CN107219860B - 一种无人机草场管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机草场管理系统及方法，该方法包括：拍摄放牧区域遥感图像，通过土壤检测传感器检测土壤信息；将放牧区域遥感图像区分牧草区域和非牧草区域，并且根据牧群位置将上述遥感图像区分为吃草区域和非吃草区域，标记非牧草区域鼠洞；分析第一检测单位和第二检测单位中相应区域内牧草覆盖度，并在第三检测单位中判定害鼠危害程度等级，同时分析土壤情况，分析结果发送控制站；选择第二检测单位遥感图像中草场植被覆盖度最大值的待测区域，根据待测区域方位，控制无人机朝向该待测区域做驱赶动作；对草场植被、鼠洞、土壤情况进行实时监测，同时在放牧过程中，并通过牧群吃草区域植被情况自动放牧。

Description

一种无人机草场管理系统及方法

技术领域

本发明涉及畜牧技术领域，尤其涉及一种无人机草场管理系统及方法。

背景技术

当前有一些牧民使用遥控器对无人机控制进行牧牲畜作业，或独机式牧牲畜犬系统。目前的主要问题是：单独的无人机进行牧牲畜作业时，因只能在畜牧群的一面进行驱赶，不能很好的将畜牧群赶往需要的方向。当有畜牧逃走或者遗失时，如若无人机去驱赶逃走或者遗失的畜牧回来，那牲畜将处于无人看管的状态，容易出现问题；而若不去驱赶回逃走或者遗失的畜牧，那将会造成损失；同时需要牧户实时对其进行监测，同时当牲畜放牧距离较远，一旦放牧距离较远，牧户很难对其尽心给管理无法保证其在放牧过程中。如中国专利CN106647811A公开了一种基于无人机集群的放牧系统，包括地面站和无人机集群系统，所述地面站中设有航线规划系统和无人机控制系统，所述无人机控制系统与无人机集群系统通讯连接，所述无人机集群系统由若干组飞控系统组成，所述任意一组飞控系统均由若干无人机本体组成，所述飞控系统与无人机本体内的动力装置电性连接，所述无人机本体上设有监控装置和音响，所述音响与无人机控制系统通讯连接，由于采用了集群控制、航线规划及自主起飞等技术，简化了对无人机的操作流程，提高了牧民对牲畜放养的管理效率。放牧系统中仅涉及到了驱赶过程，但在放牧过程中还存在牧群在同一区域内进食时间过长，不仅破坏植被，同时牲畜进食的植被质量差，影响牲畜健康；另外在驱赶过程中为未如何驱赶牧群至优良牧草区域的方法，仅单一的作出驱赶动作。犹如中国专利CN205029771U公开了一种智能放牧系统。该系统包含：航拍无人机、用于控制所述航拍无人机飞行路线的飞控中心、远程服务器、佩戴于头牲畜的主设备、以及佩戴于若干从牲畜的从设备，所述从设备的个数与从牲畜的个数相同；所述主设备与从设备相连接，所述主设备与所述从设备组建为无线网格网络mesh网络；所述主设备与所述远程服务器通信连接；所述远程服务器与所述飞控中心通信连接；所述飞控中心与所述航拍无人机连接。通过该系统实现数字化远程监控，而且能使牧民轻松查看牧群的生存状态。从而实现无人放牧。该系统中并未考虑到如何根据牧群位置选择合适的进食区域，保证牧群进食区域内牧草质量。

发明内容

为克服现有技术中存在的无法同时对草场植被、鼠洞、土壤情况进行实时监测，并且不能根据吃草区域植被情况自动放牧问题，本发明提供了一种无人机草场管理系统及方法。

本发明提供了一种无人机草场管理系统，该无人机草场管理系统安装于无人机系统内，该无人机草场植被分析系统主要包括数据采集单元、检测单元、分析单元、执行单元与控制站，其创新点在于：

所述数据采集单元分别电性连接检测单元和分析单元，用于采集放牧区域遥感图像和土壤信息；

所述检测单元接收遥感图像采集单元中的遥感图像，用于在遥感图像上区分牧草区域和非牧草区域，并且将上述相同遥感图像根据牧群所在位置区分吃草区域和非吃草区域，另外根据鼠洞特征在遥感图像上标记鼠洞；

所述分析单元分别电性连接所述检测单元和数据采集单元，该分析单元接收检测单元遥感图像并对其分析，同时分析由数据采集单元直接传输的土壤信息和鼠洞信息，将分析结果传输至执行单元和控制站；

