[發明專利]利用無人機攜帶多光譜光源進行植物生長監測的方法

在審

• 申請號: 201611267053.5
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106596412A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 李福生;高丹;韓秋漪;劉佳;張善端
• 申請（專利權）人: 上海復展智能科技股份有限公司;復旦大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,陸尤

技術領域

本發明屬于植物生長監測技術領域，具體涉及一種利用無人機攜帶多光譜光源進行植物生長監測的方法。

背景技術

隨著國民經濟的發展和農業鼓勵政策的出臺，國家對于農業收成的增加更加重視。目前，我國農業生產能力巨大，而巨大的生產量下農作物的質量和植物生長健康情況的監測就成為一個浩大的工程。以前，人們一般采取人工目視的方法來監測農作物的質量是否合格、植物的生長是否健康，但這種方法過于消耗人力與時間，且監測出植物不健康時植物已經出現了癥狀，不利于及時采取干預措施。因此，在盡量節省人力、時間和成本的情況下監測植物的生長狀況成為亟待解決的問題。

無人機技術的成熟給予農業監測帶來巨大的便利，可利用無人機近距離地在田地、大棚或植物工廠等植物種植區域上方監測植物的生長情況，相對現有的人為采集方式具有快捷、省力、準確和高效的優點。

專利CN 104765378 A公開了一種利用無人機監測公共綠地內植物生長情況的系統，包括無人機和公共綠地，通過在無人機上安裝無線信息接收存儲裝置，從而近距離地在公共綠地上方區域接收公共綠地內植物監測裝置監測到的公共綠地數據，相對人為采集方式具有快捷、省力，準確和高效的優點。然而，該系統受限于探頭的離散性導致的空間分辨率不足，缺乏對光譜信息的采集，并未考慮拍攝時環境光變化的影響，以及如何處理拍攝到的植物信息，可行性以及準確性有待考量。

專利CN 105759838 A公開了一種基于無人機的植物生長狀況監測裝置及方法，其圖像監測模塊采用藍色LED陣列作為熒光激發光源，且采用電子倍增CCD單元在夜間采集植物的熒光動力學圖像，獲得整個拍攝區域的熒光二維分布信息和熒光動力學衰減信息。該發明無需對葉片進行暗適應，節省了測量時間，且實現了植物的原位測量，能更準確的反映植物的生理生長狀態。不過，該發明采用藍光LED陣列作為激發光源，僅獲取熒光分布信息并據此判斷植物生長狀況，未涉及在其他色光和白光照射下的反射光譜和色坐標。

因此，需尋找一種監測植物生長情況的新方法，在利用無人機節省人力和時間成本的前提下，盡可能排除外界干擾因素，在多光譜光源照射下拍攝采集植物的光譜和色坐標，與標準反射光譜比對后判斷植物的生長情況，從而可較早地發現患病的植物并對其進行殺菌、除蟲、追肥等干預措施，減少因患病而減產的植物數量，以此來增加植物的產出率。

發明內容

本發明的目的是針對目前植物生長監測技術耗時耗力，且監測準確度不高的問題，提供一種利用無人機攜帶多光譜光源進行植物生長監測的方法。這種方法采用無人機攜帶多光譜光源和面陣CCD光譜儀進行監測，單次掃描覆蓋面積大，測量精度高，且無人機飛機路線簡單，容易控制，適用于目前田地、大棚以及植物工廠等農業種植中的植物監測。

本發明提供的一種利用無人機攜帶多光譜光源進行植物生長監測的方法，其包括以下步驟：

（1）多光譜標準光源選擇：根據植物種類確定植物的特征波長，選擇相應的標準窄帶色光組合作為多光譜標準光源；

（2）植物光譜數據庫建立：用多光譜標準光源照射植物，采集不同種植物在葉片健康、染病、衰老等不同生長狀況下的色坐標和反射光譜等信息，求取平均色坐標和平均反射光譜，建立植物光譜數據庫；

（3）現場植物光譜采集：選擇無月光或者少月光的夜晚，控制無人機沿設定的航線和高度進行飛行和懸停，分別開啟不同顏色的窄帶光源，采用面陣CCD光譜成像儀對被測植物的葉片進行拍攝和信息存儲；

（4）光譜比對分析：將拍攝到的被測植物與植物數據庫中同種植物的葉片色坐標和反射光譜等信息進行比對，從色坐標和反射光譜等多個方面分析被測葉片的生長狀況。

所述標準窄帶色光組合通常為RYGBW (紅黃綠藍白)多光譜組合，這些窄帶光源均為標準光源，且峰值波長等于植物的特征波長。

所述無人機設有控制系統，該控制系統包括導航裝置、定位裝置、時間采集裝置及電量檢測裝置；

所述導航裝置確定無人機的飛行方向和航線；

所述定位裝置確保無人機的定位懸停；

所述時間采集裝置用于計算拍攝時間及提示無人機的繼續飛行；

所述電量檢測裝置用于檢測無人機電量的使用情況，便于電池的及時更換。

所述電量檢測裝置配套有固定的更換電池充電樁；所述電池充電樁設于田地周圍、大棚內或植物工廠內周邊位置，存有無人機配套電池；當電量檢測裝置檢測到無人機電池電量低于10%時，無人機將自動檢測定位，飛至充電樁附近，自動更換配套電池。