CN107764382A - 基于北斗导航的无人机测算小麦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小麦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，无人机本体内的机载移动式基准站、安装在小麦田左旁的移动基准站和安装在小麦田右旁的固定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，使加装在小麦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对图像中的麦穗进行扫描、计数、录入，将获取的亩穗数和穗粒数信息传送给小麦测产中心，小麦考种室将小麦千粒重数据传送给小麦测产中心，小麦测产中心内的电子计算机丙根据亩穗数、穗粒数和千粒重数据计算出小麦产量，并传送给小麦产量调查站。

Description

基于北斗导航的无人机测算小麦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小麦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

每一年的小麦成熟了，在收获小麦之前，各地都要对当年的小麦产量进行调查。小麦的产量是用每亩麦田里的麦穗数量，每个麦穗上生长的小麦粒数和千粒重计算每亩田的小麦产量的。目前，调查大面积小麦田的产量的方法是在大片麦田中采用定点取样的方法采集小麦样本进行考种和测产。由于用人工丈量小麦的种植面积会有误差。用人工采集每平方米内麦穗的数量的数据，用人工采集每个麦穗上的穗粒数的数据不够精准，因而影响了调查小麦产量的准确性。

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小麦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。北斗卫星在小麦田上方的高空中运行时发出北斗信号。无人机在小麦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、安装在小麦田右旁的固定式基准站和安装在小麦田左旁的移动式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，在小麦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，从而使小麦测产中心测定小麦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，同时结合无人机的光电吊舱内的摄像机拍摄的图像信息，摄像机中加装的大数据采集装置对图像信息运用物联网中的大数据采集技术快速获得每亩麦田里的麦穗数量的精确数据，以及每个麦穗上生长的小麦粒数的平均值数据。小麦考种室测定1000粒麦粒（含水量低于20%）的千粒重数据，并通过无线电波将千粒重数据信息发送给小麦测产中心，无人机将亩穗数和穗粒数信息数据通过无线电波发送给小麦测产中心，小麦测产中心内的电子计算机丙汇集各方提供的数据，根据亩穗数、穗粒数和千粒重计算出小麦的精确亩产量，通过内置导电线传送给小麦产量调查站。

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、锂离子电池3、无人驾驶装置4、机载移动式基准站5、导电线6、无线通信设备甲7、无线通信天线甲8、电子计算机甲9、光电吊舱10、固定式基准站11、移动式基准站12、小麦考种室15、无线通信天线乙16、无线通信设备乙17、电子计算机乙18、小麦考种数据采集室19、小麦测产中心20、无线通信天线丙21、无线通信设备丙22、电子计算机丙23、小麦产量调查站24共同组成；

小麦田13里种植的小麦14成熟了、需要测算产量，在小麦田13的右旁设置固定式基准站11，在小麦田13的左旁设置移动式基准站12，在小麦田13上方的低空中有无人机本体2在巡航，在小麦田13上方的高空中有北斗卫星1在运行，在无人机本体2的前部安装无人驾驶装置4，在无人驾驶装置4的后下方安装机载移动式基准站5，在无人机本体2的中部安装锂离子电池3，在锂离子电池3的后下方安装电子计算机甲9，在无人机本体2的后部安装无线通信设备甲7，在无线通信设备甲7上安装无线通信天线甲8，在无人机本体2的中部的下面安装光电吊舱10，在小麦田13的左方设置小麦考种室15，在小麦考种室15内设置小麦考种数据采集室19，在小麦考种数据采集室19的上面安装电子计算机乙18，在电子计算机乙18的上面安装无线通信设备乙17，在无线通信设备乙17的上面安装无线通信天线乙16，在小麦田13的右方设置小麦测产中心20，在小麦测产中心20的内部安装小麦产量调查站24，在小麦产量调查站24的上面安装电子计算机丙23，在电子计算机丙23的上面安装无线通信设备丙22，在无线通信设备丙22的上面安装无线通信天线丙21；

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5互通信息，北斗卫星1通过无线电波与固定式基准站11互通信息，北斗卫星1通过无线电波与移动式基准站12互通信息，在无人机本体2内：锂离子电池3通过导电线6与无人驾驶装置4连接，无人驾驶装置4通过导电线6与机载移动式基准站5连接，机载移动式基准站5通过导电线6与锂离子电池3连接，机载移动式基准站5通过导电线6与电子计算机甲9连接，锂离子电池3通过导电线6与电子计算机甲9连接，锂离子电池3通过导电线6与无线通信设备甲7连接，无线通信设备甲7通过内置导电线与无线通信天线甲8连接，无线通信设备甲7通过导电线6与电子计算机甲9连接，电子计算机甲9通过导电线6与光电吊舱10连接，在小麦考种室15内：小麦考种数据采集室19通过内置导电线与电子计算机乙18连接，电子计算机乙18通过内置导电线与无线通信设备乙17连接，无线通信设备乙17通过内置导电线与无线通信天线乙16连接，在小麦测产中心20内：小麦产量调查站24通过内置导电线与电子计算机丙23连接，电子计算机丙23通过内置导电线与无线通信设备丙22连接，无线通信设备丙22通过内置导电线与无线通信天线丙21连接。