所述执行单元响应接收到的分析单元发出的遥感图像分析结果执行相对应的无人机动作。

进一步的，所述数据采集单元包含遥感图像采集单元和土壤采集单元；遥感图像采集单元电性连接所述检测单元，采集牧群吃草区域和以吃草区域为中心向外辐射的非吃草区域的遥感图像；土壤采集单元电性连接分析单元，测定放牧区域内土壤水分含量和土壤温度。

进一步的，所述检测单元将遥感图像上牧草与吃草/非吃草区域相互配对成相应的检测单位，分别为：第一检测单位，即牧草+吃草区域遥感图像；第二检测单位，即牧草+非吃草区域遥感图像；在遥感图像的非牧草区域上标记鼠洞的遥感图像为第三检测单位。

进一步的，所述分析单元包含遥感图像分析单元、土壤分析单元和鼠洞分析单元；遥感图像分析单元接收检测单元的遥感图像分析得不同位置处植被的基本信息；土壤分析单元分析土壤采集单元的土壤信息；鼠洞分析单元接收检测单元的遥感图像，并判定害鼠危害程度等级并发送至控制站。

本发明还披露一种无人机草场管理方法，运用于无人机草场管理系统中，无人机安装遥感摄像机和土壤检测传感器，管理步骤包括：

步骤100，采集步骤，遥感摄像机拍摄放牧区域遥感图像；无人机降落至地面通过土壤检测传感器检测土壤水分含量和土壤温度。

步骤200，检测步骤，将放牧区域遥感图像采用最大类间方差自动阈值检测方法区分牧草区域和非牧草区域，并且根据牧群所在位置将上述遥感图像区分为吃草区域和非吃草区域，同时根据鼠洞特征标记非牧草区域鼠洞；将牧草区域遥感图像与吃草/非吃草区域遥感图像相互结合配对成检测单位，检测单位为：第一检测单位，即牧草+吃草区域；第二检测单位，即牧草+非吃草区域；另外，在遥感图像上非牧草区域根据鼠洞特征标记鼠洞，该遥感图像为第三检测单位。

步骤300，分析步骤，分析第一检测单位和第二检测单位中相应区域内牧草覆盖度，并在第三检测单位中判定害鼠危害程度等级，同时根据采集的土壤水分含量和土壤温度分析土壤情况，分析结果发送控制站。

步骤400，执行步骤，选择第二检测单位遥感图像中草场植被覆盖度最大值的待测区域，根据待测区域方位，控制无人机朝向该待测区域做驱赶动作。

进一步的，所述步骤300包括，

步骤310，通过第一检测单位的遥感图像分析得当前牧群吃草区域牧草质量；通过第二检测单位的遥感图像分析得非吃草区域内牧草质量；分析单元将第一检测单位遥感图像分析结果结合第二检测单位遥感图像分析结果得到最终分析结果，执行单元接收该分析结果。

步骤320，将鼠洞危害面积依据草原主要害鼠危害分级表判定害鼠危害程度等级，将判定的害鼠危害等级发送至控制站。

步骤330，将土壤水分含量、土壤温度信息分别与设定的相对应阈值对比得到土壤信息对比结果，将土壤信息对比结果发送至控制站。

进一步的，所述步骤310中分析第一检测单位的遥感图像步骤为：

步骤311，根据经纬度分别在第一检测单位和第二检测单位相对应遥感图像上选取监测点；

步骤312，对每个监测点植被分析草场植被覆盖度，得监测点草场植被覆盖度；

步骤313，对比第一检测单位监测点植被覆盖度和植被覆盖度阈值得到对比结果，将对比结果传输于执行单元。

进一步的，步骤312中，第一检测单位监测点草场植被覆盖度由第一检测单位中各监测点草场植被覆盖度求和平均得到的植被覆盖度均值。

进一步的，所述步骤310中分析第二检测单位遥感图像步骤为：

步骤314，以吃草区域为基点向外辐射的辐射区域，根据东南西北四个方向划分出四个待测区域，在每个待测区域内均匀选取待测区域监测点；

步骤315，对每个待测区域监测点植被分析草场植被覆盖度，得待测区域草场植被覆盖度；

步骤316，对比各待测监测点植被覆盖度和植被覆盖度阈值得到对比结果，对比四个待测区域的草场植被覆盖度均值得待测区域草场植被覆盖度最大值。

进一步的，步骤315中，第二检测单位监测点草场植被覆盖度由第二检测单位中各监测点草场植被覆盖度求和平均得到的植被覆盖度均值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、通过该系统以无人机为媒介，同时对草场植被、鼠洞、土壤情况进行实时监测，同时在放牧过程中，无人机还可通过牧群吃草区域植被情况进行自动放牧。

