以獲得實(shí)時(shí)陰影區(qū)域ad(t)：

24、

25、本發(fā)明中，利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)溫室覆蓋物鋪卷狀態(tài)監(jiān)測(cè)和效果評(píng)估，對(duì)于實(shí)現(xiàn)其有效控制以及提高溫室覆蓋物鋪卷作業(yè)效率具有重要現(xiàn)實(shí)意義。研究將以日光溫室的遮陽(yáng)網(wǎng)布鋪卷作業(yè)為例，并實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)識(shí)別計(jì)算和評(píng)估覆蓋物鋪卷狀態(tài)的方法過(guò)程。

技術(shù)特征：

1.一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，其特征在于：具體計(jì)算步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，其特征在于：對(duì)溫室房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸以及角度統(tǒng)計(jì)和溫室頂部覆蓋物的鋪卷范圍統(tǒng)計(jì)，具體參數(shù)標(biāo)號(hào)如下：溫室長(zhǎng)度sm、整個(gè)南屋頂?shù)膶挾萳m和溫室高度hm，設(shè)置o和r是溫室拱形前屋面的圓弧中心和半徑，θ1和l1是保溫被鋪卷范圍的中心角和弧長(zhǎng)，θ2、θ3和θ4是上通風(fēng)口、遮陽(yáng)網(wǎng)和下通風(fēng)口鋪卷范圍的中心角，l2、l3和l4是θ2、θ3和θ4相對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，其特征在于：依據(jù)覆蓋物狀態(tài)進(jìn)一步進(jìn)行換算得到覆蓋物的鋪卷開(kāi)度和鋪蓋面積，根據(jù)前屋面簡(jiǎn)化方案構(gòu)建相應(yīng)的受光面的弧線方程：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，其特征在于：所述覆蓋物起始點(diǎn)位置為b點(diǎn)(xb,zb)，覆蓋物下放位置為c點(diǎn)(xc,zc)，兩點(diǎn)的弧度距離為：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，其特征在于：遮光網(wǎng)的終點(diǎn)為f(xf，zf)，實(shí)時(shí)位置(xf(t)、zf(t))，獲得遮陽(yáng)網(wǎng)的實(shí)際開(kāi)度ks(t)：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，其特征在于：當(dāng)陽(yáng)光穿過(guò)遮光網(wǎng)時(shí)，漫射的天空輻射被極大地吸收和反射，形成漫射的天空透射，一部分直接輻射也被吸收和反射形成漫射光束，另一部分直接照射被遮光網(wǎng)的微小鏡面反射，只有一小部分直接輻射穿過(guò)遮光網(wǎng)和透明材料的網(wǎng)孔到達(dá)溫室內(nèi)的地面，實(shí)時(shí)陰影面積amd1在很大程度上代表了陰影網(wǎng)的實(shí)際操作效果，可以使用以下方程計(jì)算：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)人機(jī)圖像識(shí)別的溫室頂部覆蓋物遮蓋狀態(tài)的計(jì)算方法，具體計(jì)算步驟如下：S1：對(duì)溫室房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；S2：無(wú)人機(jī)攝取溫室遮陽(yáng)網(wǎng)布狀態(tài)圖片數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步換算計(jì)算得到鋪卷覆蓋物真實(shí)的覆蓋狀態(tài)，依據(jù)覆蓋物狀態(tài)進(jìn)一步進(jìn)行換算得到覆蓋物的鋪卷開(kāi)度和鋪蓋面積；S3：計(jì)算日光溫室鋪卷遮陽(yáng)網(wǎng)的運(yùn)行效率φ(t)。本發(fā)明利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)溫室覆蓋物鋪卷狀態(tài)監(jiān)測(cè)和效果評(píng)估，對(duì)于實(shí)現(xiàn)其有效控制以及提高溫室覆蓋物鋪卷作業(yè)效率具有重要現(xiàn)實(shí)意義。研究將以日光溫室的遮陽(yáng)網(wǎng)布鋪卷作業(yè)為例，并實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)識(shí)別計(jì)算和評(píng)估覆蓋物鋪卷狀態(tài)的方法過(guò)程。

技術(shù)研發(fā)人員：張國(guó)祥,張明宇,權(quán)龍哲,楊曉航,劉洋洋,汝晨,王雷,王春艷,孫正勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30