CN106200683A - 无人机植保系统及植保方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机植保系统，包括：用户终端、云端服务器、无人机地面工作站、侦察无人机和植保无人机；侦察无人机收集农作物生长和病虫害信息，并将收集到的信息通过无线网络传输至无人机地面工作站，无人机地面工作站将收集到的信息上传至云端服务器，云端服务器将处理后的数据传送至用户终端，用户终端发出应对指令，无人机地面工作站根据应对指令派遣植保无人机执行应对指令。本无人机植保系统集无人机地面工作站、侦察无人机、植保无人机、云端数据服务于一体，可以实现植保过程中数据采集、分析及应对的智能化操作，提高植保效率、减少农作物病虫害的发生。本发明还提供了一种无人机植保方法，可以提高植保效率。

Description

无人机植保系统及植保方法

技术领域

本发明属于无人机植保技术领域，具体涉及一种无人机植保系统及植保方法。

背景技术

随着无人机技术的快速发展，无人机已经在不同领域发挥出越来越大的优势，尤其是在农作物植保领域，无人机可以替代人工执行植保任务，无人机植保具有速度快，效率高，节省人工的特点，但是现阶段植保无人机大多由人工进行操纵，缺乏智能化与自主化。

目前人们获取农田信息的方式非常有限，主要手段是人工测量，获取过程需要消耗大量的人力物力，同时传统农业中，大量农田设施的操作也多凭借经验、依靠人工完成，这样的方式不但操作不便，而且无法实现大规模地、准确地标准化操作。目前对农田的维护大都是小范围简单维护，采用的植保机也是单独作业，各个植保机无法联动使用，这样无法适应大面积农田维护。

申请号为CN201410128587.4的中国专利公开了“一种基于无线传感器网络的植保无人机喷施作业方法”，该方法可以提高农田作业环境下无人机的自主运行能力，解决了无人机作业时由于风向等因素造成的喷施不均问题，保证了无人机的作业效果和作物产量。但是该方法只能用于控制单台植保无人的机喷施作业，无法实现多台植保无人机的联动，而且智能程度不高，无法实现无人机作业前的信息采集。

申请号为CN201510219030.6的中国专利公开了“一种长航时多旋翼无人机农业植保方法”，将常规多旋翼农业植保无人机自身携带电源取消，在农业植保无人机作业区域根据地形架设通电导轨，用轻质柔软导线将无人机与通电导轨连接，从无人机地面起飞开始，无人机动力源由地面大容量电源经通电导轨和轻质柔软导线传输提供。长航时多旋翼无人机系统主要应用于飞行范围相对固定且近地飞行的作业场所，取消自身携带的电源后无人机有效载荷增加，同时利用地面大容量电源持续不断地为无人机供电极大地提高了无人机的续航时间。但是该无人机农业植保方法依旧未能将整个植保系统有序的串联运转起来，依旧缺乏智能化与自主化，无人机植保的效率低下。

中国专利申请CN201510494586.6公开了“一种植保无人机作业航线规划方法及装置”，在无人机作业之前，能够根据指定的作业方向快速规划出合适的作业航线，相对于传统的未经规划而直接依靠操作员视觉判断来设定作业航线和航拍时采用的航线规划方法要求无人机旁向覆盖应至少超出摄影边界线一定范围，提高了作业的精准性、降低了重复覆盖率与漏喷率，节约了能耗量和耗药量，而且此方法搭配自主作业植保无人机，既可减少人力的消耗，又能节省现场规划航线所需的时间，使植保作业更高效、更智能，同时在作业之前就可对能耗量和耗药量做出相应的估计，便于无人机作业的相关管理。但是该方法需要依靠大量的计算实现，容易出现误差，而且步骤繁琐，实施起来较为困难。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种集无人机地面工作站、侦察无人机、植保无人机、云端数据服务于一体的现代化农业无人机植保系统，实现植保过程中数据采集、分析及应对的智能化操作，提高植保效率、减少农作物病虫害的发生。同时，本发明还提供了一种无人机植保方法，可以精确计算无人机植保的线路、采集并分析植保数据并提供相应的植保建议，提高本无人机植保系统的工作效率。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种无人机植保系统，包括：用户终端、云端服务器、无人机地面工作站、侦察无人机和植保无人机；所述侦察无人机通过装载在侦察无人机上的侦察设备收集农作物生长和病虫害信息，并将收集到的上述信息通过无线网络传输至无人机地面工作站，无人机地面工作站将收集到的信息上传至云端服务器，云端服务器对上述信息进行比对分析后，将处理后的数据传送至用户终端，用户终端根据处理后的数据进行分析并发出应对指令，应对指令通过云端服务器传送至无人机地面工作站，无人机地面工作站根据应对指令派遣植保无人机执行应对指令。