二、通过遥感图像采集单元采集牧群吃草区域和非吃草区域，以吃草区域为基点向外辐射并设定辐射半径得到辐射区域，在辐射区域内根据东南西北四个方向划分出四个待测区域，对每个待测区域监测点植被分析草场植被覆盖度，当吃草区域植被覆盖度低于阈值，则分析单元选取非吃草区域中四个待测区域的草场植被覆盖度均值得待测区域草场植被覆盖度最大值，由执行单元控制无人机朝向该区域作驱赶动作。

附图说明

图1是无人机草场管理系统的功能单元图；

图2是无人机草场管理方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明无人机草场管理系统的功能单元图。所述无人机草场管理系统安装于无人机系统内，该无人机草场植被分析系统主要包括数据采集单元、检测单元、分析单元、执行单元与控制站。

所述数据采集单元分别电性连接检测单元和分析单元，用于采集放牧区域遥感图像和土壤信息，该数据采集单元包含遥感图像采集单元和土壤采集单元；其中，所述遥感图像采集单元电性连接所述检测单元，用于采集牧群吃草区域和以吃草区域为中心向外辐射的非吃草区域的遥感图像以及采集放牧区域内鼠洞情况；所述土壤采集单元电性连接分析单元，该土壤采集单元中设定有安装于无人机底部的土壤检测传感器，用于测定放牧区域内土壤水分含量和土壤温度。

进一步优选的，检测单元接收遥感图像采集单元中的遥感图像，用于在遥感图像上区分牧草区域和非牧草区域，并且将上述相同遥感图像根据牧群所在位置区分吃草区域和非吃草区域，另外根据鼠洞特征在该遥感图像上标记鼠洞。所述检测单元将遥感图像上牧草与吃草/非吃草区域相互对配成相应的检测单位，分别为：第一检测单位，即牧草+吃草区域遥感图像；第二检测单位，即牧草+非吃草区域遥感图像；标记鼠洞的遥感图像为第三检测单位。

所述分析单元分别电性连接所述检测单元和数据采集单元，该分析单元接收检测单元遥感图像并对其分析，同时分析由数据采集单元直接传输的土壤信息，将分析结果传输至执行单元和控制站。

进一步优选的，分析单元包含遥感图像分析单元、土壤分析单元和鼠洞分析单元；遥感图像分析单元用于接收来自所述检测单元的遥感图像，并且分析接收到的遥感图像以得知遥感图像上不同位置处植被的基本信息，进而根据该遥感图像上植被基本信息及相对应的植被位置输出执行信号。

其中遥感图像分析单元由与第一检测单位电性连接的第一分析单元和与第二检测单位电性连接的第二分析单元构成，第一分析单元接收并分析第一检测单位的遥感图像，得到第一检测单位遥感图像分析结果；第二分析单元接收并分析第二检测单位的遥感图像，得到第二检测单位遥感图像分析结果。

土壤分析单元接收土壤采集单元的土壤水分含量和土壤温度信息，将土壤水分含量、土壤温度信息分别与牧户设定的相对应阈值对比得到土壤信息对比结果，将土壤信息对比结果发送至控制站。控制站可实时监测草场是否出现旱情，具有预警预报功能。

鼠洞分析单元接收检测单元的遥感图像并得到遥感图像上标记鼠洞危害面积，将鼠洞危害面积依据草原主要害鼠危害分级表判定害鼠危害程度等级，将判定的害鼠危害等级发送至控制站。

所述执行单元响应接收到的分析单元发出的遥感图像分析结果执行相对应的无人机动作。

图2是本发明的无人机草场管理方法流程图。无人机安装遥感摄像机和土壤检测传感器，无人机草场管理方法，主要包含以下步骤：

步骤100，遥感摄像机以放牧过程中取牧群所在位置处的静态物体为聚焦点拍摄放牧区域遥感图像，遥感摄像装置将放牧区域遥感图像传输至检测单元。无人机降落至地面通过土壤检测传感器检测土壤水分含量和土壤温度，并将土壤检测信息传输于分析单元。

步骤200，所述检测单元将放牧区域遥感图像采用最大类间方差自动阈值检测方法区分牧草区域和非牧草区域，并且根据牧群所在位置将上述遥感图像区分为吃草区域和非吃草区域，同时根据鼠洞特征标记非牧草区域鼠洞。将牧草区域遥感图像与吃草/非吃草区域遥感图像相互结合配对成检测单位，检测单位为：第一检测单位，即牧草+吃草区域；第二检测单位，即牧草+非吃草区域；另外，在遥感图像上非牧草区域根据鼠洞特征标记鼠洞，该遥感图像为第三检测单位。