固定式基准站11和移动式基准站12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。

锂离子电池3是钴酸锂锂离子电池或锂玻璃电池或锰酸锂锂离子电池或磷酸铁锂锂离子电池或钛酸锂锂离子电池。

光电吊舱10内的摄像机是CCD摄像机或CMOS摄像机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：①实现了调查小麦粮食产量工作的信息化，大大提高了测算小麦产量的速度。②提高了调查小麦的粮食产量的准确性。高精度测定小麦田的测产面积，高精度获取每亩田的麦穗数量的数据和穗粒数的平均值数据加上小麦考种室提供的千粒重数据，小麦测产中心内的电子计算机丙汇集亩穗数、穗粒数和千粒重数据可以准确计算出小麦田的粮食产量。

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，在小麦田上方的高空中运行的北斗卫星通过无线电波与在小麦田上方的低空中巡航的无人机上的机载移动式基准站互通信息，机载移动式基准站与小麦田左旁的移动式基准站和小麦田右旁的固定式基准站组成空地结合的基准站增强系统，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。在小麦测产中心内的无线通信设备丙中加装北斗导航用户终端能够获得小麦田测产面积的高精度定位数据。在无人机本体的中部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麦穗个数，得出每亩田667平方米面积内的麦穗总数即亩穗数（万穗/亩），并趁风吹麦穗、露出麦穗朝上侧面时拍得麦穗侧面的图像，对麦穗上的小穗个数和小穗上的麦粒个数，即穗粒数（粒/穗）进行扫描、计数、录入，形成麦穗的数据信息，无人机上的电子计算机甲储存全部采集数据，并通过导电线、无线通信设备甲、无线通信天线甲将数据信息通过无线电波传送给小麦测产中心的无线通信天线丙和无线通讯信设备丙接受，接着通过内置导电线输入电子计算机丙储存。

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，小麦测产中心的电子计算机丙虽然获取了小麦田的测产面积的精准定位数据、每亩小麦田内的麦穗数和穗粒数，但缺少千粒重数据，仍然不能测算小麦的亩产量。计算小麦亩产量的公式为：亩穗数（万穗）×穗粒数（个）×千粒重（克）÷1000粒÷1000克/公斤＝小麦亩产量（公斤），其中的千粒重必须由小麦考种室来称重，选取1000粒小麦粒，先测含水量，如果小麦含水量超过20%，就需要进行烘干，让多余的水份蒸发掉，将1000粒小麦的含水量控制在20%以下进行称重。在小麦考种室内的小麦考种数据采集室内进行1000粒小麦的称重，获取小麦千粒重数据，小麦千粒重一般为32克—41克，在小麦考种数据采集室获取的小麦千粒重数据信息通过内置导电线输入电子计算机乙储存，接着经过无线通信设备乙和无线通信天线乙，从小麦考种室通过无线电波传送给小麦测产中心的无线通信天线丙和无线通信设备丙接收，并通过内置导电线输入电子计算机丙储存和运算，运算结果信息通过内置导电线输入小麦产量调查站。从无人机传送出来的小麦亩穗数（万穗）数据信息和每穗粒数数据信息通过无线电波传给小麦测产中心内的无线通信天线丙和无线通信设备丙接收，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小麦亩穗数（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小麦亩产量的计算公式进行运算，得出精准的小麦亩产量数据，通过内置导电线将小麦亩产量数据输入小麦产量调查站。

现举出实施例如下：

实施例一：

在小麦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内的机载移动式基准站、安装在小麦田左旁的移动式基准站、安装在小麦田右旁的固定式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，使加装在小麦测产中心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小麦测产面积定位。无人机的光电吊舱内的摄像机拍摄小麦田的图像信息，在摄像机内加装的大数据采集装置能对图像中的麦穗进行快速的扫描、计数、录入，得出亩穗数数据信息，并在风吹麦穗、麦穗侧面朝上时，采集到每穗粒数的穗粒数数据信息。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小麦测产中心，小麦考种室通过无线电波将小麦千粒重数据信息传送给小麦测产中心，小麦测产中心的电子计算机丙根据亩穗数、穗粒数和千粒重三个数据信息，快速计算出精准的小麦亩产量，既快又准地结合大面积小麦田的测产，完成当年的小麦产量调查任务。

