CN105204516B - 生态农业监测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生态农业监测方法，采用生态农业监测飞行装置对农田进行监测，包括以下步骤：定位装置分别与通信装置和控制装置相连，对生态农业监测飞行装置进行定位，并将定位信号传送给通信装置和控制装置；通信装置发送定位信号并实现与外部的通信；拍摄装置进行视频拍摄或拍照，声音采集装置采集环境声音；电量检测装置检测生态农业监测飞行装置的电源电量；采样装置对监测区域的采样对象进行采样；控制装置控制生态农业监测飞行装置的整体运行，对通信装置、定位装置、拍摄装置、声音采集装置、路线判断装置、电量检测装置和飞行判断装置进行控制。通过本装置能够对所跟踪的目标点实现实时监测，记录目标点的影像，具有定位跟踪及时、监测准确的特点。

Description

生态农业监测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及一种农业监测方法，特别涉及一种生态农业监测方法装置和系统。

背景技术

生态农业是农业发展的一个新的阶段，目前生态农业已经呈现出规模化、大型化、专业化的趋势。生态农业的主要特点是农业与生态相结合，少使或不使用化肥、农药等化工产品，而是采用生物技术、施加有机肥或长效肥；利用腐殖质保持土壤肥力；采用轮作或间作等方式种植；不使用化学合成的植物生长调节剂；控制牧场载畜量；动物饲养采用天然饲料；不使用抗生素；不使用转基因技术等。

生态农业对环境的要求较高，由于生态农业基地如农田范围较大，其附近自然、社会环境涉及面广，情况复杂，如何更好地监测生态农业基地的环境，提高监测的效率和效果，是亟待解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种农业监测飞行方法，特别涉及自然生态农业监测方法、飞行装置和系统，能够对所监测的农田及其附近的森林、湖泊、城市、工厂等自然、社会环境实现实时监测，记录监测区域影像，提取样品，具有监测范围广，准确的特点。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种生态农业监测方法，采用生态农业监测飞行装置对目标点进行监测，该飞行装置包括：控制装置、通信装置、定位装置、拍摄装置、声音采集装置、路线判断装置、电量检测装置、飞行判断装置和采样装置；包括以下步骤：

在生态农业监测飞行装置对目标点进行飞行监测时，定位装置对生态农业监测飞行装置进行定位，并将定位的地理位置信息传送给通信装置和控制装置；

通信装置向控制中心发送飞行装置的地理位置信息；

拍摄装置对监测的目标点进行视频拍摄或拍照，声音采集装置采集环境声音；

电量检测装置检测生态农业监测飞行装置的电源电量；

采样装置对监测的目标点内的采样对象进行采样；

控制装置控制生态农业监测飞行装置的整体运行，对通信装置、定位装置、拍摄装置、声音采集装置、路线判断装置、电量检测装置和飞行判断装置进行控制。

所述的监测方法，优选的，还包括以下步骤：

飞行装置起飞前，控制中心向生态农业监测飞行装置发送包括目标点地理位置信息在内的飞行指令；

通信装置接收到控制中心的飞行指令后，将该指令发送给控制装置，控制装置根据该指令解析出目标点地理位置信息，将目标点的地理位置信息与飞行装置的地理位置信息发送给路线判断装置；

路线判断装置计算目标点与飞行装置二者之间的距离并规划飞行路线，将飞行路线和飞行距离发送给控制装置，将飞行距离发送给飞行判断装置；

飞行判断装置根据接收到的飞行距离以及从电量检测装置传送过来的飞行器的电池电量情况，判断飞行器是否能够飞抵目标点以及是否能够返回最近的飞行基地，并将判断结果发送给控制装置；

控制装置接收到飞行判断装置发送的“是”的信号后，控制飞行器向目的地飞行，当接收到飞行判断装置发送的“否”的信号后，控制飞行器通过通信装置向控制中心发送飞行路线、飞行距离、电量以及不能飞抵的信号，同时不进行飞行操作。

所述的监测方法，其特征在于：

飞行装置在飞行过程中由通信装置实时接收控制中心发来的目标点地理位置信息，控制装置实时将该接收的目标点地理位置信息与定位装置实时测得的飞行装置的地理位置信息发送给路线判断装置，由路线判断装置根据天气、空间环境情况规划飞行路线，控制装置根据该飞行路线实时调整飞行装置的飞行路线，路线判断装置还实时判断与目标点之间的距离并将该距离实时发送给控制装置和飞行判断装置。

所述的监测方法，优选的：

生态农业监测飞行装置在飞抵目标点前，拍摄装置和声音采集装置处于关闭状态，不工作；

当飞行装置飞抵目标点预定距离时，飞行装置在接收到控制中心发出的开启指令后，控制装置开启相应的拍摄装置和/或声音采集装置或者控制装置根据与目标点的距离是否到达预设的距离而自动开启拍摄装置和/或声音采集装置。

