CN107291102A - 一种无人机放牧系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机放牧系统，包括无人机、机库、电子围栏和控制站，控制站和无人机之间通过无线方式传输信息，电子围栏预先安装在草场上圈出放牧总体区域，机库用于停放无人机并对其充电，无人机设有飞行控制系统，飞行控制系统包括飞行单元、数据采集单元、存储单元、定位单元、计时单元、驱赶单元和分析单元；数据采集单元采集牲畜位置信息和体温信息，将采集信息存放于存储单元中，通过存储单元传输至控制站；存储单元还预设有牲畜运动轨迹和设定进食时间；定位单元中设有定位装置，计时单元连接分析单元，分析单元调用计时单元和存储单元中设定时间进行对比；无需牧户操作实现无人机自主放牧，在牧户需要操作情况下切换至手动模式。

Description

一种无人机放牧系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机放牧系统。

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；而若不去驱赶回畜牧，那将造成损失；同时需要牧户实时对其进行监测，一旦放牧距离较远，牧户很难对其尽心管理，无法保证其在放牧过程中的安全。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；另外在驱赶过程中由于放牧区域得不到限定，易出现放牧区域过远，在这种情况下需要无人机具备较高的性能要求，这样会增加牧户的使用成本。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标签掉落的情况，一旦标签掉落，易出现数据传输错误，造成牲畜丢失的情况，同时放牧区域并未限定，牲畜长时间在同一区域进食，会破坏植被的生长，对牧场的生态循环造成破坏，需要高性能的无人机有目的性的驱赶放牧，会增加牧户的购买成本。

发明内容

为克服现有技术中存在的标签掉落后数据错误、单一区域进食时间过长的问题，本发明提供了一种无人机放牧系统。

本发明提供了一种无人机放牧系统，系统包括无人机、机库、电子围栏和控制站，控制站和无人机之间通过无线方式传输信息，电子围栏安装于草场构成总体放牧区域，机库供无人机停放并对其充电，其创新点在于：所述电子围栏与控制站相连，且控制站中设有与电子围栏相配对的电子地图，电子围栏中设有将总体放牧区域划分成若干个独立放牧区域的围栏，由控制站在电子地图上设定独立放牧区域的轮牧顺序；无人机设有飞行控制系统，飞行控制系统由飞行单元、数据采集单元、存储单元、定位单元、计时单元、驱赶单元和分析单元构成；飞行单元控制无人机飞行，数据采集单元将采集信息存放于存储单元中，通过存储单元传输至控制站；存储单元内还预设有牲畜运动轨迹和设定进食时间；定位单元中设有定位装置，定位装置连接控制站，计时单元连接分析单元，分析单元调用计时单元和存储单元中设定时间进行对比，分析单元将对比信号传输至驱赶单元。

进一步的，所述无人机中分为驱赶无人机和追踪无人机；无人机总数量N≥3，其中驱赶无人机数量n₁≥2，追踪无人机数量n₂≥1。

进一步的，所述驱赶无人机和追踪无人机分布在牲畜上侧周边，驱赶无人机之间组成当前牲畜活动区域，活动区域面积要大于当前牲畜实际所在区域。

进一步的，所述数据采集单元中包括定位监控单元和红外传感器，定位监控单元监测领头牲畜运动轨迹，将领头牲畜运动轨迹存储在分析单元中并发送至控制站；红外传感器实时监测牲畜头数和体温信息，将头数数量和体温信息传至控制站。

进一步的，所述数据采集单元中还包含有速度采集单元，速度采集单元用于采集领头牲畜运动速度。

进一步的，所述计时单元分为进食时间单元和延时单元，其中进食时间单元由延时单元和速度采集单元共同控制，进食时间单元将信息反馈至控制站。

进一步的，所述围栏上安装有监控系统，监控系统监测围栏周边是否出现牲畜。

进一步的，所述围栏监控系统由报警单元、驱赶单元和测量距离单元构成，测量距离单元与牲畜身体上标签相配对，驱赶单元和报警单元均与测量距离单元相连，测量距离单元和报警单元均匀分布于围栏上，测量距离单元和报警单元相互对应，报警单元还与追踪无人机的警报单元相连。

