CN107390699B - 一种甘蔗种植机的路线规划系统及其路线规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业种植技术领域，一种甘蔗种植机的路线规划系统及其路线规划方法，包括无人机测绘装置、种植机和地面控制装置，所述种植机包括种植机控制模块和与其电性连接的GPS定位发射模块；所述GPS定位发射模块用于检测种植机的位置信息，所述GPS定位发射模块将检测的种植机的位置信息发送给所述GPS定位接收模块，经所述ARM主控制器该种植机的位置信息处理后发送给所述飞行控制模块以控制无人机飞行，并通过无线通信模块将种植机的位置信息发送给所述移动终端进行显示，所述种植机控制模块能够控制种植机的运动。本发明能够对甘蔗种植地的种植路线进行合理规划，减少种植机进入种植地死角，降低成本，实现甘蔗种植的现代化控制。
Description
技术领域
本发明属于农业种植技术领域，具体涉及一种甘蔗种植机的路线规划系统及其路线规划方法。
背景技术
目前广西的甘蔗种植大部分是由工人开拖拉机拉犁进行甘蔗种植前的挖沟工作。挖沟的过程主要是通过人们根据经验来判断挖沟的行间距和株间距，经常出现挖的沟不直，行与行间距不合理等情况，并且由于甘蔗种植地复杂，种植路线难以提前规划，经常出现某些地方拖拉机无法进入，或者拖拉机进到死角无法转弯等问题。如何能科学有效地选出甘蔗挖沟种植作业最优的路线，减少种植机进入死角，防止出现种植机无法掉头或者坡度太陡而无法进行种植，实现科学合理密植，成为当前甘蔗种植业亟待解决的问题。
无人机测量技术日益成为一项新兴的测绘手段，其具有机动灵活，续航时间长等优点，无人机可以机载多种遥感设备，对地形进行测绘，形成完整大遥感影像信息。无人机有着独特的优势，但目前尚未出现由无人机技术对甘蔗种植地进行科学规划的设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甘蔗种植机的路线规划系统及其路线规划方法，能够对甘蔗种植地的种植路线进行合理规划，减少种植机进入种植地死角，降低成本，实现甘蔗种植的现代化控制。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种甘蔗种植机的路线规划系统，包括无人机测绘装置、种植机和地面控制装置；
所述无人机测绘装置包括ARM主控制器、机载地形测绘设备、GPS定位接收模块、飞行控制模块、云台控制模块、红外热成像仪和无线通信模块；
所述ARM主控制器分别与所述机载地形测绘设备、GPS定位接收模块、飞行控制模块和云台控制模块电性连接；所述红外热成像仪与所述云台控制模块电性连接，所述无线通信模块与所述飞行控制模块电性连接；所述ARM主控制器通过无线通信模块与所述地面控制装置电性连接；
所述机载地形测绘设备用于采集甘蔗种植地的图像；所述GPS定位接收模块用于对所述种植机进行定位；所述飞行控制模块的信号经过无线通信模块发送给所述地面控制装置；所述飞行控制模块由所述ARM主控制器控制，所述红外热成像仪对地面的种植机产生的热红外辐射进行识别，结合采集的甘蔗种植地的图像对种植机路线进行精确定位检测，并经过云台控制模块将信号反馈给ARM主控制器；
所述种植机包括种植机控制模块和与其电性连接的GPS定位发射模块；所述GPS定位发射模块用于检测种植机的位置信息，所述GPS定位发射模块将检测的种植机的位置信息发送给所述GPS定位接收模块，经所述ARM主控制器该种植机的位置信息处理后发送给所述飞行控制模块以控制无人机飞行，并通过无线通信模块将种植机的位置信息发送给所述移动终端进行显示，所述种植机控制模块控制种植机的运动；
所述地面控制装置包括移动终端和中继转发模块，所述无线通信模块通过所述中继转发模块与所述移动终端电性连接，所述移动终端通过所述中继转发模块将控制信号发送给无线通信模块后，再发送给无人机控制模块以远程控制无人机飞行，所述ARM主控制器将所述红外热成像仪采集的甘蔗种植地的图像信息通过所述无线通信模块后，再经过所述中继转发模块发送给所述移动终端显示，所述移动终端与所述种植机控制模块电性连接用以向种植机发出提示信号。
进一步的，所述机载地形测绘设备为监控摄像机、CCD数码相机或激光扫描仪。