所述的监测方法，优选的：

当飞抵目标点预定距离时，控制装置在接收到控制中心发出开启拍摄装置的指令后开启拍摄装置，或控制装置自动开启拍摄装置；拍摄装置拍摄的信号通过通信装置实时传送给控制中心的通信系统，控制中心利用存储装置存储接收到的拍摄信号，并通过控制中心的显示装置显示该信号；飞行装置自身携带有存储设备，实时存储拍摄的信号。

所述的监测方法，优选的：

如果拍摄的信号模糊，则控制中心的控制系统通过通信系统向生态农业监测飞行装置发出拍摄调整信号，控制装置根据该调整信号调整拍摄装置的拍摄参数；

控制中心的控制系统根据接收到的拍摄信号，由通信系统向生态农业监测飞行装置发出进一步的飞高、飞低、飞近或飞远的位置控制指令，控制装置根据该指令控制生态农业监测飞行装置的飞行。

所述的监测方法，优选的：

当飞行器所处环境光线较暗时，控制中心的控制系统通过通信系统发出打开探照灯的指令，飞行装置的控制装置在接收到该指令后打开探照灯，以进行照明。

所述的监测方法，优选的：

生态农业监测飞行装置还包括红外线传感装置，用于接收飞行基地的充电设备的红外线传感器发出的红外线信号，并将该信号发送给控制装置；

当控制装置在飞行基地着陆后，控制装置根据电量检测装置发来的生态农业监测飞行装置电源的电量信息，判断电量是否充足，如不充足，则启动自动充电模式：路线判断装置将预设的飞行基地内部布局信息发送给控制装置，控制装置根据该信息以及生态农业监测飞行装置所处的位置设定行走路线，控制生态农业监测飞行装置沿该设定路线行进，同时开启红外线传感器接收充电设备发出的红外线信号，当接收到充电设备的红外线传感器发出的红外线信号后，控制装置根据该信号的方向将生态农业监测飞行装置移动到充电设备进行充电。

所述的监测方法，优选的：

控制中心的控制系统通过通信系统向生态农业监测飞行装置发出追踪指令，该指令中包括追踪装置的ID，目标点地理位置信息；

在飞行装置起飞后，通信系统实时接收飞行装置实时传来的其所处的地理位置信息，控制系统根据该信息判断飞行装置是否飞抵目标点预定距离范围，当飞抵该预定距离，控制系统通过通信系统发出开启拍摄装置的指令；飞行装置的控制系统根据该指令开启拍摄装置进行拍摄，并将拍摄的信号通过通信装置实时传输给控制中心，控制中心的通信系统实时接收飞行装置发来的拍摄装置该拍摄的信号，存储接收到的拍摄信号，并通过控制中心的显示装置显示该信号，如果拍摄的信号模糊，则控制系统向生态农业监测飞行装置发出拍摄调整信号，调整拍摄装置的拍摄参数；

控制中心的控制系统根据接收到的拍摄信号，向生态农业监测飞行装置发出进一步的飞高、飞低、飞近或飞远的位置控制指令，拍摄完毕后，控制系统发出返航指令。

所述的监测方法，优选的，生态农业监测飞行装置采用以下方式在飞行基地着陆：

生态农业监测飞行装置返航时，当接近目的地飞行基地后，生态农业监测飞行装置的控制装置通过通信装置向飞行基地发出着陆信号，飞行基地接收到该信号后，由控制器控制自动开合机构工作，自动开合机构将飞行基地的可开合屋顶的多片屋顶板打开；

生态农业监测飞行装置着陆后生态农业监测飞行装置的控制装置向飞行基地发出关闭屋顶的信号，飞行基地接收到该信号后，由控制器控制自动开合机构将可开合屋顶的多片屋顶板关闭。

所述的监测方法，优选的，生态农业监测飞行装置采用以下方式在飞行基地着陆：

当生态农业监测飞行装置飞抵飞行基地上空时，向飞行基地发出着陆请求，飞行基地接到该信号后，由飞行基地的控制器控制飞行基地的屋顶板打开，飞行基地内部着陆点设置的着陆信号器向上方发射着陆位置信号，飞行装置的着陆信号接收器接收到该着陆信号后，接收器将该信号传送给控制装置，控制装置判断着陆方位并调整飞行装置的空中位置，当确认已经抵达预定着陆位置上空的位置时，控制装置控制飞行器降落，同时控制装置实时接收飞行装置自身的高度探测装置所探测的距离地面的高度，当高度为0时，控制装置关闭飞行电机，停止飞行装置的飞行，发出关闭屋顶板的指令，飞行基地根据该指令关闭屋顶板。

所述的监测方法，优选的：生态农业监测飞行装置采用以下方式在飞行基地着陆：

当生态农业监测飞行装置飞抵飞行基地上空时，向飞行基地发出着陆请求，飞行基地接到该信号后，由飞行基地的控制器控制飞行基地屋顶板打开，控制中心的控制系统通过通信系统发出开启拍摄装置的指令，飞行装置的通信装置接收到该指令后，由控制装置在该指令控制下打开拍摄装置并将拍摄的画面传送给控制中心，控制中心显示装置显示接收到的画面，控制中心根据该画面发出调节拍摄角度、拍摄参数等的指令，直至从飞行装置返回的拍摄画面符合要求为止，此时，通过调节飞行装置遥控器的手柄，使飞行器飞抵屋顶正上方，即着陆地点正上方，随之通过操控遥控器控制飞行器缓慢下降，直至着陆，控制系统发出关闭屋顶板的指令，飞行基地根据该指令关闭屋顶板。