在上述技术方案中，无人机地面工作站内存放有两种无人机，分别为侦察无人机和植保无人机。侦察无人机携带专业的侦察设备，可以在空中获取农作物的生长信息，并通过网络传输至无人机地面工作站。植保无人机为大负载无人机，其配备有储药罐和喷头，可以为农作物喷洒特定的植保药物。侦察无人机与植保无人机可从地面工作站自主起飞，也可以精确降落在工作站停机坪上。无人机地面工作站既可以为无人机进行充电，也可以根据不同的防治需求为植保无人机补充不同的植保药物。同时地面工作站会每日采集相关的气象信息，包括风速，风向，温度，空气湿度等信息，地面工作站定期派出侦察无人机对农作物情况进行侦察，侦察得到的数据传回地面工作站，之后工作站搜集到的信息会通过网络上传到云端服务器。所述信息在云端服务器做处理，之后会向用户终端推送植保建议、自然灾害预警、无人机植保系统工作情况、农作物生长情况等多种信息。用户终端收到信息后可以根据每日推送的植保建议或者按照经验为植保无人机设定每日植保路线，药物种类，次数等。植保无人机按照用户终端设置好的程序自动进行定期的喷药工作，也可以新加入或者取消喷药任务。

优选的，所述用户终端包括通过网络与云端服务器对应连接的电脑、手机或者电视。用户可以根据电脑、手机或者电视上显示的信息自行安排无人机的植保任务，从而可以达到实时、远距离操控无人机植保的效果。

优选的，本无人机植保系统还包括植保数据分析库，所述植保数据分析库通过网络与云端服务器连接。云端服务器可以通过侦察无人机采集的信息和植保数据分析库内的相应数据进行对比分析，从而为用户终端提供更好的植保建议。

优选的，所述植保数据分析库包括农作物生长数据库、自然灾害预警数据库和气象数据库。侦察无人机主要收集农作物的生长信息、无人机地面工作站主要收集气象数据，而植保数据分析库内设置与其对应的农作物生长数据库、气象数据库，并将其上传到云端服务器进行比对分析，最后和自然灾害预警数据库内的预警数据比较，可以给出最佳的植保建议。

本发明还提供了一种植保方法，具体包括如下步骤：

S1、数据采集：无人机地面工作站每日派遣侦察无人机携带侦察设备采集农场上空的风速、风向、温度、空气湿度、植被生长、病虫害信息，并将上述信息返回至无人机地面工作站；

S2、数据比对：无人机地面工作站将步骤S1中收集的信息上传至云端服务器，并通过与植保数据分析库内的数据进行比较后，自动向用户终端发送比对信息，为用户终端提供植保建议信息、自然灾害信息、农作物病虫害信息和系统运行信息；

S3、无人机植保：用户根据用户终端的信息提醒通过云端服务器向无人机地面工作站发出植保指令，无人机地面工作站自动派遣植保无人机进行植保任务，植保任务完成后，植保无人机自动回归无人机地面工作站进行维护。