步骤300，所述分析单元接收检测单位分析相应区域内牧草基本信息和判定害鼠危害程度等级，同时接收数据采集单元的土壤采集信息分析土壤情况。

步骤400，选择第二检测单位遥感图像中草场植被覆盖度最大值的待测区域，根据待测区域方位，执行单元控制无人机朝向该待测区域做驱赶动作。

进一步优选的，步骤300包括，

步骤310，分析第一检测单位的遥感图像目的是分析当前牧群吃草区域牧草质量；分析第二检测单位的遥感图像目的是分析非吃草区域内牧草质量。当牧草质量低于牧户设定的牧草质量阈值时，分析单元将第一检测单位遥感图像分析结果结合第二检测单位遥感图像分析结果得到最终分析结果，执行单元接收该分析结果，针对该分析结果下的无人机执行相应动作。

步骤320，将鼠洞危害面积依据草原主要害鼠危害分级表判定害鼠危害程度等级，将判定的害鼠危害等级发送至控制站。

步骤330，将土壤水分含量、土壤温度信息分别与牧户设定的相对应阈值对比得到土壤信息对比结果，将土壤信息对比结果发送至控制站。

进一步优选的，步骤310中所述分析单元分析第一检测单位的遥感图像步骤为：

步骤311，根据经纬度分别在第一检测单位和第二检测单位相对应遥感图像上选取选取监测点；

其中第一检测单位监测点以阵列方式在第一检测单位遥感图像上选取。

步骤312，对每个监测点植被分析草场植被覆盖度，得监测点草场植被覆盖度；

其中，第一检测单位监测点草场植被覆盖度由第一检测单位中各监测点草场植被覆盖度求和平均得到的植被覆盖度均值。

步骤313，对比第一检测单位监测点植被覆盖度和植被覆盖度阈值得到对比结果，当第一检测单位监测点植被覆盖度低于植被覆盖度阈值时，对比结果为负；当第一检测单位监测点植被覆盖度高于植被覆盖度阈值时，对比结果为正，将对比结果传输于执行单元。

所述分析单元分析第二检测单位遥感图像方法为：

步骤314，以吃草区域为基点向外辐射并设定辐射半径的到辐射区域，在辐射区域内根据东南西北四个方向划分出四个待测区域，在每个待测区域内均匀选取待测区域监测点；

步骤315，对每个待测区域监测点植被分析草场植被覆盖度，得待测区域草场植被覆盖度；

其中，每个待测区域草场植被覆盖度由每个待测区域中各监测点草场植被覆盖度求和平均得到的草场植被覆盖度均值。

步骤316，对比各待测监测点植被覆盖度和植被覆盖度阈值得到对比结果，当待测区域监测点植被覆盖度低于植被覆盖度阈值时，对比结果为负；当待测监测点植被覆盖度高于植被覆盖度阈值时，对比结果为正。对比四个待测区域的草场植被覆盖度均值得待测区域草场植被覆盖度最大值。

当分析单元得到的第一检测单位监测点对比结果为正时，无人机继续采集放牧区域遥感图像；当对比结果为负时，执行单位控制无人机作驱赶步骤400。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无人机草场管理系统，该无人机草场管理系统安装于无人机系统内，该无人机草场管理系统主要包括数据采集单元、检测单元、分析单元、执行单元与控制站，其特征在于：

所述数据采集单元分别电性连接检测单元和分析单元，用于采集放牧区域遥感图像和土壤信息；

所述检测单元接收数据采集单元中的遥感图像，用于在遥感图像上区分牧草区域和非牧草区域，并且将上述遥感图像根据牧群所在位置区分吃草区域和非吃草区域，另外根据鼠洞特征在遥感图像上标记鼠洞；

所述分析单元分别电性连接所述检测单元和数据采集单元，该分析单元接收检测单元遥感图像并对其分析，同时分析由数据采集单元直接传输的土壤信息和鼠洞信息，将分析结果传输至执行单元和控制站；

所述执行单元响应接收到的分析单元发出的遥感图像分析结果执行相对应的无人机动作；

所述数据采集单元包含遥感图像采集单元和土壤采集单元；遥感图像采集单元电性连接所述检测单元，采集牧群吃草区域和以吃草区域为中心向外辐射的非吃草区域的遥感图像；土壤采集单元电性连接分析单元，测定放牧区域内土壤水分含量和土壤温度；