进一步的，数据采集单元中还设有图像采集单元，图像采集单元采集草场上植被信息，将植被信息传输至控制站。

进一步的，所述飞行控制系统中还包括警报单元、巡查单元、待机单元和电量检测单元，警报单元分别与红外传感器连接、控制站连接，红外探测传感器探测牲畜数量与控制站通过无人机定位信号圈出的当前牲畜活动区域内牲畜数量对比来控制警报单元开关状态；所述巡查单元与飞行单元连接，巡查单元中预设工作时间；电量检测单元分别连接无人机电源和飞行单元，电量检测单元实时监测无人机剩余电量并设置最低电量；待机单元分别连接控制站和机库，无人机位于机库内待机单元启动，控制站设定待机单元的待机时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明的无人机放牧系统牧户可通过控制站实时检测牲畜信息；存储单元预设有牲畜运动轨迹和设定牲畜在同一区域内的吃草时间；定位单元中设有定位装置，通过定位装置将无人机位置信息反馈至控制站，方便牧户调整无人机位置，使得无人机始终处于牲畜上侧周边；同时由于飞行控制系统分成自动模式和手动模式，在自动模式下可实现无人机自主放牧，不需牧户操作，只需在牧户需要操作情况下切换至手动模式。

二、电子围栏预先安装在草场上圈出放牧总体区域，通过电子围栏限定了放牧区域，不会出现放牧区域过远的情况，减少了无人机的工作量，而且无人机的电量有限，能够节省无人机的电量；另外，设定电子围栏后，可阻挡放牧区域以外的动物接近，同时也降低了牲畜被盗风险，保证放牧区域中牲畜安全；总体放牧区域由围栏划分隔成若干个独立放牧区域的围栏，由控制站设定当前独立放牧区域位置，根据季节或月份由控制站在电子地图上设定独立放牧区域的轮牧顺序，防止牲畜群对其他草场的破坏，能够达到准确的区域放牧，同时避免了草场被过度开发，维持草场内生态的平衡。

三、当速度采集单元中采集到的领头牲畜运动速度小于5m/s，速度采集单元启动放牧时间单元，放牧时间单元中设定时间由牧户调整，在速度采集单元和放牧时间均达到设定条件后进食时间单元启动，开始计算牲畜进食时间，当进食时间超过设定进食时间，控制站控制无人机对牲畜发出驱赶信号，这样避免了牲畜在同一区域吃草时间过程，同时也能保证牲畜不会对草场过渡啃食。

四、红外传感器实时监测牲畜头数，并将头数数量传输至控制站，并可将每个牲畜的体温传输至控制站，由控制站对每个牲畜体温进行分析，另外与控制站通过无人机定位信号圈出的牲畜区域内监控到的牲畜数据进行比对，避免个别牲畜的标签掉落出现信息错误。

五、将测量距离单元的测量范围设定在50m，为围栏监控系统留出较充足的反应时间，同时也给无人机和牧户足够的应对时间。测量距离单元检测到牲畜靠近，触发报警单元和驱赶单元，报警单元分别与追踪无人机的警报单元相连，追踪无人机接收到电子围栏发出的报警单元后，追踪无人机快速飞至靠近发出报警信号的围栏区域进行驱赶。

