CN107727213A - 基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统，属于粮食产量调查新技术领域。北斗卫星发出北斗信号，无人机内的机载移动式基准站、水稻田左旁的一体式移动基准站和水稻田右旁的分体式移动式基准站组成空地结合的基准站增强系统，各基准站发送的信息增强北斗信号进行导航、定位，使加装在水稻测产中心内的北斗卫星用户终端获得高精度定位的测产面积数据。无人机的大数据采集装置能对图像中的稻穗进行扫描、计数、录入，将获取的亩穗数和穗粒数两个数据信息传送给水稻测产中心，水稻考种室将水稻千粒重数据信息传送给水稻测产中心。水稻测产中心内的电子计算机丙根据亩穗数、穗粒数和千粒重计算出水稻产量，并传送给有关单位。

Description

基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统

技术领域

本发明涉及基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统，属于粮食产量调查新技术领域。

背景技术

在水稻收获之前，各地每一年都要组织人员对当年的水稻产量进行调查。水稻亩产量的计算方法是先定位水稻的测产面积，调查每亩田的水稻总穗数、每个稻穗上的平均粒数和千粒重，然后计算出亩产量。目前，大面积水稻产量的调查是在大片水稻田中采用定点取样的方法采集水稻样本进行考种和测产。由于用人工的方法丈量水稻种植面积的工具落后、测量水稻面积不够准确。用手工计数的方法采集每平方米内稻穗的人工计数方法既缓慢又不准确，同时采集稻穗上的每穗粒数的方法速度很慢、误差很大，因而影响调查水稻产量的准确性和时效性。

中国北斗卫星导航系统为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力。中国北斗卫星导航系统需要增加用户、扩大服务范围，但是，目前在农业保险理赔系统里，还没有北斗卫星用户。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。北斗卫星在水稻田上方的高空中运行时发出北斗信号。无人机在水稻田上方的低空中巡航，安装在无人机上的机载移动式基准站、安装在水稻田右旁的分体式移动基准站、安装在水稻田左旁的一体式移动基准站组成空地结合的三基准站增强技术与系统，三个基准站各自发出信息增强北斗信号进行导航、定位，由于北斗三号导航卫星所配备的铷原子钟，其稳定度达到E—14量级，‘这相当于300万年只有1秒误差’，稳定度直接关系到北斗导航卫星的定位、测速和授时功能的精度，加上各基准站发送的信息内容为载波相位差分定位，在水稻测产中心内的无线通信设备丙中加装了北斗卫星用户终端，从而使水稻测产中心测定水稻测产面积的定位精度达到厘米级别，事后处理可达到毫米级别，同时结合无人机上的光电吊舱内的摄像机拍摄的图像信息，无人机中的摄像机中加装了大数据采集装置，可以对拍摄的图像中的稻穗运用物联网中大数据采集技术快速获得每亩稻田里的稻穗数量的精确数据，即每亩穗数，以及每个稻穗上生长的稻粒数量的平均值数据，无人机通过无线电波将测产水稻田的亩穗数和穗粒数的数据信息发送给水稻测产中心接收。水稻考种室测定稻粒含水量低于20%的1000粒稻谷的千粒重数据，水稻考种室通过无线电波将千粒重数据信息传送给水稻测产中心。水稻测产中心内的电子计算机丙根据亩穗数、穗粒数和千粒重计算出水稻的精确产量。电子计算机丙通过内置导电线将水稻产量信息传送给水稻产量调查站。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

由北斗卫星1、无人机本体2、飞行控制器3、光电吊舱4、锂离子电池5、导电线6、电子计算机甲7、无人驾驶装置8、机载移动式基准站9、分体式移动基准站12、一体式移动基准站13、水稻考种室14、无线通信天线甲15、无线通信设备甲16、电子计算机乙17、水稻考种数据采集室18、水稻测产中心19、无线通信天线乙20、无线通信设备乙21、电子计算机丙22、水稻产量调查站23共同组成；