所述的监测方法，优选的：

所述屋顶板是太阳能采集板。

所述的监测方法，优选的：

飞行基地还包括红外线传感装置、充电设备、电量检测模块,其中，红外线传感器安装在充电设备上，发出红外信号，标识充电设备的位置。

所述的监测方法，优选的：

飞行基地在内部着陆点设置着陆信号器，发射着陆位置信号。

附图说明

图1为生态农业监测飞行装置示意图；

图2为控制中心示意图；

图3为生态农业监测飞行系统示意图；

图4为飞行基地主体示意图；

图5为飞行基地充电系统示意图；

图6为飞行基地控制系统示意图。

具体实施方式

结合图1-6，对本发明生态农业监测方法、装置、系统进行说明。

如图1所示，生态农业监测飞行装置是一种小型无人机，尤其是一种多旋翼飞行器，其包括：控制装置，分别与控制装置连接的通信装置、定位装置、拍摄装置、声音采集装置、路线判断装置、电量检测装置、飞行判断装置和采样装置。定位装置分别与通信装置和控制装置相连，用于对生态农业监测飞行装置进行定位，并将定位信号传送给通信装置和控制装置。通信装置用于向控制中心发送定位信号并与远程控制中心进行通信，所述定位装置可以是GPS定位装置或北斗定位装置。控制装置控制生态农业监测飞行装置的整体运行，对通信装置、定位装置、拍摄装置、声音采集装置、路线判断装置、电量检测装置、飞行判断装置、采样装置进行控制。

拍摄装置是摄像机或照相机，用于进行视频拍摄或拍照；声音采集装置可以是麦克风，用于采集环境声音；电量检测装置用于检测生态农业监测飞行装置的电源电量，该电源可为充电电池。

飞行装置的基本工作过程如下：

在生态农业监测飞行装置对目标点进行飞行监测时，定位装置对生态农业监测飞行装置进行定位，并将定位的地理位置信息传送给通信装置和控制装置；

通信装置向控制中心发送飞行装置的地理位置信息；

拍摄装置对监测的目标点进行视频拍摄或拍照，声音采集装置采集环境声音；

电量检测装置检测生态农业监测飞行装置的电源电量；

采样装置对监测的目标点内的采样对象进行采样；

控制装置控制生态农业监测飞行装置的整体运行，对通信装置、定位装置、拍摄装置、声音采集装置、路线判断装置、电量检测装置和飞行判断装置进行控制。

如图2所示，控制中心包括控制系统、通信系统、显示装置、飞行装置遥控器、地理位置系统。控制中心的控制系统通过通信系统向生态农业监测飞行装置发送包括监测区域地理位置信息(称作目标点位置信息)的飞行指令，监测区域一般为生态农田及其周边环境，如森林、草场、湖泊、河流、工厂、社区等。由生态农业监测飞行装置飞抵目标点进行观测。地理位置系统用于检测控制中心的地理位置信息，并由通信系统发送给飞行装置，飞行装置可根据该信息飞回控制中心。

飞行装置飞行前，控制中心向飞行装置发出飞行指令，飞行装置的通信装置接收控制中心的携带有目标点地理位置信息的飞行指令并将该指令发送给控制装置，控制装置根据该指令解析出目标点地理位置等信息，将目标点地理位置信息与其自身的地理位置信息(由定位装置检测得到的定位信号)发送给路线判断装置，路线判断装置计算二者之间的距离，一般而言，路线判断装置会计算二者之间的直线距离，但是当二者之间存在飞行器难以飞越的区域，如阴雨雷区、禁飞区、紊流区、高山等，该路线判断装置会根据飞行器与目标点之间的地理环境、大气环境、禁飞区域设置等规划最优的飞行路线，并计算飞行距离，将规划好的飞行路线和飞行距离发送给控制装置，将飞行距离发送给飞行判断装置。

飞行判断装置根据接收到的飞行距离以及从电量检测装置传送过来的飞行器的电池电量情况，判断飞行器是否能够飞抵目标点以及是否能够返回最近的飞行基地。并将判断结果发送给控制装置。

控制装置接收到飞行判断装置发送的“是”的信号后，控制飞行器向目的地飞行，当接收到飞行判断装置发送的“否”的信号后，控制飞行器通过通信装置向控制中心发送飞行路线、飞行距离、电源电量以及不能飞抵的信号，同时不进行飞行操作。控制中心接收到该信号后，如果仍然坚持飞行，则向生态农业监测飞行装置发送强制飞行指令，接收到该指令后，控制装置根据该指令以及该指令所携带的目标点地理位置信息向目标点飞行。