六、无人机具备巡查功能，保证了无人机始终处于电源充足的情况，由于无人机无需长时间处于工作状态，延长了无人机的使用寿命，

附图说明

图1是无人机飞行控制系统示意图。

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。

本实施例披露了一种无人机放牧系统，该无人机放牧系统包括无人机、机库、电子围栏、定位传感器和控制站，定位传感器采用GPS定位并安装于牲畜带有的标签上，控制站接收该GPS定位信息，领头牲畜的定位传感器与其他牲畜在控制站中显示具有区分度；控制站和无人机之间通过无线传输信息，电子围栏安装在草场上圈出总体放牧区域，电子围栏与控制站相连，控制站中设有与电子围栏相配对的电子地图，电子围栏中设有将总体放牧区域划分成若干个独立放牧区域的围栏，根据季节或月份由控制站在电子地图上设定独立放牧区域的轮牧顺序。电子地图上显示放牧区域和牲畜的GPS定位信息。通过电子围栏限定了放牧区域，不会出现放牧区域过远的情况，防止牲畜群对其他草场的破坏，能够达到准确的区域放牧，同时避免了草场被过度开发，维持草场内生态的平衡。无人机中分为驱赶无人机和追踪无人机，驱赶无人机将牲畜驱赶至吃草区域，追踪无人机用于将落单的个别牲畜赶回牲畜中，在放牧的过程中，无人机总数量N≥3，其中驱赶无人机数量n₁≥2，追踪无人机数量n₂≥1，驱赶无人机和追踪无人机分布在牲畜上侧周边，无人机之间组成当前牲畜活动区域，其活动区域面积要大于当前牲畜实际所在区域；机库置于控制站内供无人机停放和充电，充电方式采用蓝牙充电或有线充电。每个无人机设有飞行控制系统，如图1所示，飞行控制系统包括飞行单元、数据采集单元、存储单元、定位单元、计时单元、驱赶单元和分析单元；数据采集单元用于采集放牧过程中牲畜位置信息和体温信息，数据采集单元将采集信息存放于存储单元中，存储单元与控制站连接，牧户可通过控制站实时检测牲畜信息；存储单元预设有牲畜运动轨迹、设定牲畜在同一区域内的吃草时间和监控时间；定位单元中设有定位装置，通过定位装置将无人机位置信息反馈至控制站，方便牧户调整无人机位置，使得无人机始终处于牲畜上侧周边。计时单元与分析单元连接，分析单元调用计时单元和存储单元中设定时间作对比，分析单元将对比信号传输至驱赶单元，驱赶单元中会预录牧户声音，通过发出牧户声音驱赶牧群。当计时单元的时间超过设定时间，驱赶无人机启动驱赶单元对牲畜发出驱赶信号，这样避免了牲畜在同一区域吃草时间过长，同时也能保证牲畜不会对草场过渡啃食。飞行单元用于控制无人机飞行，飞行单元中分为手动模式和自动模式，手动模式下的无人机由牧户控制飞行轨迹，自动模式下的无人机飞行轨迹根据预先设定的运动轨迹飞行。

数据采集单元中包括定位监控单元和红外传感器，定位监控单元用于实时监测领头牲畜运动轨迹，将领头牲畜运动轨迹存储在存储单元中后发送至控制站，利用无人机分析单元对领头牲畜的运动轨迹进行分析提前了解牲畜的运动轨迹，便于牧户观察牲畜，且通过领头牲畜运动轨迹可在下次放牧时采用自动放牧模式，不需要牧户始终检测放牧信息，实现自动放牧；红外传感器用于实时监测牲畜头数，并将头数信息传输至控制站，并可将每个牲畜的体温传输至控制站，由控制站对每个牲畜体温进行分析，另外与控制站通过无人机定位信号圈出的吃草区域内监控到的牲畜数据进行比对，避免个别牲畜的标签掉落出现信息错误。

数据采集单元中还包含有速度采集单元，速度采集单元用于采集领头牲畜运动速度。计时单元分为进食时间单元和延时单元，其中进食时间单元由延时单元和速度采集单元共同控制，进食时间单元与控制站连接，当速度采集单元中采集到的领头牲畜运动速度小于5m/s，速度采集单元启动延时单元，延时单元中设定的时间可由牧户调整，在速度采集单元和延时时间均达到设定条件后进食时间单元启动，开始计算牲畜进食时间，当进食时间超过设定进食时间，控制站控制无人机对牲畜发出驱赶信号。数据采集单元中还设有图像采集单元，通过图像采集单元采集草场上植被信息，将植被信息传输至控制站，由控制站对植被信息分析。