对水稻田10里成熟的水稻11测算产量，在水稻田10的右旁设置分体式移动基准站12，在水稻田10的左旁设置一体式移动基准站13，在水稻田10上方的低空中有无人机本体2在巡航，在水稻田10上方的高空中有北斗卫星1在运行，在无人机本体2内部的下部的中间安装锂离子电池5，在锂离子电池5的左上方安装机载移动式基准站9, 在锂离子电池5的右上方安装飞行控制器3，在无人机本体2内部的上部的左方安装无人驾驶装置8，在无人机本体2内部的上部的右方安装电子计算机甲7，在无人机本体2的下面安装光电吊舱4，在水稻田10的左方设置水稻考种室14，在水稻考种室14内安装水稻考种数据采集室18，在水稻考种数据采集室18的上面安装电子计算机乙17，在电子计算机乙17的上面安装无线通信设备甲16，在无线通信设备甲16的上面安装无线通信天线甲15，在水稻田10的右方设置水稻测产中心19，在水稻测产中心19内安装水稻产量调查站23，在水稻产量调查站23的上面安装电子计算机丙22，在电子计算机丙22的上面安装无线通信设备乙21，在无线通信设备乙21的上面安装无线通信天线乙20；

北斗卫星1通过无线电波与无人机本体2内的机载移动式基准站9互通信息，北斗卫星1通过无线电波与分体式移动基准站12互通信息，北斗卫星1通过无线电波与一体式移动基准站13互通信息，在无人机本体2内：机载移动式基准站9通过导电线6与锂离子电池5连接，锂离子电池5通过导电线6与飞行控制器3连接，锂离子电池5通过导电线6与光电吊舱4连接，锂离子电池5通过导电线6与无人驾驶装置8连接，锂离子电池5通过导电线6与电子计算机甲7连接,无人驾驶装置8通过导电线6与机载移动式基准站9连接，无人驾驶装置8通过导电线6与电子计算机甲7连接，电子计算机甲7通过导电线6与飞行控制器3连接，在水稻考种室14内：水稻考种数据采集室18通过内置导电线与电子计算机乙17连接，电子计算机乙17通过内置导电线与无线通信设备甲16连接，无线通信设备甲16通过内置导电线与无线通信天线甲15连接，在水稻测产中心19内：水稻产量调查站23通过内置导电线与电子计算机丙22连接，电子计算机丙22通过内置导电线与无线通信设备乙21连接，无线通信设备乙21通过内置导电线与无线通信天线乙20连接。

2.根据权利要求1所述的基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统，其特征是，所述的分体式移动基准站12和一体式移动基准站13属于地基增强系统，基于北斗的多星导航，提供米级、亚米级、厘米级、毫米级的高精度位置服务。

光电吊舱4内的摄像机是CCD摄像机或CMOS摄像机。

锂离子电池5是钴酸锂锂离子电池或钛酸锂锂离子电池或锰酸锂锂离子电池或锂玻璃电池或磷酸铁锂锂离子电池。

无人机本体2的机体的底面是正圆形，正圆形的直径是1米—10米。与现有技术相比，本发明的有益效果是：①大大提高了调查水稻产量的精准性。基于北斗卫星导航、定位技术，无人机的摄像技术、物联网的大数据采集技术，空地互联的物联网技术，使水稻测产中心获得的测产水稻面积定位的高精度达到厘米级别，亩穗数（万穗）测定的准确率达到百分之九十九以上，穗粒数测定的准确率达到百分之九十七以上，亩穗数、穗粒数和千粒重是计算水稻亩产量的主要依据，千粒重的变化一般不大，基于亩穗数和穗粒数十分准确，计算出来的水稻亩产量也会十分准确。②实现了调查水稻田粮食产量的信息化、电子化，加快了调查水稻的粮食产量的速度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修筛也落入本发明权利要求的范围内。

如图1所示，北斗卫星在水稻田上方的高空中运行，无人机在水稻田上方的低空中巡航，北斗卫星通过无线电波与无人机上的机载移动式基准站互通信息，北斗卫星通过无线电波与水稻田右旁的分体式移动式基准站互通信息，北斗卫星通过无线电波与水稻田左旁的一体式移动基准站互通信息，机载移动式基准站、分体式移动基准站和一体式移动基准站组成空地结合的三基准站增强技术与系统，三个基准站各自发出信息增强北斗信号进行导航、定位，定位是导航的基础，导航是定位的延续，增强北斗信号可以提高定位精度。在水稻测产中心内的无线通信设备乙中加装北斗卫星用户终端能够获得水稻测产面积的高精度定位数据。在无人机本体的下面安装的光电吊舱内有摄像机，并在摄像机上加装大数据采集装置，大数据采集装置扫描摄像机拍摄的图像信息中的稻穗个数，得出每亩田667平方米面积内的稻穗总数，即亩穗数（万穗/亩），并趁风吹稻穗、稻穗侧面朝上时拍得稻穗侧面的图像，对生长在稻穗的枝梗上的稻粒，即穗粒数（粒/穗），对稻穗上的稻粒进行扫描、计数、录入，形成稻穗的数据信息，并通过导电线、机载移动式基准站和无线电波传送给水稻测产中心的无线通信天线乙和无线通信设备乙接收，并通过内置导电线输入电子计算机丙储存，作为测算水稻田的粮食产量的主要依据之一。