生态农业监测飞行装置在飞行过程中，为节约能源，一般都会关闭拍摄装置和声音采集装置。之后在接收到控制中心发出的开启指令后，控制装置才开启相应的拍摄装置和/或声音采集装置，控制装置也可根据与目标点的距离是否到达预设的距离如小于等于500米，而自动开启拍摄装置和/或声音采集装置。通信装置实时接收控制中心或目标点发来的目标点地理位置，控制装置实时将该接收的目标点地理位置信息与定位装置实时测得的生态农业监测飞行装置的地理位置信息发送给路线判断装置，由路线判断装置根据飞行路线上的天气、空间环境等情况实时规划飞行路线，控制装置根据该飞行路线实时调整生态农业监测飞行装置的飞行路线。路线判断装置还实时判断飞行装置与目标点之间的距离并将该距离实时发送给控制装置和飞行判断装置，飞行判断装置根据接收到的飞行距离以及从电量检测装置传送过来的飞行器的电池电量情况，判断飞行器是否能够飞抵目标点以及是否能够返回最近的飞行基地。并将判断结果发送给控制装置，控制装置根据该判断结果选择是继续飞往目的地(判断结果是能够飞抵目的地且能够返回离目的地最近的飞行基地)还是返航或飞往与飞行装置距离最近的飞行基地(判断结果是无法飞抵目的地或即使能飞抵目的地但无法返回离目的地最近的飞行基地)。

当飞行装置飞抵目标点预定距离如500米时，控制中心向飞行装置发出拍摄和或采集声音的指令，控制装置在接收到控制中心发出的开启拍摄装置和/或声音采集装置的指令后开启拍摄装置和/或声音采集装置，或由控制装置自动开启拍摄装置和/或声音采集装置。拍摄装置拍摄的信号和/或声音采集装置采集的声音信号通过通信装置实时传送给控制中心的通信系统，控制中心利用存储装置(图2中未示出)存储接收到的信号，并通过控制中心的显示装置显示和/或播放该信号，优选的是，飞行装置自身携带有存储设备，实时存储拍摄的信号和采集的声音信号，为节约电力，控制装置可控制通信装置定时发送拍摄的信号，如在预定间隔时间如1分钟传送一帧或多帧拍摄的信号和/或采集的声音信号。如果拍摄的信号模糊，则控制系统向生态农业监测飞行装置发出拍摄调整信号，控制装置根据该调整信号调整拍摄装置的焦距、放大缩小倍数、光圈，快门等拍摄参数。拍摄装置既可以拍摄视频也可以拍摄照片。控制中心还可以发出开启声音采集装置的指令，或由控制装置自动开启声音采集装置。控制中心根据接收到的拍摄信号，向生态农业监测飞行装置发出进一步的飞高、飞低、飞近或飞远的位置控制指令，控制装置根据该指令控制生态农业监测飞行装置飞近目标点或飞远(远离)目标点。拍摄完毕后，控制中心发出返航指令，控制装置根据该指令控制生态农业监测飞行装置返航。拍摄装置通过角度调整装置安装于飞行装置上，控制中心可发出角度调节指令，控制装置根据该指令调节角度调整装置的旋转角度，进而调整拍摄装置的拍摄角度。飞行装置还设置有照明设备，如微型探照灯，当飞行器所处环境光线较暗时，控制中心的控制系统通过通信系统发出打开探照灯的指令，飞行装置的控制装置在接收到该指令后打开探照灯，以进行照明，得到理想的拍摄效果。

控制中心设有带手柄的飞行装置的遥控装置。当显示装置显示飞行装置拍摄的画面时，监测人员可以任意调节该移动手柄，模拟飞行装置的移动(如前、后、左、右、上、下飞行等)并发出移动信号，相关的移动信号被送入控制系统，控制系统通过通信系统发送该信号给生态农业监测飞行装置的通信装置，控制装置根据接收到的移动信号控制飞行器的飞行。遥控装置上还包括键盘，其上的按键分别代表前、后、左、右、上、下移动飞行器、开启/关闭拍摄装置和声音采集装置、开启/关闭探照灯等操作。

该移动手柄还可调整角度调整装置的移动，操作人员在观察显示屏幕实时显示的观测画面的同时，操作移动手柄，将角度调整信号发送给飞行装置，飞行装置的控制装置接收到该信号后，控制角度调整装置的旋转角度，进而调节拍摄装置的拍摄角度。

生态农业监测飞行装置可以通过采样装置对监测区域的监测对象、采样对象进行采样。采样装置包括：空心钻头、抓取手、针管。当需要对采样物体进行采样时，控制中心根据显示装置显示的采样对象的图像，通过遥控器发出控制信号，控制飞行装置飞近采样对象甚至着陆，如果对岩石、土壤、树木等较硬采样对象进行采样，则控制系统发出钻头提取的指令，飞行装置接收到该指令后，控制装置控制空心钻头钻取土壤或岩石、树木等，钻取预定距离如3cm后，控制装置控制空心钻头收回，空心钻头的空心处即为采样的样品；如果需要对腐殖质、泥巴等进行采样，控制系统发出抓取手提取的指令，飞行装置接收到该指令后，控制装置控制抓取手抓取腐殖质、泥巴等，抓取结束后，控制装置控制抓取手收回，收取抓取手抓取到采样的样品；如果需要对田间水、水渠、河流、湖泊等水样进行采样，控制系统发出针管提取的指令，飞行装置接收到该指令后，控制装置控制针管通过针头吸取水样等，吸取结束后，控制装置控制收回针管，针管腔体内则为采集的水样。采样装置包括多个，分别标识唯一代码，控制系统可根据代码分别发出要求不同的采样装置在多个地点采集多份不同的样品的指令，控制装置根据该指令控制飞行装置飞抵相关地点，控制相应的采样装置进行采样。不使用的时候采样装置设置在采样舱中，当需要使用时，控制装置控制采样舱门打开，同时控制采样装置从舱门向外伸出进行采样，采样结束后控制装置控制采样装置回收进入采样舱，并关闭舱门。