飞行控制系统中还包括警报单元、巡查单元、待机单元和电量检测单元，警报单元分别与红外传感器和控制站连接，红外传感器探测牲畜数量与控制站通过无人机定位信号圈出的当前牲畜活动区域内牲畜数量对比来控制警报单元开关状态，当红外传感器探测的牲畜数量低于放牧数量则触发警报单元。所述巡查单元与飞行单元连接，巡查单元中预设工作时间，工作时间由无人机起飞时开始计算，当工作时间达到设定值时，巡查单元控制飞行单元返回控制站；电量检测单元分别连接无人机电源和飞行单元，所述电量检测单元实时监测无人机剩余电量，电量检测单元中设置最低电量，当无人机电源中剩余电量低于最低电量，飞行单元控制无人机返回机库。待机单元分别连接控制站和机库，无人机位于机库内待机单元启动，控制站设定待机单元的待机时间，待机时间由无人机返回机库时开始计算，本实施方式中工作时间设定为20-30min，待机时间结束后，待机单元关闭，控制站对无人机飞行控制系统发送信号，此时无人机根据当前牧群位置飞至牧群上方进行巡查。无人机具备巡查功能，保证了无人机始终处于电源充足的情况，由于无人机无需长时间处于工作状态，延长了无人机的使用寿命。

在放牧过程中采用红外传感器探测可能会出现三种情况：

第一种情况，当无人机红外传感器探测的牲畜数量为放牧数量，其数量与控制站通过无人机定位信号圈出的当前牲畜区域内的牲畜数量相同，表明牲畜数量正确，继续放牧。

第二种情况，当无人机红外传感器探测的牲畜数量小于放牧数量，其数量与控制站通过无人机定位信号圈出的当前牲畜区域内的牲畜数量相同，表明有个别牲畜掉队，无人机开启警报系统，此时追踪无人机通过该牲畜的定位信息将掉队的牲畜重新赶至牲畜群，直至无人机探测的牲畜数量、控制站通过无人机定位信号圈出的当前牲畜区域内的牲畜数量和放牧数量相同，则解除警报；

第三种情况，当无人机红外传感器探测的牲畜数量等于放牧数量，而控制站通过无人机定位信号圈出的牲畜区域内的当前牲畜数量小于放牧数量，此时通过在放牧区域内通过牲畜定位信息表明牲畜数量与放牧数量相同，此时表明个别牲畜身上的标签出现掉落，此时控制站将标签掉落位置标注，在放牧结束后，由牧户将其取回。

在草原上安装电子围栏，通过电子围栏圈出放牧区域，并将其放牧区域地图预先录入控制站内。电子围栏通过分隔栏将总体放牧区域划分成若干个独立放牧区域，根据季节或月份由控制站在电子地图上设定独立放牧区域的轮牧顺序。当放牧之前，控制站将当前独立放牧区域内位置信息发送于无人机，无人机根据该位置信息驱赶牧群移动至当前独立放牧区域内。

所述围栏上安装有围栏监控系统，通过围栏确定牲畜的放牧区域，围栏监控系统用于监测围栏周边是否出现牲畜。所述围栏监控系统由报警单元、围栏驱赶单元和测量距离单元构成，测量距离单元与牲畜身体上标签相配对，围栏驱赶单元和报警单元均与测量距离单元相连，测量距离单元中检测距离由牧户控制，测量距离单元和报警单元均匀分布于围栏上，测量距离单元和报警单元相互对应。本实施方式中将测量距离单元的测量范围设定在50m，为围栏监控系统留出较充足的反应时间，同时也给无人机和牧户足够的应对时间。测量距离单元检测到牲畜靠近，触发报警单元和围栏驱赶单元，报警单元分别与追踪无人机的警报单元、控制站相连，追踪无人机接收到电子围栏发出的报警单元后，追踪无人机快速飞至靠近发出报警信号的围栏区域进行驱赶。围栏控制系统还设有视频照相单元，视频照相单元和报警单元同时启动，通过视频照相单元监测当前报警单元附近的事物。通过设定电子围栏阻挡放牧区域以外的动物接近，同时也降低了牲畜被盗风险，保证放牧区域中牲畜安全。

