[發(fā)明專利]一種用于農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測的無人機綜合遙感平臺和方法

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113194296A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂少寧;張義軍;文軍
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海復(fù)旦創(chuàng)新研究院
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;G01N21/25;G01N22/04;B64D47/00;B64D47/08;B64C27/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發(fā)明公開了一種用于農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測的無人機綜合遙感平臺和方法。其包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)傳輸/飛行控制模塊裝置。數(shù)據(jù)采集模塊包括高光譜成像儀和L波段被動微波輻射計；數(shù)據(jù)處理模塊包括DSP圖像處理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、第一單片機和第二單片機；數(shù)據(jù)存儲模塊包括第三單片機和SD存儲卡。數(shù)據(jù)傳輸/飛行控制模塊主要包括北斗導(dǎo)航定位裝置、通訊裝置和無人機平臺，主要用于將采集數(shù)據(jù)片段無線發(fā)送至電腦控制終端，以及實時控制飛行方案。本發(fā)明可以快速實現(xiàn)指定區(qū)域農(nóng)田病蟲害、微生物、作物生長情況以及土壤濕度信息的采集，提高農(nóng)作物區(qū)域病蟲害和土壤濕度信息采集的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種用于農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測的無人機綜合遙感平臺和方法。

背景技術(shù)

土壤濕度動態(tài)監(jiān)測作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)高效運行的關(guān)鍵因素，是灌溉、降水、日照、蒸發(fā)等要素的綜合體現(xiàn)，直接與農(nóng)作物生長相關(guān)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本的氣象要素之一。對土壤濕度的測量通常用單位體積內(nèi)的含水量體積百分比表示（cm³/cm³）。目前使用的土壤濕度測量儀器主要是固定站點的深埋式土壤濕度探頭，該類探頭以測量土壤的電導(dǎo)率或時頻變化為主，只能完成單點的觀測，無法移動，布置和維護所需專業(yè)知識較高，代表范圍往往只有幾十米，對大面積地塊無法觀測。現(xiàn)在的科研裝備中有一類基于被動微波遙感技術(shù)反演土壤濕度的輻射計，但其成本極高，體積大，難以維護和移動，且目前沒有針對這類被動遙感反演土壤濕度的計量標(biāo)準(zhǔn)，僅限于科研使用，還沒有實現(xiàn)業(yè)務(wù)化。現(xiàn)行業(yè)務(wù)所用干旱（土壤濕度）監(jiān)測，采用的無人機載多光譜成像儀無法穿透植被，只能通過觀測葉表和裸土溫度，估算蒸散發(fā)進而獲得土壤濕度。估算結(jié)果精度差，無法定量反演土壤濕度，特別是無法獲得與農(nóng)作物生長相關(guān)的根系深度（5-20厘米）的土壤濕度。

無人機農(nóng)業(yè)氣象應(yīng)用中，與土壤濕度相關(guān)的包含農(nóng)作物生長和病蟲害監(jiān)測兩部分。無人機高光譜遙感憑借其較高的空間分辨率和機動、靈活的特征，可以有效獲取作物在關(guān)鍵生育期的光譜信息，便于對產(chǎn)量進行有效反演。不僅如此，無人機高光譜成像儀可實現(xiàn)對地塊尺度產(chǎn)量的精準(zhǔn)估測，較適合小尺度田塊的估產(chǎn)工作。

農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測需要對植被生長和土壤濕度有同步觀測，市場上還沒有一種無人機平臺可以將二者結(jié)合，同步高效完成地塊級別的農(nóng)業(yè)氣象觀測。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種專門用于農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測的無人機綜合遙感平臺和方法。本發(fā)明的無人機綜合遙感平臺將高光譜成像儀和L波段被動微波輻射計搭載于多旋翼無人機平臺，成本低、體積小，響應(yīng)快，使用門檻低，使用方式靈活，功能多樣，同時實現(xiàn)地塊級別農(nóng)作物產(chǎn)量估算，病蟲害監(jiān)測和土壤濕度觀測功能，從而解決植被與土壤濕度監(jiān)測不同步的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。

一種用于農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測的無人機綜合遙感平臺，其包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)傳輸/飛行控制模塊；

數(shù)據(jù)采集模塊包括高光譜成像儀和L波段被動微波輻射計；高光譜成像儀用于采集下墊面高光譜數(shù)據(jù)，L波段被動微波輻射計用于采集亮度溫度數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊包括DSP圖像處理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、第一單片機和第二單片機；數(shù)據(jù)存儲模塊包括第三單片機和SD存儲卡； 數(shù)據(jù)傳輸/飛行控制模塊包括北斗導(dǎo)航定位裝置、通訊裝置和無人機平臺；其中：