控制中心可以根据生态农业监测飞行装置拍摄的图形信息以及采集的样品对监测区域的生态农业情况进行分析，能够及时发现是否有农作物枯死、非法排污、病虫害、植被破坏、施用化肥农药等，同时能够在不同时间对相同区域进行图像采集并进行对比，以得到监测区域的农业动态发展的信息。同时利用该装置，控制中心还能够对农田周边环境进行监测，保护其不受破坏。

下面，结合附图1、3，对本发明生态农业监测飞行系统进行说明：在进行生态农业监测过程中，由于监测区域多在城外，距离基地或研究中心如控制中心距离较远，因此在执行生态农业监测工作时，生态农业监测飞行装置大多数情况下不能保证及时返回基地或研究中心，因此有必要发明一种生态农业监测飞行系统。该系统包括多个飞行基地、生态农业监测飞行装置、控制中心。所述飞行基地布置在被测目标点监测区域，且均匀分布，分布区域尽量覆盖监测区域。飞行基地通过电网如市电供电，提供电源，也可具有其他电源如风力发电设备和/或太阳能发电设备。

如图6所示，飞行基地包括控制器、通信模块和定位模块，定位模块用于确定飞行基地的地理位置，并将该位置信息发送给通信模块，通信模块用于与控制中心、生态农业监测飞行装置、其他飞行基地通信，并实时发送其自身的位置信息。定位模块可以是GPS定位装置或北斗定位装置。

飞行基地可以是有人值守基地也可以是无人值守基地，在有人值守基地设置有飞行器起降坪，用于飞行器的起降，在无人值守基地，如图4所示，该无人值守基地整体结构包括多个侧壁2、可开合屋顶1和自动开合机构(图中未示出)。多个侧壁互相连接围成飞行基地主体，可开合屋顶位于多个侧壁上方，用于封闭飞行基地主体的上部，可开合屋顶包括多片屋顶板，可开合屋顶在一般情况下处于关闭状态，以避免风吹雨淋、进入动物等对飞行基地内部设施、设备造成危害。可开合屋顶的多片屋顶板由自动开合机构打开或关闭，自动开合机构与飞行基地的控制器连接。

生态农业监测飞行装置返航时，当接近目的地飞行基地后，如距离1000米时，生态农业监测飞行装置的控制装置通过通信装置向飞行基地发出着陆信号，飞行基地接收到该信号后，由控制器控制自动开合机构工作，自动开合机构将可开合屋顶2的多片屋顶板打开。生态农业监测飞行装置既可以在控制装置的控制下自动识别飞行基地的着陆位置自动从打开的屋顶降落到飞行基地内，也可由控制中心控制其着陆。着陆后生态农业监测飞行装置的控制装置或控制中心向飞行基地发出关闭屋顶的信号，飞行基地接收到该信号后，由控制器控制自动开合机构将可开合屋顶2的多片屋顶板关闭。上述屋顶可以作为太阳能发电设备如太阳能采集板，兼具打开关闭以及采集太阳能发电的功能。多片可开合屋顶板可采用翻折的方式打开和关闭，也可以采用伸缩的方式打开和关闭。

下面详细描述飞行装置在飞行基地内部着陆的方式情况：

第一、自动着陆：当生态农业监测飞行装置飞抵飞行基地上空时，向飞行基地发出着陆请求，飞行基地接到该信号后，由飞行基地的控制器控制飞行基地屋顶板打开，飞行基地在内部着陆点设置着陆信号器，如红外信号发射装置，向上方发射着陆位置信号，如红外信号，飞行装置具有着陆信号接收器，如红外信号接收装置，当接收器接收到该着陆信号后，接收器将该信号传送给控制装置，控制装置判断着陆方位并调整飞行装置的空中位置，当确认已经抵达预定着陆位置上空的位置时(如正对着陆位置)，控制装置控制飞行器降落，同时控制装置实时接收飞行装置自身的高度探测装置所探测的距离地面的高度，当高度为0时，控制装置关闭飞行电机，停止飞行装置的飞行，发出关闭屋顶板的指令，飞行基地根据该指令关闭屋顶板。