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 (10)

1.一种无人机放牧系统，系统包括无人机、机库、电子围栏和控制站，控制站和无人机之间通过无线方式传输信息，电子围栏安装于草场构成总体放牧区域，机库供无人机停放并对其充电，其特征在于：所述电子围栏与控制站相连，且控制站中设有与电子围栏相配对的电子地图，电子围栏中设有将总体放牧区域划分成若干个独立放牧区域的围栏，由控制站在电子地图上设定独立放牧区域的轮牧顺序；无人机设有飞行控制系统，飞行控制系统由飞行单元、数据采集单元、存储单元、定位单元、计时单元、驱赶单元和分析单元构成；飞行单元控制无人机飞行，数据采集单元将采集信息存放于存储单元中，通过存储单元传输至控制站；存储单元内还预设有牲畜运动轨迹和设定进食时间；定位单元中设有定位装置，定位装置连接控制站；所述计时单元电性连接分析单元，分析单元调用计时单元和存储单元中设定时间进行对比，分析单元将对比信号传输至驱赶单元。

2.根据权利要求1所述的无人机放牧系统，其特征在于：所述无人机中分为驱赶无人机和追踪无人机；无人机总数量N≥3，其中驱赶无人机数量n₁≥2，追踪无人机数量n₂≥1。

3.根据权利要求2所述的无人机放牧系统，其特征在于：所述驱赶无人机和追踪无人机分布在牲畜上侧周边，驱赶无人机之间组成当前牲畜活动区域，活动区域面积要大于当前牲畜实际所在区域。

4.根据权利要求1所述的无人机放牧系统，其特征在于：所述数据采集单元中包括定位监控单元和红外传感器，定位监控单元监测领头牲畜运动轨迹，将领头牲畜运动轨迹存储在分析单元中并发送至控制站；红外传感器实时监测牲畜头数和体温信息，将头数数量和体温信息传至控制站。

5.根据权利要求3所述的无人机放牧系统，其特征在于：所述数据采集单元中还包含有速度采集单元，速度采集单元用于采集领头牲畜运动速度。

6.根据权利要求4所述的无人机放牧系统，其特征在于：所述计时单元分为进食时间单元和延时单元，其中进食时间单元由延时单元和速度采集单元共同控制，进食时间单元将信息反馈至控制站。

7.根据权利要求1所述的无人机放牧系统，其特征在于：所述围栏上安装有监控系统，监控系统监测围栏周边是否出现牲畜。

8.根据权利要求6所述的无人机放牧系统，其特征在于：所述围栏监控系统由报警单元、驱赶单元和测量距离单元构成，测量距离单元与牲畜身体上标签相配对，驱赶单元和报警单元均与测量距离单元相连，测量距离单元和报警单元均匀分布于围栏上，测量距离单元和报警单元相互对应，报警单元还与追踪无人机的警报单元相连。

9.根据权利要求3所述的无人机放牧系统，其特征在于：数据采集单元中还设有图像采集单元，图像采集单元采集草场上植被信息，将植被信息传输至控制站。

10.根据权利要求1所述的无人机放牧系统，其特征在于：所述飞行控制系统中还包括警报单元、巡查单元、待机单元和电量检测单元，警报单元分别与红外传感器和控制站连接，红外传感器探测牲畜数量与控制站通过无人机定位信号圈出的当前牲畜活动区域内牲畜数量对比来控制警报单元开关状态；所述巡查单元与飞行单元连接，巡查单元中预设工作时间；电量检测单元分别连接无人机电源和飞行单元，电量检测单元实时监测无人机剩余电量并设置最低电量；待机单元分别连接控制站和机库，无人机位于机库内待机单元启动，控制站设定待机单元的待机时间。