优选的，所述步骤S1中采用如下步骤采集植保信息：

S11、侦察无人机携带侦察设备起飞前由操作人员在无人机地面工作站地图上标示侦察无人机所检测的区域，及侦察无人机的飞行高度；

S12、依据步骤S11中设定的飞行高度和检测区域，确定侦察无人机上侦察设备所能侦察的视场面积，取视场面积中心区域向外4/5为有效面积，该有效面积形状为长方形，长宽比例为所采用侦察设备的长宽比例；

S13、计算机自动计算步骤S11中操作人员表示的检测区域的最小外接矩形，并将步骤S12中确定的视场有效面积填充进入检测区域的最小外接矩形中，然后标示填充进入检测区域最小外接矩形中的视场有效面积的中心点坐标，并以该中心点坐标作为无人机的航点；将所有的航点连接成线，作为侦察无人机的航行路线；

S14、侦察无人机按照步骤S13中计算得到的航行路线飞行，到达航点后拍摄多张光谱图像并传输至无人机地面工作站，无人机地面工作站处理后更新该地区热力图信息；

S15、计算机依据步骤S14中获得的光谱图像，分析当前区域的农作物分布情况、农作物生长状况，包括农作物是否遭遇干旱、农作物表面温度和农作物病虫害情况。

优选的，所述步骤S13中侦察无人机包括手动控制模式和自动飞行模式，切换到手动飞行模式，可通过无人机地面工作站操作人员人为控制侦察无人机的飞行路线、轨迹、高度和调整相机的角度；切换到自动飞行模式，侦察无人机沿步骤S13中确定的航行路线飞行。

本发明的有益效果在于：

1)本无人机植保系统集无人机地面工作站、侦察无人机、植保无人机、云端数据服务于一体，可以实现植保过程中数据采集、分析及应对的智能化操作，提高植保效率、减少农作物病虫害的发生；

2)本无人机植保系统通过云端服务器可以实现侦察无人机采集的信息和植保数据分析库内的相应数据进行对比分析，为用户终端提供更好的植保建议；

3)本无人机植保系统可以将无人机地面工作站、侦察无人机、植保无人机、云端数据服务及网络数据有序的串联运转起来，智能化和自主化程度高，可以大幅提高无人机植保的效率；

4)本无人机植保方法可以精确计算无人机植保的线路、采集并分析植保数据并提供相应的植保建议，提高本无人机植保系统的工作效率。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图中：100、用户终端；200、云端服务器；300、植保数据分析库；400、无人机地面工作站；500、侦察无人机；600、植保无人机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例1：一种无人机植保系统。

参照图1所示，一种无人机植保系统，包括：用户终端100、云端服务器200、无人机地面工作站400、侦察无人机500和植保无人机600；所述侦察无人机500通过装载在侦察无人机500上的侦察设备收集农作物生长和病虫害信息，并将收集到的上述信息通过无线网络传输至无人机地面工作站400，无人机地面工作站400将收集到的信息上传至云端服务器200，云端服务器200对上述信息进行比对分析后，将处理后的数据传送至用户终端100，用户终端100根据处理后的数据进行分析并发出应对指令，应对指令通过云端服务器200传送至无人机地面工作站400，无人机地面工作站400根据应对指令派遣植保无人机600执行应对指令。