第二、受控着陆：当生态农业监测飞行装置飞抵飞行基地上空时，向飞行基地发出着陆请求，飞行基地接到该信号后，由飞行基地的控制器控制飞行基地屋顶板打开，控制中心的控制系统通过通信系统发出开启拍摄装置的指令，飞行装置的通信装置接收到该指令后，由控制装置在该指令控制下打开拍摄装置并将拍摄的画面传送给控制中心，控制中心显示装置显示接收到的画面，(工作人员)根据该画面发出调节拍摄角度、拍摄参数等的指令，直至从飞行装置返回的拍摄画面符合要求为止，此时，通过调节飞行装置遥控器的手柄，使飞行器飞抵屋顶正上方，即着陆地点正上方，随之通过操控遥控器控制飞行器缓慢下降，直至着陆。控制系统发出关闭屋顶板的指令，飞行基地根据该指令关闭屋顶板。

飞行基地可以给生态农业监测飞行装置充电。下面结合附图4、5对飞行基地的充电系统和充电方式进行说明。飞行基地还包括：红外线传感装置、充电设备、电量检测模块。红外线传感器安装在充电设备上，发出红外信号，标识充电设备的位置。生态农业监测飞行装置还包括红外线传感装置，用于接收充电设备的红外线传感器发出的红外线信号，并将该信号发送给控制装置。生态农业监测飞行装置进入飞行基地后，控制装置根据电量检测装置发来的生态农业监测飞行装置电源(如充电电池)的电量信息，判断电量是否充足，如不充足，则启动自动充电模式：路线判断装置将预设的飞行基地内部布局信息(可存储在飞行装置的控制系统的内存中，内存是非易失性存储器等存储设备)发送给控制装置，控制装置根据该信息以及生态农业监测飞行装置所处的位置设定行走路线，控制生态农业监测飞行装置沿该设定路线行进，同时开启红外线传感器接收充电设备发出的红外线信号，当接收到充电设备的红外线传感器发出的红外线信号后，控制装置根据该信号的方向将生态农业监测飞行装置移动到充电设备进行充电。

为了在飞行基地内部移动生态农业监测飞行装置，该生态农业监测飞行装置还设置有行走装置，一般而言多旋翼飞行器不具备行走机构，但是本发明为了实现自动充电，在生态农业监测飞行装置下部设置多个轮子，用于支撑该飞行装置，同时设置电机等驱动机构驱动轮子旋转。或者设置起落架，用于支撑整架生态农业监测飞行装置，当生态农业监测飞行装置起飞后，收起起落架，当着陆时，放下起落架。当充电时，控制装置开启行走电机，带动轮子或起落架的轮子旋转，以移动生态农业监测飞行装置到选定的位置。飞行基地的充电设备可以外接市电电源提供电力，也可以外接风力发电设备和/或太阳能发电设备。

由于处于野外，飞行基地一般难以外接市电网络，通常都依靠风力发电设备和/或太阳能发电设备发电，此时充电设备是可充电电池如铅酸蓄电池、镍镉电池、锂离子电池、锂聚合物电池等，用于存储风力发电设备和/或太阳能发电设备发出的电能。由各个飞行基地存储的电能有多有少，并不相同，因此飞行基地还具有电量检测装置，用于检测充电设备的电量，下面结合附图6，对飞行基地内部控制系统进行说明。飞行基地包括控制器、通信模块、定位模块、充电设备、电量检测模块、红外线传感器。控制器与通信模块、定位模块、电量检测模块连接，用于飞行基地及其控制系统各个部件的工作，电量检测模块与充电设备相连，用于检测充电设备的电量，红外线传感器安装于充电设备上，发出红外线信号，标识充电设备的位置。

当生态农业监测飞行装置需要返航到飞行基地，其控制装置将多个飞行基地的地理位置信息(该信息可以是预先存储在生态农业监测飞行装置内置的存储器中，也可以是接收到的飞行基地实时发出的地理位置信息，该地理位置信息由该飞行基地的定位模块检测后经由该飞行基地的通信模块发出)与飞行装置的定位装置实时测得的生态农业监测飞行装置自身的位置信息发送给路线判断装置，由路线判断装置规划飞行路线，计算二者之间的飞行距离，一般而言，路线判断装置会计算二者之间的直线距离，但是当二者之间存在飞行器难以飞越的区域，如阴雨雷区、禁飞区、紊流区等时，该路线判断装置会根据飞行器与各个飞行基地之间的地理环境、大气环境、禁飞区设置等规划最优的飞行路线，并计算飞行距离，将与各飞行基地(目标点)之间的飞行路线和飞行距离发送给控制装置，控制装置向所有飞行基地群发电量询问信号，各个飞行基地的通信模块接收到电量询问信号后，飞行基地的控制器根据该信号启动电量检测模块，电量检测模块检测充电设备的电量，并将电量信息发送给控制器，控制器通过通信模块向生态农业监测飞行装置发送其自身的电量信息(可通过每个飞行基地自身唯一的ID标识该基地的电量信息)，生态农业监测飞行装置接收到各个飞行基地发来的电量信息后，将该电量信息和飞行距离发送给飞行判断装置，飞行判断装置根据接收到的飞行距离以及从生态农业监测飞行装置的电量检测装置传送过来的飞行器电量情况，判断飞行器是否能够飞抵有充足电量的飞行基地。并将判断结果发送给控制装置。如果只有一个飞行基地满足要求，则控制装置根据与该飞行基地相应的飞行路线控制生态农业监测飞行装置飞往该基地，如果有多个满足条件的飞行基地，则控制装置选择距离最近的飞行基地并根据与该飞行基地相应的飞行路线控制生态农业监测飞行装置飞往该基地，如果所有飞行基地均不满足充电条件，则控制装置选择距离最近的飞行基地并根据与该飞行基地相应的飞行路线控制生态农业监测飞行装置飞往该基地。