进一步的，所述无线通信模块是支持WIFI协议的无线通信模块。
进一步的，所述移动终端是支持WIFI协议的手机或电脑。
进一步的，所述种植机还包括语音播放模块，所述语音播放模块与所述种植机控制模块电性相连。
进一步的，所述ARM主控制器上配制了Ethernet网络模块，能够使主控制器连接到Internet网络上。
本发明还提供一种甘蔗种植机的路线规划方法，该方法包括以下步骤：
(1)所述飞行控制模块控制无人机在甘蔗地上方飞行，所述ARM主控制器控制所述机载地形测绘设备工作，所述机载地形测绘设备采集甘蔗地图像信息后将图像信息传输给所述移动终端进行处理；
(2)所述移动终端对所述图像信息进行分析处理，计算甘蔗地种植的行间距和株间距，生成甘蔗地的规划数据作为种植机的路线规划数据；
(3)所述移动终端判断所述路线规划数据中的地形是否满足种植要求；
(4)当所述路线规划数据中的地形满足种植要求时，移动终端根据所述路线规划数据和地形数据进行处理并计算得出甘蔗种植的最优路线；
(5)所述种植机对甘蔗地进行挖沟，GPS定位接收模块根据所述GPS定位发射模块对所述种植机进行初步定位后；无人机飞行至种植机上方，所述红外热成像仪对地面的种植机产生的热红外辐射进行识别，结合采集的甘蔗种植地的图像对种植机路线进行精确定位检测，并经过云台控制模块将精确定位信号反馈给所述ARM主控制器；
(6)所述ARM主控制器将精确定位信号通过无线通信模块发送给所述移动终端进行显示；所述移动终端对最优路线规划数据与所述种植机运行路线数据进行比较，当所述种植机运行路线数据与所述最优路线规划数据不相符时，所述移动终端向所述种植机控制模块发出语音提示信号，提示驾驶人员将种植机驶回最优路线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、在用拖拉机等其他种植机挖沟进行甘蔗的种植工作中，本发明的甘蔗种植机的路线规划系统能够对甘蔗进行科学的合理密植，确保挖沟的精度证。利用所述无人机测绘装置事先对甘蔗地地形进行测绘得到遥感影像资料，然后发送到具有嵌入式计算机系统的地面控制装置进行最优路线的规划，结合甘蔗最适合生长的种植间距，甘蔗种植适宜的朝向，分析得到甘蔗种植机种植过程的行平整度和株间距，无人机上的红外热成像仪对地面的种植机产生的热红外辐射进行识别，结合采集的甘蔗种植地的图像对种植机路线进行精确定位检测，对种植机的行走路线进行判断，引导驾驶员进行种植作业。
2、本发明的甘蔗种植机的路线规划系统省时、省力且。通过无人机检测种植机种植过程的行平整度和株间距，无人机航拍拍照没有死角，可靠性高，通过本发明的系统引导驾驶员进行种植作业可以减少种植机进入种植地死角，方便生产，人工成本低，效率高，能够科学合理密植，减少不必要的人工降低成本，实现甘蔗种植的现代化控制。
3、本发明的甘蔗种植机的路线规划方法，当所述无人机测绘装置对甘蔗地地形进行测绘得到遥感影像资料后，由所述移动终端对所述图像信息进行分析处理，计算甘蔗地种植的行间距和株间距，生成甘蔗地的规划数据作为种植机的路线规划数据，并判断所述路线规划数据中的地形是否满足种植要求，能快速得到种植机的作业路径，相对于传统的未经规划而直接依靠驾驶员视觉判断来设定种植地作业路线，本发明的甘蔗种植机的路线规划方法提高了甘蔗种植作业的精确性，合理规划了甘蔗的种植，能够提高作业效率，减少种植机进入种植地死角，减少能耗损失。
附图说明
图1是本发明一种甘蔗种植机的路线规划系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
一种甘蔗种植机的路线规划系统，包括无人机测绘装置、种植机和地面控制装置；
无人机测绘装置包括ARM主控制器、机载地形测绘设备、GPS定位接收模块、飞行控制模块、云台控制模块、红外热成像仪和无线通信模块；
ARM主控制器分别与机载地形测绘设备、GPS定位接收模块、飞行控制模块和云台控制模块电性连接；红外热成像仪与云台控制模块电性连接，无线通信模块与飞行控制模块电性连接；ARM主控制器通过无线通信模块与地面控制装置电性连接；