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图1所示，水稻测产中心的电子计算机丙内储存水稻田的测产面积的精准定位数据，无人机传送过来的每亩水稻田内的稻穗数和穗粒数，但缺少千粒重数据，仍然不能测定水稻的亩产量。计算水稻亩产量的公式为：亩穗数（万穗）×穗粒数（个）×千粒重（克）÷1000粒÷1000克/公斤＝水稻亩产量（公斤），其中的千粒重必须由水稻考种室来称重，选取1000粒稻谷先测含水量，如果水稻含水量超过20%，就需要进行烘干，让多余的水份蒸发掉，将1000粒水稻的含水量控制在20%以下进行称重。在水稻考种室内的水稻考种数据采集室内进行1000粒稻谷的称重，获取稻谷千粒重数据，稻谷千粒重一般为25克—36克，在水稻考种数据采集室获取的稻谷千粒重数据信息通过内置导电线输入电子计算机乙储存，接着经过水稻考种室的无线通信设备甲、无线通信天线甲，从水稻考种室通过无线电波传送给水稻测产中心的无线通信天线乙和无线通信设备乙接收，并通过内置导电线输入电子计算机丙储存并运算，从无人机传送过来的水稻亩穗数（万穗）数据信息和每穗粒数数据信息通过无线电波传给水稻测产中心内的无线通信天线乙和无线通信设备乙接收，接着通过内置导电线输入电子计算机丙储存，在电子计算机丙内汇集了水稻亩穗数（万穗）、穗粒数（个）和千粒重（克）三项数据信息，由电子计算机丙按照水稻亩产量的计算公式进行运算，得出精准的水稻亩产量数据，通过内置导电线将水稻亩产量数据输入水稻产量调查站。

现举出实施例如下：

实施例一：

在水稻田上方的高空中运行的北斗卫星发出北斗信号，由钛酸锂锂离子电池供电的、安装有无人驾驶装置的无人机本体中机载移动式基准站、安装在水稻田右旁的分体式移动式基准站和水稻田左旁的一体式移动基准站各自发送的信息内容为载波相位差分定位，增强北斗信号进行导航、定位，使加装在水稻测产中心内的无线通信设备内的北斗卫星用户终端获得高精度达到厘米级别的水稻测产面积定位。无人机的光电吊舱内有摄像机拍摄水稻田的图像信息，在摄像机内加装的大数据采集装置能对图像中的稻穗进行快速的扫描、计数、录入，得出亩穗数数据信息，稻穗侧面朝上时，采集每穗粒数的数据信息。无人机通过无线电波将亩穗数（万穗）和穗粒数（个）两个数据信息传送给水稻测产中心，水稻考种室通过无线电波将水稻千粒重数据信息传送给水稻测产中心，水稻测产中心的电子计算机丙根据亩穗数、穗粒数和千粒重三项数据信息，快速计算出精准的水稻的粮食产量，既准确又快速地结合大面积水稻田的测产，完成当年的水稻产量调查任务。

实施例二：

在水稻田上方的高空中运行的北斗卫星发出北斗信号，由钴酸锂锂离子电池供电的、安装有无人驾驶装置的无人机本体中机载移动式基准站、安装在水稻田右旁的分体式移动式基准站和水稻田左旁的一体式移动基准站各自发送的信息内容为载波相位差分定位，增强北斗信号进行导航、定位，使加装在水稻测产中心内的无线通信设备内的北斗卫星用户终端获得高精度达到厘米级别的水稻测产面积定位。无人机的光电吊舱内有摄像机拍摄水稻田的图像信息，在摄像机内加装的大数据采集装置能对图像中的稻穗进行快速的扫描、计数、录入，得出亩穗数数据信息，稻穗侧面朝上时，采集每穗粒数的数据信息。无人机通过无线电波将亩穗数（万穗）和穗粒数（个）两个数据信息传送给水稻测产中心，水稻考种室通过无线电波将水稻千粒重数据信息传送给水稻测产中心，水稻测产中心的电子计算机丙根据亩穗数、穗粒数和千粒重三项数据信息，快速计算出精准的水稻的粮食产量，既准确又快速地结合大面积水稻田的测产，完成当年的水稻产量调查任务。