在上述技术方案中，无人机地面工作站400内存放有两种无人机，分别为侦察无人机500和植保无人机600。侦察无人机500携带专业的侦察设备，可以在空中获取农作物的生长信息，并通过网络传输至无人机地面工作站400。植保无人机600为大负载无人机，其配备有储药罐和喷头，可以为农作物喷洒特定的植保药物。侦察无人机500与植保无人机600可从无人机地面工作站400自主起飞，也可以精确降落在工作站停机坪上。无人机地面工作站400既可以为无人机进行充电，也可以根据不同的防治需求为植保无人机600补充不同的植保药物。同时无人机地面工作站400会每日采集相关的气象信息，包括风速、风向、温度、空气湿度等信息，并传输至云端服务器200，无人机地面工作站400定期派出侦察无人机500对农作物情况进行侦察，侦察得到的数据传回无人机地面工作站400，之后工作站搜集到的信息会通过网络上传到云端服务器200。所述信息经过云端服务器200处理后，会向用户终端100推送植保建议、自然灾害预警、无人机植保系统工作情况、农作物生长情况等多种信息。用户终端100收到信息后可以根据每日推送的植保建议或者按照经验为植保无人机600设定每日植保路线，药物种类，次数等。植保无人机600按照用户终端100设置好的程序自动进行定期的喷药工作，也可以新加入或者取消喷药任务。

本实施例中，所述用户终端100包括通过网络与云端服务器200对应连接的电脑、手机或者电视。用户可以根据电脑、手机或者电视上显示的信息自行安排植保无人机600的植保任务，从而可以达到实时、远距离操控无人机植保的效果。

本实施例中，本无人机植保系统还包括植保数据分析库300，所述植保数据分析库300通过网络与云端服务器200连接。云端服务器200可以通过侦察无人机500采集的信息和植保数据分析库300内的相应数据进行对比分析，从而为用户终端100提供更好的植保建议。

本实施例中，所述植保数据分析库300包括农作物生长数据库、自然灾害预警数据库和气象数据库。侦察无人机500主要收集农作物的生长信息、无人机地面工作站400主要收集气象数据，而植保数据分析库300内设置与其对应的农作物生长数据库、气象数据库，并将其上传到云端服务器200进行比对分析，最后和自然灾害预警数据库内的预警数据比较，可以给出最佳的植保建议。

实施例2：一种无人机植保方法。

参照图1所示，一种无人机植保方法，具体包括如下步骤：

S1、数据采集：无人机地面工作站400每日派遣侦察无人机500携带侦察设备采集农场上空的风速、风向、温度、空气湿度、植被生长、病虫害信息，并将上述信息返回至无人机地面工作站400；

S2、数据比对：无人机地面工作站400将步骤S1中收集的信息上传至云端服务器200，并通过与植保数据分析库300内的数据进行比较后，自动向用户终端100发送比对信息，为用户终端100提供植保建议信息、自然灾害信息、农作物病虫害信息和系统运行信息；

S3、无人机植保：用户根据用户终端100的信息提醒通过云端服务器200向无人机地面工作站400发出植保指令，无人机地面工作站400自动派遣植保无人机600进行植保任务，植保任务完成后，植保无人机600自动回归无人机地面工作站400进行维护。

本实施例中，所述步骤S1中采用如下步骤采集植保信息：

S11、侦察无人机500携带侦察设备起飞前由操作人员在无人机地面工作站400的地图上标示侦察无人机500所检测的区域及侦察无人机500的飞行高度；

S12、依据步骤S11中设定的飞行高度和检测区域，确定侦察无人机500上侦察设备所能侦察的视场面积，取视场面积中心区域向外4/5为有效面积，该有效面积形状为长方形，长宽比例为所采用侦察设备的长宽比例；

S13、计算机自动计算步骤S11中操作人员表示的检测区域的最小外接矩形，并将步骤S12中确定的视场有效面积填充进入检测区域的最小外接矩形中，然后标示填充进入检测区域最小外接矩形中的视场有效面积的中心点坐标，并以该中心点坐标作为无人机的航点；将所有的航点连接成线，作为侦察无人机500的航行路线；

S14、侦察无人机500按照步骤S13中计算得到的航行路线飞行，到达航点后拍摄多张光谱图像并传输至无人机地面工作站400，无人机地面工作站400处理后更新该地区热力图信息；

