[發明專利]基于小型無人機群的棉花蟲害立體監測方法與系統

有效

• 申請號: 202011162451.7
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112364725B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 黃華盛;蘭玉彬;鄧繼忠;楊阿慶;江龑;梁鵬;郝剛;謝運佳
• 申請（專利權）人: 廣東技術師范大學
• 主分類號: G06V10/764
• 分類號: G06V10/764;G06V20/10;G06V10/774;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G06Q50/02;G06T7/80;G01N21/88;G01N21/84
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于小型無人機群的棉花蟲害立體監測方法與系統，包括：包括：在地面站的地圖模塊上劃定監測的棉田區域，根據無人機群的飛機數量劃分若干個監測單元；通過數傳模塊將每個監測點位置發送給對應的無人機，無人機群根據任務規劃飛行至監測點；無人機基于立體視覺技術，獲得冠層的深度及正下方壟溝的深度，依據深度信息飛行至棉花植株的上、中、下部；無人機采集棉花植株的側面圖像并且進行蟲害侵蝕分類，同時將蟲害信息發送至地面站；地面站在接收到所有監測點的蟲害信息之后，基于貪心算法生成施藥無人機的作業路徑規劃。本發明可近距離有效監測棉花中部和底部出現的蟲害信息，快速有效監測大范圍棉田的蟲害分布情況。

技術領域

本發明涉及無人機遙感的技術領域，尤其是指一種基于小型無人機群的棉花蟲害立體監測方法與系統。

背景技術

蚜蟲和紅蜘蛛等蟲害侵蝕是棉花生產管理過程中面臨的主要問題，對棉花的產量和質量有重要影響。采用無人機遙感監測棉田的蟲害分布情況，可以為蟲害防控的施藥作業提供決策依據，有望在保證藥效的前提下減少化學藥劑的使用。然而，蚜蟲和紅蜘蛛等主要棉花害蟲大多位于棉花的中部和下部，傳統無人機遙感僅能采集到棉花頂部冠層的信息，因此無法對位于棉花中部和下部的蟲害信息進行評估。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種基于小型無人機群的棉花蟲害立體監測方法與系統，克服傳統無人機遙感無法獲取棉花中下層信息的不足，可以同時對棉花上中下層的蟲害信息進行監測，從而客觀全面評估棉花所遭受的蟲害脅迫程度。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案如下：

基于小型無人機群的棉花蟲害立體監測方法，包括以下步驟：

S1、在地面站的地圖模塊上劃定監測的棉田區域，根據無人機群的無人機數量劃分若干個監測單元；對每個監測單元，地面站劃分等間距的二維監測點，通過數傳模塊將每個監測點位置發送給對應的無人機，所述無人機的機載芯片驅動無人機以統一高度飛行至指定位置；

S2、到達指定位置后，所述無人機將云臺雙目相機垂直向下，采集正下方的棉田圖像，所述無人機的機載芯片通過有線連接實時獲取云臺雙目相機采集的圖片，基于SSD模型檢測出棉花冠層和棉田壟溝的位置，所述無人機的機載芯片控制無人機飛行至距離最近的棉田壟溝，使得棉田壟溝的位置位于所采集圖像的正中間；

S3、所述無人機基于立體視覺技術，獲得冠層的深度及正下方壟溝的深度，依據深度信息飛行至棉花植株的上部、中部、下部；

S4、所述無人機在到達棉花植株的每個位置時，將云臺雙目相機水平放置，采集棉花植株的側面圖像，所述無人機的機載芯片根據所采集的棉花側面圖像，基于卷積神經網絡進行蟲害侵蝕分類；

S5、所述無人機在完成棉花蟲害的立體監測之后，上升至下降前的高度，通過機載數傳模塊將監測點的GPS坐標、棉花上中下層的蟲害侵蝕類別發送給地面站；所述地面站在接收到監測單元中所有無人機的監測報告之后，該監測單元的監測任務完成，開始下一個監測單元的監測任務；

S6、在所有監測單元的監測任務完成之后，所述地面站接收到所有監測點的蟲害信息，僅保留出現蟲害的監測點的位置信息，基于貪心算法生成施藥無人機的作業路徑規劃，至此，無人機群的棉花蟲害立體監測任務完成。

進一步，所述步驟S1包括以下步驟：

S101、在地面站的地圖模塊上劃定整個待監測的棉田區域，計算棉田區域的寬度和高度；其中，所述待監測的棉田區域僅包含航空植保作業中常見的矩形區域；

S102、地面站根據小型無人機群的無人機數量及單個無人機的監測范圍，計算監測單元的面積；所述監測單元的面積按下面公式計算：

w_unit＝a×w_plane