Claims (5)

1.基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统，其特征是，由北斗卫星（1）、无人机本体（2）、飞行控制器（3）、光电吊舱（4）、锂离子电池（5）、导电线（6）、电子计算机甲（7）、无人驾驶装置（8）、机载移动式基准站（9）、分体式移动基准站（12）、一体式移动基准站（13）、水稻考种室（14）、无线通信天线甲（15）、无线通信设备甲（16）、电子计算机乙（17）、水稻考种数据采集室（18）、水稻测产中心（19）、无线通信天线乙（20）、无线通信设备乙（21）、电子计算机丙（22）、水稻产量调查站（23）共同组成；

对水稻田（10）里成熟的水稻（11）测算产量，在水稻田（10）的右旁设置分体式移动基准站（12），在水稻田（10）的左旁设置一体式移动基准站（13），在水稻田（10）上方的低空中有无人机本体（2）在巡航，在水稻田（10）上方的高空中有北斗卫星（1）在运行，在无人机本体（2）内部的下部的中间安装锂离子电池（5），在锂离子电池（5）的左上方安装机载移动式基准站（9）, 在锂离子电池（5）的右上方安装飞行控制器（3），在无人机本体（2）内部的上部的左方安装无人驾驶装置（8），在无人机本体（2）内部的上部的右方安装电子计算机甲（7），在无人机本体（2）的下面安装光电吊舱（4），在水稻田（10）的左方设置水稻考种室（14），在水稻考种室（14）内安装水稻考种数据采集室（18），在水稻考种数据采集室（18）的上面安装电子计算机乙（17），在电子计算机乙（17）的上面安装无线通信设备甲（16），在无线通信设备甲（16）的上面安装无线通信天线甲（15），在水稻田（10）的右方设置水稻测产中心（19），在水稻测产中心（19）内安装水稻产量调查站（23），在水稻产量调查站（23）的上面安装电子计算机丙（22），在电子计算机丙（22）的上面安装无线通信设备乙（21），在无线通信设备乙（21）的上面安装无线通信天线乙（20）；

北斗卫星（1）通过无线电波与无人机本体（2）内的机载移动式基准站（9）互通信息，北斗卫星（1）通过无线电波与分体式移动基准站（12）互通信息，北斗卫星（1）通过无线电波与一体式移动基准站（13）互通信息，在无人机本体（2）内：机载移动式基准站（9）通过导电线（6）与锂离子电池（5）连接，锂离子电池（5）通过导电线（6）与飞行控制器（3）连接，锂离子电池（5）通过导电线（6）与光电吊舱（4）连接，锂离子电池（5）通过导电线（6）与无人驾驶装置（8）连接，锂离子电池（5）通过导电线（6）与电子计算机甲（7）连接,无人驾驶装置（8）通过导电线（6）与机载移动式基准站（9）连接，无人驾驶装置（8）通过导电线（6）与电子计算机甲（7）连接，电子计算机甲（7）通过导电线（6）与飞行控制器（3）连接，在水稻考种室（14）内：水稻考种数据采集室（18）通过内置导电线与电子计算机乙（17）连接，电子计算机乙（17）通过内置导电线与无线通信设备甲（16）连接，无线通信设备甲（16）通过内置导电线与无线通信天线甲（15）连接，在水稻测产中心（19）内：水稻产量调查站（23）通过内置导电线与电子计算机丙（22）连接，电子计算机丙（22）通过内置导电线与无线通信设备乙（21）连接，无线通信设备乙（21）通过内置导电线与无线通信天线乙（20）连接。

2.根据权利要求1所述的基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统，其特征是，所述的分体式移动基准站（12）和一体式移动基准站（13）属于地基增强系统，基于北斗的多星导航，提供米级、亚米级、厘米级、毫米级的高精度位置服务。

3.根据权利要求1所述的基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统，其特征是，所述的光电吊舱（4）内的摄像机是CCD摄像机或CMOS摄像机。

4.根据权利要求1所述的基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统，其特征是，所述的锂离子电池（5）是钴酸锂锂离子电池或钛酸锂锂离子电池或锰酸锂锂离子电池或锂玻璃电池或磷酸铁锂锂离子电池。

5.根据权利要求1所述的基于北斗导航的无人机测算水稻田的粮食产量调查系统，其特征是，所述的无人机本体（2）的机体的底面是正圆形，正圆形的直径是1米—10米。