S15、计算机依据步骤S14中获得的光谱图像，分析当前区域的农作物分布情况、农作物生长状况，包括农作物是否遭遇干旱、农作物表面温度和农作物病虫害情况。

本实施例中，所述步骤S13中侦察无人机500包括手动控制模式和自动飞行模式，切换到手动飞行模式，可通过无人机地面工作站400操作人员人为控制侦察无人机500的飞行路线、轨迹、高度和调整相机的角度；切换到自动飞行模式，侦察无人机500沿步骤S13中确定的航行路线飞行。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种无人机植保系统，其特征在于包括：用户终端、云端服务器、无人机地面工作站、侦察无人机和植保无人机；所述侦察无人机通过装载在侦察无人机上的侦察设备收集农作物生长和病虫害信息，并将收集到的上述信息通过无线网络传输至无人机地面工作站，无人机地面工作站将收集到的信息上传至云端服务器，云端服务器对上述信息进行比对分析后，将处理后的数据传送至用户终端，用户终端根据处理后的数据进行分析并发出应对指令，应对指令通过云端服务器传送至无人机地面工作站，无人机地面工作站根据应对指令派遣植保无人机执行应对指令；所述用户终端包括通过网络与云端服务器对应连接的电脑、手机或者电视。

2.如权利要求1所述的无人机植保系统，其特征在于：本无人机植保系统还包括植保数据分析库，所述植保数据分析库通过网络与云端服务器连接。

3.如权利要求2所述的无人机植保系统，其特征在于：所述植保数据分析库包括农作物生长数据库、自然灾害预警数据库和气象数据库。

4.一种无人机植保方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、数据采集：无人机地面工作站每日派遣侦察无人机携带侦察设备采集农场上空的风速、风向、温度、空气湿度、植被生长、病虫害信息，并将上述信息返回至无人机地面工作站；

S2、数据比对：无人机地面工作站将步骤S1中收集的信息上传至云端服务器，并通过与植保数据分析库内的数据进行比较后，自动向用户终端发送比对信息，为用户终端提供植保建议信息、自然灾害信息、农作物病虫害信息和系统运行信息；

S3、无人机植保：用户根据用户终端的信息提醒通过云端服务器向无人机地面工作站发出植保指令，无人机地面工作站自动派遣植保无人机进行植保任务，植保任务完成后，植保无人机自动回归无人机地面工作站进行维护。

5.如权利要求4所述的无人机植保方法，其特征在于：所述步骤S1中采用如下步骤采集植保信息；

S11、侦察无人机携带侦察设备起飞前由操作人员在无人机地面工作站的地图上标示侦察无人机所检测的区域及侦察无人机的飞行高度；

S12、依据步骤S11中设定的飞行高度和检测区域，确定侦察无人机上侦察设备所能侦察的视场面积，取视场面积中心区域向外4/5为有效面积，该有效面积形状为长方形，长宽比例为所采用侦察设备的长宽比例；

S13、计算机自动计算步骤S11中操作人员表示的检测区域的最小外接矩形，并将步骤S12中确定的视场有效面积填充进入检测区域的最小外接矩形中，然后标示填充进入检测区域最小外接矩形中的视场有效面积的中心点坐标，并以该中心点坐标作为无人机的航点；将所有的航点连接成线，作为侦察无人机的航行路线；

S14、侦察无人机按照步骤S13中计算得到的航行路线飞行，到达航点后拍摄多张光谱图像并传输至无人机地面工作站，无人机地面工作站处理后更新该地区热力图信息；

S15、计算机依据步骤S14中获得的光谱图像，分析当前区域的农作物分布情况、农作物生长状况，包括农作物是否遭遇干旱、农作物表面温度和农作物病虫害情况。

6.如权利要求5所述的无人机植保方法，其特征在于：所述步骤S13中侦察无人机包括手动控制模式和自动飞行模式，切换到手动飞行模式，可通过无人机地面工作站操作人员人为控制侦察无人机的飞行路线、轨迹、高度和调整相机的角度；切换到自动飞行模式，侦察无人机沿步骤S13中确定的航行路线飞行。