所述检测单元将遥感图像上牧草与吃草/非吃草区域相互配对成相应的检测单位，分别为：第一检测单位，即牧草+吃草区域遥感图像；第二检测单位，即牧草+非吃草区域遥感图像；在遥感图像的非牧草区域上标记鼠洞的遥感图像为第三检测单位。

2.根据权利要求1所述的无人机草场管理系统，其特征在于：所述分析单元包含遥感图像分析单元、土壤分析单元和鼠洞分析单元；遥感图像分析单元接收检测单元的遥感图像分析得到不同位置处植被的基本信息；土壤分析单元分析土壤采集单元的土壤信息；鼠洞分析单元接收检测单元的遥感图像，并判定害鼠危害程度等级并发送至控制站。

3.一种无人机草场管理方法，运用于无人机草场管理系统，无人机安装遥感摄像机和土壤检测传感器，管理步骤包括：

步骤100，采集步骤，遥感摄像机拍摄遥感图像；无人机降落至地面通过土壤检测传感器检测土壤水分含量和土壤温度；

步骤200，检测步骤，将放牧区域遥感图像采用最大类间方差自动阈值检测方法区分牧草区域和非牧草区域，并且根据牧群所在位置将上述遥感图像区分为吃草区域和非吃草区域，同时根据鼠洞特征标记非牧草区域鼠洞；将牧草区域遥感图像与吃草/非吃草区域遥感图像相互结合配对成检测单位，检测单位为：第一检测单位：牧草+吃草区域，第二检测单位：牧草+非吃草区域；另外，在遥感图像上非牧草区域根据鼠洞特征标记鼠洞，该遥感图像为第三检测单位；

步骤300，分析步骤，分析第一检测单位和第二检测单位中相应区域内牧草覆盖度，并在第三检测单位中判定害鼠危害程度等级，同时根据采集的土壤水分含量和土壤温度分析土壤情况，分析结果发送控制站；

步骤400，执行步骤，选择第二检测单位遥感图像中草场植被覆盖度最大值的待测区域，根据待测区域方位，控制无人机朝向该待测区域做驱赶动作。

4.根据权利要求3所述的无人机草场管理方法，其特征在于：所述步骤300包括，

步骤310，通过第一检测单位的遥感图像分析得当前牧群吃草区域牧草质量；通过第二检测单位的遥感图像分析得非吃草区域内牧草质量；分析单元将第一检测单位遥感图像分析结果结合第二检测单位遥感图像分析结果得到最终分析结果，执行单元接收该分析结果；

步骤320，将鼠洞危害面积依据草原主要害鼠危害分级表判定害鼠危害程度等级，将判定的害鼠危害等级发送至控制站；

步骤330，将土壤水分含量、土壤温度信息分别与设定的相对应阈值对比得到土壤信息对比结果，将土壤信息对比结果发送至控制站。

5.根据权利要求4所述的无人机草场管理方法，其特征在于：所述步骤310中分析第一检测单位的遥感图像步骤为：

步骤311，根据经纬度分别在第一检测单位和第二检测单位相对应遥感图像上选取监测点；

步骤312，对每个监测点植被分析草场植被覆盖度，得监测点草场植被覆盖度；

步骤313，对比第一检测单位监测点植被覆盖度和植被覆盖度阈值得到对比结果，将对比结果传输至执行单元。

6.根据权利要求5所述的无人机草场管理方法，其特征在于：步骤312中，第一检测单位监测点草场植被覆盖度由第一检测单位中各监测点草场植被覆盖度求和平均得到的植被覆盖度均值。

7.根据权利要求4所述的无人机草场管理方法，其特征在于：所述步骤310中分析第二检测单位遥感图像步骤为：

步骤314，以吃草区域为基点向外辐射的辐射区域，根据东南西北四个方向划分出四个待测区域，在每个待测区域内均匀选取待测区域监测点；

步骤315，对每个待测区域监测点植被分析草场植被覆盖度，得待测区域草场植被覆盖度；

步骤316，对比各待测监测点植被覆盖度和植被覆盖度阈值得到对比结果，对比四个待测区域的草场植被覆盖度均值得待测区域草场植被覆盖度最大值。

8.根据权利要求7所述的无人机草场管理方法，其特征在于：步骤315中，第二检测单位监测点草场植被覆盖度由第二检测单位中各监测点草场植被覆盖度求和平均得到的植被覆盖度均值。