[發(fā)明專利]基于無人機(jī)多光譜遙感的病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410765497.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN105739518A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 官永強(qiáng);郭獻(xiàn)民;朱洪波;段立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中孚航空科技（天津）有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10;G01C11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為基于無人機(jī)多光譜遙感的病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)，這一系統(tǒng)涉及到了電動(dòng)無人機(jī)、無人機(jī)飛行控制、無線通信、通信信號(hào)處理、嵌入式系統(tǒng)、電磁兼容(EMC)、多光譜、計(jì)算機(jī)圖像處理、化工和農(nóng)學(xué)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著無人機(jī)技術(shù)研究的深入，人們深深地認(rèn)識(shí)到無人機(jī)在社會(huì)生產(chǎn)和生活各個(gè)方面的作用將日益顯著。在部分高危行業(yè)使用現(xiàn)代化高新技術(shù)集成的無人飛機(jī)，不僅能夠提高工作效率和質(zhì)量，還能降低作業(yè)成本，更重要的是能夠降低人員作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無人機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人力從事高風(fēng)險(xiǎn)、高難度和高強(qiáng)度的工作已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。研發(fā)具有低成本、高穩(wěn)定性和廣泛應(yīng)用性的無人機(jī)，已經(jīng)成為一種迫切的需要。

傳統(tǒng)的植物病蟲害監(jiān)測主要通過實(shí)地調(diào)查，采用有效基數(shù)預(yù)測法，需要進(jìn)行多次、大面積的野外實(shí)地監(jiān)測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可靠性不高。如能利用有效技術(shù)監(jiān)測到病蟲害發(fā)生的空間位置、強(qiáng)度和時(shí)間，將對(duì)及時(shí)采取有效措施減少經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。無人機(jī)遙感具有操作簡單、成本低、靈活性大、作業(yè)效率高、漂移小及成像穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。在眾多的遙感技術(shù)手段中，多光譜遙感具有識(shí)別精度高的特點(diǎn)，可用于病蟲害的預(yù)防檢測。在此背景下，我們以無人機(jī)為平臺(tái)搭載光譜儀，實(shí)現(xiàn)病蟲害的監(jiān)測，為病蟲害的預(yù)防及治理提供依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要功能是通過無人機(jī)上搭載多光譜遙感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)病蟲害的監(jiān)測。該系統(tǒng)以無人機(jī)為平臺(tái)，結(jié)合多光譜遙感和模式識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)大面積病蟲害的監(jiān)測，以及災(zāi)后植被的成像評(píng)估等。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明主要采用的技術(shù)方案為：

一種基于無人機(jī)多光譜遙感的病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)，包括機(jī)載端和地面端，機(jī)載端包括無人機(jī)系統(tǒng)、多光譜遙感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的機(jī)載端，無人機(jī)系統(tǒng)主要為空中的飛行平臺(tái)，用于搭載遙感和通信設(shè)備，多光譜遙感系統(tǒng)是整個(gè)大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端，完成海量數(shù)據(jù)的收集和壓縮；地面端包括地面控制系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面端，地面控制系統(tǒng)是整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)和多光譜遙感系統(tǒng)的總控中心，各種指令均由此處發(fā)出，應(yīng)用系統(tǒng)是整個(gè)遙感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，多光譜遙感系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)將在此處進(jìn)行精確的處理，給出需要的數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的機(jī)載端和地面端構(gòu)成通信系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)空中平臺(tái)和地面系統(tǒng)的通信。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：

1)無人機(jī)系統(tǒng)。與以油機(jī)為動(dòng)力的無人機(jī)相比以鋰電為動(dòng)力的無人機(jī)具有環(huán)保、噪音小，能夠接近做近距離的數(shù)據(jù)采集，以及采取近距離的滅蟲手段。無人機(jī)系統(tǒng)配有飛行控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)的自動(dòng)起降和飛行過程中的全自動(dòng)駕駛，具有GPS定位和慣性導(dǎo)航功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)的精準(zhǔn)定位和精確導(dǎo)航。

2)多光譜遙感系統(tǒng)。多光譜系統(tǒng)光譜范圍覆蓋可見光至近紅外，各譜段均可根據(jù)不同需求靈活配置；該設(shè)備將穩(wěn)定平臺(tái)與多光譜成像單元高度集成，隔離載機(jī)擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)相機(jī)垂直或傾斜穩(wěn)定成像；自帶大容量存儲(chǔ)器，搭載于無人機(jī)平臺(tái)時(shí)，由內(nèi)部綜合管理控制器自主控制其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)；地面工作站可通過無線鏈路與機(jī)上設(shè)備進(jìn)行通訊，查看機(jī)上設(shè)備工作狀態(tài)。

3)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈包括飛控?cái)?shù)據(jù)鏈和任務(wù)數(shù)據(jù)鏈兩大類，其中飛控?cái)?shù)據(jù)鏈具有實(shí)時(shí)性高、通信質(zhì)量好、抗干擾能力強(qiáng)和傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)超視距范圍的有效傳輸。任務(wù)數(shù)據(jù)鏈又包括數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和圖像傳輸設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備具有與飛控?cái)?shù)據(jù)鏈相同的性能指標(biāo)，圖像傳輸設(shè)備以下行傳輸為主，基于COFDM的圖像傳輸設(shè)備能夠在高速移動(dòng)和非通視條件下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量圖像的穩(wěn)定傳輸。

4)地面控制系統(tǒng)。地面控制系統(tǒng)兼容有人工操作臺(tái)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制地面站，人工操作臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)飛行平臺(tái)的遠(yuǎn)程遙控飛行和光譜儀的三軸360°旋轉(zhuǎn)；計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制地面站能夠依靠設(shè)定的航線自動(dòng)控制飛機(jī)的飛行，可以預(yù)先設(shè)定飛機(jī)的航向、高度、維度、經(jīng)度、速度和飛機(jī)的動(dòng)作等。光譜儀能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制。

5)應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)包含大量的光譜模型，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，同時(shí)要能實(shí)時(shí)地接收并顯示下傳的光譜圖像。應(yīng)用系統(tǒng)具有較高的計(jì)算處理能力，能夠快速地將光譜圖像與海量的光譜模型進(jìn)行比對(duì)，并能對(duì)光譜信息做到快速的識(shí)別和定位，并指導(dǎo)無人機(jī)和光譜儀進(jìn)行實(shí)時(shí)地的跟蹤監(jiān)測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方案示意圖；

本發(fā)明的具體實(shí)施方式由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功能詳細(xì)說明。

本發(fā)明整體上采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，整個(gè)系統(tǒng)包含無人機(jī)系統(tǒng)、多光譜遙感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)幾個(gè)子系統(tǒng)。無人機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的飛行控制；多光譜遙感系統(tǒng)機(jī)械性搭載于無人機(jī)上，獨(dú)立于無人機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，完成遙感數(shù)據(jù)的采集；數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的機(jī)載端與無人機(jī)系統(tǒng)和多光譜遙感系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接；數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面端與地面控制系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接；地面控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)發(fā)送控制指令，控制無人機(jī)系統(tǒng)和多光譜遙感系統(tǒng)完成相應(yīng)的動(dòng)作；應(yīng)用系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)接收多光譜遙感采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，發(fā)送給最終用戶。