[發明專利]無人機機載智能環境監測系統

在審

• 申請號: 202210035808.8
• 申請日: 2022-01-12
• 公開（公告）號: CN114689116A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 馮仲科;邵亞奎;陳遠
• 申請（專利權）人: 北京環球森林科技有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G08C17/02;B64C39/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

無人機機載智能環境監測系統，其特征是：系統數據采集終端設備主要是通過各種傳感器采集數據、通過stm32單片機整理數據、通過NB?iot物聯網模塊把數據廣播出去，通過MQTT服務器，傳輸到各個云端功能服務器。整個系統以窄帶物聯網的標準協議MQTT通訊協議為基礎，通過訂閱發布通訊模式把數據采集終端、移動終端、存儲云端、計算云端、管理應用云端、數據分享云端服務等各端連接起來，實現各端的及時、穩定、可靠、低成本數據傳輸。

一、技術領域

該發明涉及一種無人機協同多光譜相機和傳感器，創建一套生態環境監測系統，實現區域森林資源與生態環境監測與制圖。在高空中對地面的植被情況通過多個光譜波段進行成像，在高空的多光譜成像裝置在視角相同的情況下能夠對地面上較大的區域進行覆蓋。無人機以其低空飛行、成本低，靈活機動等優點在生態環境監測領域具有較大應用優勢，可快速獲取信息，完成數據采集、處理和應用分析，同時具有機動、經濟、安全等諸多優點。

二、技術背景

隨著經濟和科學技術快速發展和全球經濟的迅速增長，人與自然環境關系面臨著新的問題，使人類“征服”自然的足跡踏遍全球，人類的活動正在改變地球的生態系統，環境問題也逐漸從地區性問題發展成波及世界各國的全球性問題，出現了一系列引起國際社會關注的熱點問題。森林是地球之肺，是自然界的綠色寶庫，是生態平衡的支柱，森林在維持生態發揮的作用是無可比擬的。如何高效、精準、實時實現區域森林資源生態環境的監測與制圖是森林經營之中的熱點、重點和難點問題，也是驅動森林發揮經濟、生態、社會效益的核心基礎問題。本研究旨在以無人機、物聯網、傳感器、3S等先進技術為主導的技術方法實現對區域森林資源資源調查、病蟲害防治以及森林生態環境中溫度、濕度、氣溫、甲烷、污染物、PM2.5等要素的監測，揭示定量生態環境條件下主要林木的生長規律，指導科學的造林、營林，為林業生產布局和森林資源經營管理提供科學理論指導、數據支持、決策服務。

三、發明內容

本研究提出一種以無人機搭載高光譜/多光譜相機和傳感器，實現區域森林資源與生態環境監測與制圖。系統數據采集終端設備主要是通過各種傳感器采集數據、通過stm32單片機整理數據、通過NB-iot物聯網模塊把數據廣播出去，通過MQTT服務器，傳輸到各個云端功能服務器。

生態環境監測系統能系統夠主要監測環境中的氣象要素，氣象要素包含：大氣溫度、大氣濕度、光照強度、紫外線、負氧氣離子、甲烷、污染物、PM2.5 等。

本發明方法的優點在于：整個系統以窄帶物聯網的標準協議MQTT通訊協議為基礎，通過訂閱發布通訊模式把數據采集終端、移動終端、存儲云端、計算云端、管理應用云端、數據分享云端服務等各端連接起來，實現各端的及時、穩定、可靠、低成本數據傳輸。無人機航測技術應用于森林資源觀測，將大大降低調查工作的外業強度，規避外業的安全風險，提高傳統遙感手段的精度，推動林業信息化發展。

四、具體實施方式：

下面結合附圖對本發明進一步說明：

(1)圖1為無人機外觀示意圖，精靈Phantom 4 RTK無人機該型號無人機配備了厘米級RTK定位導航系統，可以在飛行同時達到微秒級別的相機同步，是專門為專業級測繪工程與精密導航工作設計測繪級無人機；

(2)圖2為八波段多光譜航攝儀性能示意圖；圖3為八波段多光譜航攝儀中心波長示意圖；圖4為八波段多光譜航攝儀波長精度示意圖；

(3)圖5為生態環境觀測系統中監測儀的電路架構；

(4)圖6為主控板PCB，主控板基于STC15單片機開發而成，使用鋰電池進行供電，使用RS485總線通過數據問詢模式讀取各個傳感器的返回值；

(5)圖7為數據可視化、模擬展示和系統界面，其中可視化的數據包括二氧化碳指數、溫度、濕度以及光照，可通過Lora或NB-IoT的無線通訊模塊將數據傳輸到電腦或服務器的氣象數據庫，最后通過顯示屏進行數據展示。