生态农业监测飞行系统中的各组成部分即生态农业监测飞行装置、控制中心、飞行基地之间的通信采用无线通信方式，因此各组成部分中具有通信能力的通信设备、模块、系统等均为无线通信装置，例如GSM、GPRS、3G、4G、LTE等通信设备。

本发明的生态农业监测飞行方法、装置和系统，能够方便地实时观测、摄制目标点情况，且能够对目标点的多种采样对象进行采样，并能够实现野外起降、维护、充电，提高了目标点观测的效率，为目标点监测、保护提供了良好的条件。

Claims (8)

1.一种生态农业监测方法，采用生态农业监测飞行装置对目标点进行监测，该飞行装置包括：控制装置、通信装置、定位装置、拍摄装置、声音采集装置、路线判断装置、电量检测装置、飞行判断装置和采样装置，其特征在于包括以下步骤：

在生态农业监测飞行装置对目标点进行飞行监测时，定位装置对生态农业监测飞行装置进行定位，并将定位的地理位置信息传送给通信装置和控制装置；

通信装置向控制中心发送飞行装置的地理位置信息；

拍摄装置对监测的目标点进行视频拍摄或拍照，声音采集装置采集环境声音；

电量检测装置检测生态农业监测飞行装置的电源电量；

采样装置对监测的目标点内的采样对象进行采样，采样装置包括空心钻头，当需要对采样物体进行采样时，控制中心根据显示装置显示的采样对象的图像，通过遥控器发出控制信号，控制飞行装置飞近采样对象或着陆，控制系统发出钻头提取的指令，飞行装置接收到该指令后，控制装置控制空心钻头钻取；

控制装置控制生态农业监测飞行装置的整体运行，对通信装置、定位装置、拍摄装置、声音采集装置、路线判断装置、电量检测装置和飞行判断装置进行控制；

飞行装置起飞前，控制中心向生态农业监测飞行装置发送包括目标点地理位置信息在内的飞行指令；

通信装置接收到控制中心的飞行指令后，将该指令发送给控制装置，控制装置根据该指令解析出目标点地理位置信息，将目标点的地理位置信息与飞行装置的地理位置信息发送给路线判断装置；

路线判断装置计算目标点与飞行装置二者之间的距离并规划飞行路线，将飞行路线和飞行距离发送给控制装置，将飞行距离发送给飞行判断装置，其中当目标点与飞行装置存在飞行器难以飞越的区域，包括阴雨雷区、禁飞区、紊流区、高山，该路线判断装置根据飞行器与目标点之间的地理环境、大气环境、禁飞区域设置规划飞行路线，并计算飞行距离，将规划好的飞行路线和飞行距离发送给控制装置，将飞行距离发送给飞行判断装置；

飞行判断装置根据接收到的飞行距离以及从电量检测装置传送过来的飞行装置的电池电量情况，判断飞行装置是否能够飞抵目标点以及是否能够返回最近的飞行基地，并将判断结果发送给控制装置；

控制装置接收到飞行判断装置发送的“是”的信号后，控制飞行器向目的地飞行，当接收到飞行判断装置发送的“否”的信号后，控制飞行器通过通信装置向控制中心发送飞行路线、飞行距离、电量以及不能飞抵的信号，同时不进行飞行操作；

飞行装置在飞行过程中由通信装置实时接收控制中心发来的目标点地理位置信息，控制装置实时将该接收的目标点地理位置信息与定位装置实时测得的飞行装置的地理位置信息发送给路线判断装置，由路线判断装置根据天气、空间环境情况规划飞行路线，控制装置根据该飞行路线实时调整飞行装置的飞行路线，路线判断装置还实时判断与目标点之间的距离并将该距离实时发送给控制装置和飞行判断装置。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：

生态农业监测飞行装置在飞抵目标点前，拍摄装置和声音采集装置处于关闭状态，不工作；

当飞行装置飞抵目标点预定距离时，飞行装置在接收到控制中心发出的开启指令后，控制装置开启相应的拍摄装置和/或声音采集装置或者控制装置根据与目标点的距离是否到达预设的距离而自动开启拍摄装置和/或声音采集装置。

3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：

当飞抵目标点预定距离时，控制装置在接收到控制中心发出开启拍摄装置和/或声音采集装置的指令后开启拍摄装置和/或声音采集装置，或控制装置自动开启拍摄装置和/或声音采集装置；拍摄装置拍摄的信号和/或声音采集装置采集的声音信息号通过通信装置实时传送给控制中心的通信系统，控制中心利用存储装置存储接收到的信号，并通过控制中心的显示装置显示和/或播放该信号；飞行装置自身携带有存储设备，实时存储拍摄和/或采集的信号。