机载地形测绘设备用于采集甘蔗种植地的图像；GPS定位接收模块用于对种植机进行定位；飞行控制模块的信号经过无线通信模块发送给地面控制装置；飞行控制模块由ARM主控制器控制，红外热成像仪对地面的种植机产生的热红外辐射进行识别，结合采集的甘蔗种植地的图像对种植机路线进行精确定位检测，并经过云台控制模块将信号反馈给ARM主控制器；
种植机包括种植机控制模块和与其电性连接的GPS定位发射模块；GPS定位发射模块用于检测种植机的位置信息，GPS定位发射模块将检测的种植机的位置信息发送给GPS定位接收模块，经ARM主控制器该种植机的位置信息处理后发送给飞行控制模块以控制无人机飞行，ARM主控制器通过无线通信模块将种植机的位置信息发送给移动终端进行显示，种植机控制模块控制种植机的运动；
地面控制装置包括移动终端和中继转发模块，无线通信模块通过中继转发模块与移动终端电性连接，移动终端通过中继转发模块将控制信号发送给无线通信模块后，再发送给无人机控制模块以远程控制无人机飞行，ARM主控制器将红外热成像仪采集的甘蔗种植地的图像信息通过无线通信模块后，再经过中继转发模块发送给移动终端显示，移动终端与种植机控制模块电性连接用以向种植机发出提示信号。
本发明通过无人机测绘装置事先对甘蔗地地形进行测绘得到遥感影像资料，然后发送到具有嵌入式计算机系统的地面控制装置进行最优路线的规划，结合甘蔗最适合生长的种植间距，甘蔗种植适宜的朝向，分析得到甘蔗种植机种植过程的行平整度和株间距，红外热成像仪对地面的种植机产生的热红外辐射进行识别，结合采集的甘蔗种植地的图像对种植机路线进行精确定位检测，对种植机的行走路线进行判断，引导驾驶员进行种植作业。
其中，ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作Acorn RISC Machine。ARM主控制器采用ARM处理器，ARM处理器是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。以ARM处理器作为主CPU的嵌入式硬件平台几乎已经成为信息产业的硬件标准。本发明移动终端以Linux为嵌入式操作系统，通过对无人机测绘的影像资料进行分析，为拖拉机等种植机的挖沟工作规划出最优的路线，通过红外热成像仪的检测，引导驾驶员把进行挖沟种植作业，当种植机种植路线出现较大的偏差时能及时进行提示纠正。
其中，机载地形测绘设备为监控摄像机、CCD数码相机或激光扫描仪。本发明实施例采用CCD数码相机进行地形测绘工作，得到影像资料之后发送到计算机系统上，该CCD数码相机具有体积小，重量轻，功耗低，分辨率高的特点。
为了使系统的适用面更广，功耗低、安全可靠，能随时随地接入的优点，无线通信模块是支持WIFI协议的无线通信模块，移动终端是支持WIFI协议的手机或电脑。
其中，种植机还包括语音播放模块，语音播放模块与种植机控制模块电性相连，语音播放模块用于引导驾驶员驾驶种植机。
其中，ARM主控制器上配制了Ethernet网络模块，能够使主控制器连接到Internet网络上。
进一步的，移动终端上设有显示屏，显示屏能够接收GPS定位接收模块和红外热成像仪发送的数据并进行显示。
本发明还提供一种甘蔗种植机的路线规划方法，该方法包括以下步骤：
(1)飞行控制模块控制无人机在甘蔗地上方飞行，ARM主控制器控制机载地形测绘设备工作，机载地形测绘设备采集甘蔗地图像信息后将图像信息传输给移动终端进行处理；
(2)移动终端对图像信息进行分析处理，计算甘蔗地种植的行间距和株间距，生成甘蔗地的规划数据作为种植机的路线规划数据；
(3)判断路线规划数据中的地形是否满足种植要求；
(4)当所述路线规划数据中的地形满足种植要求时，移动终端根据所述路线规划数据和地形数据等设计参数进行处理并计算得出甘蔗种植的最优路线；
(5)种植机对甘蔗地进行挖沟，GPS定位接收模块根据GPS定位发射模块对种植机进行初步定位后；无人机飞行至种植机上方，红外热成像仪对地面的种植机产生的热红外辐射进行识别，结合采集的甘蔗种植地的图像对种植机路线进行精确定位检测，并经过云台控制模块将精确定位信号反馈给ARM主控制器；
(6)ARM主控制器将精确定位信号通过无线通信模块发送给移动终端进行显示；移动终端对最优路线规划数据与种植机运行路线数据进行比较，当种植机运行路线数据与最优路线规划数据不相符时，移动终端向种植机控制模块发出语音提示信号，提示驾驶人员将种植机驶回最优路线。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (5)