实施例二：

在小麦田上方的高空中运行的北斗卫星发出北斗信号，由磷酸铁锂锂离子电池供电的、安装有无人驾驶装置的无人机本体内的机载移动式基准站、安装在小麦田左旁的移动式基准站、安装在小麦田右旁的固定式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，使加装在小麦测产中心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小麦测产面积定位。无人机的光电吊舱内的摄像机拍摄小麦田的图像信息，在摄像机内加装的大数据采集装置能对图像中的麦穗进行快速的扫描、计数、录入，得出亩穗数数据信息，并在风吹麦穗、麦穗侧面朝上时，采集到每穗粒数的穗粒数数据信息，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小麦测产中心，小麦考种室通过无线电波将小麦千粒重数据信息传送给小麦测产中心，小麦测产中心的电子计算机丙根据亩穗数、穗粒数和千粒重三个数据信息，快速计算出精准的小麦的亩产量，既快又准地结合大面积小麦田的测产，完成当年的小麦产量调查任务。

Claims (4)

1.基于北斗导航的无人机测算小麦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）、锂离子电池（3）、无人驾驶装置（4）、机载移动式基准站（5）、导电线（6）、无线通信设备甲（7）、无线通信天线甲（8）、电子计算机甲（9）、光电吊舱（10）、固定式基准站（11）、移动式基准站（12）、小麦考种室（15）、无线通信天线乙（16）、无线通信设备乙（17）、电子计算机乙（18）、小麦考种数据采集室（19）、小麦测产中心（20）、无线通信天线丙（21）、无线通信设备丙（22）、电子计算机丙（23）、小麦产量调查站（24）共同组成；

小麦田（13）里种植的小麦（14）成熟了、需要测算产量，在小麦田（13）的右旁设置固定式基准站（11），在小麦田（13）的左旁设置移动式基准站（12），在小麦田（13）上方的低空中有无人机本体（2）在巡航，在小麦田（13）上方的高空中有北斗卫星（1）在运行，在无人机本体（2）的前部安装无人驾驶装置（4），在无人驾驶装置（4）的后下方安装机载移动式基准站（5），在无人机本体（2）的中部安装锂离子电池（3），在锂离子电池（3）的后下方安装电子计算机甲（9），在无人机本体（2）的后部安装无线通信设备甲（7），在无线通信设备甲（7）上安装无线通信天线甲（8），在无人机本体（2）的中部的下面安装光电吊舱（10），在小麦田（13）的左方设置小麦考种室（15），在小麦考种室（15）内设置小麦考种数据采集室（19），在小麦考种数据采集室（19）的上面安装电子计算机乙（18），在电子计算机乙（18）的上面安装无线通信设备乙（17），在无线通信设备乙（17）的上面安装无线通信天线乙（16），在小麦田（13）的右方设置小麦测产中心（20），在小麦测产中心（20）的内部安装小麦产量调查站（24），在小麦产量调查站（24）的上面安装电子计算机丙（23），在电子计算机丙（23）的上面安装无线通信设备丙（22），在无线通信设备丙（22）的上面安装无线通信天线丙（21）；

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（5）互通信息，北斗卫星（1）通过无线电波与固定式基准站（11）互通信息，北斗卫星（1）通过无线电波与移动式基准站（12）互通信息，在无人机本体（2）内：锂离子电池（3）通过导电线（6）与无人驾驶装置（4）连接，无人驾驶装置（4）通过导电线（6）与机载移动式基准站（5）连接，机载移动式基准站（5）通过导电线（6）与锂离子电池（3）连接，机载移动式基准站（5）通过导电线（6）与电子计算机甲（9）连接，锂离子电池（3）通过导电线（6）与电子计算机甲（9）连接，锂离子电池（3）通过导电线（6）与无线通信设备甲（7）连接，无线通信设备甲（7）通过内置导电线与无线通信天线甲（8）连接，无线通信设备甲（7）通过导电线（6）与电子计算机甲（9）连接，电子计算机甲（9）通过导电线（6）与光电吊舱（10）连接，在小麦考种室（15）内：小麦考种数据采集室（19）通过内置导电线与电子计算机乙（18）连接，电子计算机乙（18）通过内置导电线与无线通信设备乙（17）连接，无线通信设备乙（17）通过内置导电线与无线通信天线乙（16）连接，在小麦测产中心（20）内：小麦产量调查站（24）通过内置导电线与电子计算机丙（23）连接，电子计算机丙（23）通过内置导电线与无线通信设备丙（22）连接，无线通信设备丙（22）通过内置导电线与无线通信天线丙（21）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小麦田的粮食产量调查系统，其特征是，所述的固定式基准站（11）和移动式基准站（12）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小麦田的粮食产量调查系统，其特征是，所述的锂离子电池（3）是钴酸锂锂离子电池或锂玻璃电池或锰酸锂锂离子电池或磷酸铁锂锂离子电池或钛酸锂锂离子电池。

4.根据权利要求1所述的基于北斗导航的无人机测算小麦田的粮食产量调查系统，其特征是，所述的光电吊舱（10）内的摄像机是CCD摄像机或CMOS摄像机。