4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于：

如果拍摄的信号模糊，则控制中心的控制系统通过通信系统向生态农业监测飞行装置发出拍摄调整信号，控制装置根据该调整信号调整拍摄装置的拍摄参数；

控制中心的控制系统根据接收到的拍摄信号，由通信系统向生态农业监测飞行装置发出进一步的飞高、飞低、飞近或飞远的位置控制指令，控制装置根据该指令控制生态农业监测飞行装置的飞行。

5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：

当飞行装置所处环境光线较暗时，控制中心的控制系统通过通信系统发出打开探照灯的指令，飞行装置的控制装置在接收到该指令后打开探照灯，以进行照明。

6.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：

生态农业监测飞行装置还包括红外线传感装置，用于接收飞行基地的充电设备的红外线传感器发出的红外线信号，并将该信号发送给控制装置；

当控制装置在飞行基地着陆后，控制装置根据电量检测装置发来的生态农业监测飞行装置电源的电量信息，判断电量是否充足，如不充足，则启动自动充电模式：路线判断装置将预设的飞行基地内部布局信息发送给控制装置，控制装置根据该信息以及生态农业监测飞行装置所处的位置设定行走路线，控制生态农业监测飞行装置沿该设定路线行进，同时开启红外线传感器接收充电设备发出的红外线信号，当接收到充电设备的红外线传感器发出的红外线信号后，控制装置根据该信号的方向将生态农业监测飞行装置移动到充电设备进行充电。

7.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：

控制中心的控制系统通过通信系统向生态农业监测飞行装置发出追踪指令，该指令中包括追踪装置的ID，目标点地理位置信息；

在飞行装置起飞后，通信系统实时接收飞行装置实时传来的其所处的地理位置信息，控制系统根据该信息判断飞行装置是否飞抵目标点预定距离范围，当飞抵该预定距离，控制系统通过通信系统发出开启拍摄装置的指令；飞行装置的控制系统根据该指令开启拍摄装置进行拍摄，并将拍摄的信号通过通信装置实时传输给控制中心，控制中心的通信系统实时接收飞行装置发来的拍摄装置拍摄的信号，存储接收到的拍摄信号，并通过控制中心的显示装置显示该信号，如果拍摄的信号模糊，则控制系统向生态农业监测飞行装置发出拍摄调整信号，调整拍摄装置的拍摄参数；

控制中心的控制系统根据接收到的拍摄信号，向生态农业监测飞行装置发出进一步的飞高、飞低、飞近或飞远的位置控制指令，监测完毕后，控制系统发出返航指令。

8.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，生态农业监测飞行装置采用以下方式在飞行基地着陆：

生态农业监测飞行装置返航时，当接近目的地飞行基地后，生态农业监测飞行装置的控制装置通过通信装置向飞行基地发出着陆信号，飞行基地接收到该信号后，由控制器控制自动开合机构工作，自动开合机构将飞行基地的可开合屋顶的多片屋顶板打开；

生态农业监测飞行装置着陆后生态农业监测飞行装置的控制装置向飞行基地发出关闭屋顶的信号，飞行基地接收到该信号后，由控制器控制自动开合机构将可开合屋顶的多片屋顶板关闭；

或者：当生态农业监测飞行装置飞抵飞行基地上空时，向飞行基地发出着陆请求，飞行基地接到该信号后，由飞行基地的控制器控制飞行基地的屋顶板打开，飞行基地内部着陆点设置的着陆信号器向上方发射着陆位置信号，飞行装置的着陆信号接收器接收到该着陆信号后，接收器将该信号传送给控制装置，控制装置判断着陆方位并调整飞行装置的空中位置，当确认已经抵达预定着陆位置上空的位置时，控制装置控制飞行装置降落，同时控制装置实时接收飞行装置自身的高度探测装置所探测的距离地面的高度，当高度为0时，控制装置关闭飞行电机，停止飞行装置的飞行，发出关闭屋顶板的指令，飞行基地根据该指令关闭屋顶板；

或者：当生态农业监测飞行装置飞抵飞行基地上空时，向飞行基地发出着陆请求，飞行基地接到该信号后，由飞行基地的控制器控制飞行基地屋顶板打开，控制中心的控制系统通过通信系统发出开启拍摄装置的指令，飞行装置的通信装置接收到该指令后，由控制装置在该指令控制下打开拍摄装置并将拍摄的画面传送给控制中心，控制中心显示装置显示接收到的画面，控制中心根据该画面发出调节拍摄角度、拍摄参数等的指令，直至从飞行装置返回的拍摄画面符合要求为止，此时，通过调节飞行装置遥控器的手柄，使飞行器飞抵屋顶正上方，即着陆地点正上方，随之通过操控遥控器控制飞行装置缓慢下降，直至着陆，控制系统发出关闭屋顶板的指令，飞行基地根据该指令关闭屋顶板。