1.一种甘蔗种植机的路线规划系统，包括无人机测绘装置、种植机和地面控制装置；其特征在于：
所述无人机测绘装置包括ARM主控制器、机载地形测绘设备、GPS定位接收模块、飞行控制模块、云台控制模块、红外热成像仪和无线通信模块；
所述ARM主控制器分别与所述机载地形测绘设备、GPS定位接收模块、飞行控制模块和云台控制模块电性连接；所述机载地形测绘设备为监控摄像机、CCD数码相机或激光扫描仪；所述红外热成像仪与所述云台控制模块电性连接，所述无线通信模块与所述飞行控制模块电性连接；所述ARM主控制器通过无线通信模块与所述地面控制装置电性连接；
所述机载地形测绘设备用于采集甘蔗种植地的图像；所述GPS定位接收模块用于对所述种植机进行定位；所述飞行控制模块的信号经过无线通信模块发送给所述地面控制装置；所述飞行控制模块由所述ARM主控制器控制，所述红外热成像仪对地面的种植机产生的热红外辐射进行识别，结合采集的甘蔗种植地的图像对种植机路线进行精确定位检测，并经过云台控制模块将信号反馈给ARM主控制器；
所述种植机包括种植机控制模块和与其电性连接的GPS定位发射模块；所述GPS定位发射模块用于检测种植机的位置信息，所述GPS定位发射模块将检测的种植机的位置信息发送给所述GPS定位接收模块，经所述ARM主控制器该种植机的位置信息处理后发送给所述飞行控制模块以控制无人机飞行，并通过无线通信模块将种植机的位置信息发送给移动终端进行显示，所述种植机控制模块控制种植机的运动；所述种植机还包括语音播放模块，所述语音播放模块与所述移动终端电性相连；
所述地面控制装置包括移动终端和中继转发模块，所述无线通信模块通过所述中继转发模块与所述移动终端电性连接，所述移动终端通过所述中继转发模块将控制信号发送给无线通信模块后，再发送给无人机控制模块以远程控制无人机飞行，所述ARM主控制器将所述红外热成像仪采集的甘蔗种植地的图像信息通过所述无线通信模块后，再经过所述中继转发模块发送给所述移动终端显示，所述移动终端与所述种植机控制模块电性连接用以向种植机发出提示信号。
2.根据权利要求1所述的一种甘蔗种植机的路线规划系统，其特征在于：所述无线通信模块是支持WIFI协议的无线通信模块。
3.根据权利要求1所述的一种甘蔗种植机的路线规划系统，其特征在于：所述移动终端是支持WIFI协议的手机或电脑。
4.根据权利要求1所述的一种甘蔗种植机的路线规划系统，其特征在于：所述ARM主控制器上配制了Ethernet网络模块，能够使主控制器连接到Internet网络上。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的甘蔗种植机的路线规划系统的路线规划方法，其特征在于：包括以下步骤：
所述飞行控制模块控制无人机在甘蔗地上方飞行，所述ARM主控制器控制所述机载地形测绘设备工作，所述机载地形测绘设备采集甘蔗地图像信息后将图像信息传输给所述移动终端进行处理；
所述移动终端对所述图像信息进行分析处理，计算甘蔗地种植的行间距和株间距，生成甘蔗地的规划数据作为种植机的路线规划数据；
所述移动终端判断所述路线规划数据中的地形是否满足种植要求；
当所述路线规划数据中的地形满足种植要求时，移动终端根据所述路线规划数据和地形数据进行处理并计算得出甘蔗种植的最优路线；
所述种植机对甘蔗地进行挖沟，GPS定位接收模块根据所述GPS定位发射模块对所述种植机进行初步定位后；无人机飞行至种植机上方，所述红外热成像仪对地面的种植机产生的热红外辐射进行识别，结合采集的甘蔗种植地的图像对种植机路线进行精确定位检测，并经过云台控制模块将精确定位信号反馈给所述ARM主控制器；
所述ARM主控制器将精确定位信号通过无线通信模块发送给所述移动终端进行显示；所述移动终端对最优路线规划数据与所述种植机运行路线数据进行比较，当所述种植机运行路线数据与所述最优路线规划数据不相符时，所述移动终端向所述种植机控制模块发出语音提示信号，提示种植机驶回最优路线。
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