CN110392819B - 用于测量农场水深的无人机 - Google Patents

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Abstract

【课题】本发明提供一种能够精确测量农场、尤其是整个农田的水深的简单方法及装置。【解决方案】使具有超声波收发器以及红外收发器或微波收发器的无人机(无人飞行器)在农场上空飞行，并根据通过超声波水面反射和微波或红外线地面反射测量的距离的差来测量无人机正下方处的水深。通过使无人机在整个农场上空飞行来精确测量整个农场的水深。优选地，仅在无人机在以规定速度以上的速度飞行的过程中进行测量。

Description

用于测量农场水深的无人机
技术领域
本发明涉及一种使用了无人飞行器(无人机)的用于测量农场水深的无人机。
背景技术
在以水稻为首的作物的培育中，保持农场水位极为重要。例如，在喷洒除草剂时，需要大约一周时间才能形成合适的处理层，但如果在此期间农场的一部分地面露出水面，则不会形成处理层，无法获得除草剂的效果。为了防止这种情况的发生，对农场的整个区域进行水位管理是必不可少的。
测量农场水深的方法通常使用设置在农场中的深度计。但是，农场的地形凹凸不平，虽然用一个地方的深度计所测量出的水深合适，并不意味着整个农场的水位也合适。我们已知一种对一个农场使用大量深度计的方法(例如文献1)，但是在费用或管理负荷上存在问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利公开公报特开平09-20908。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明提供一种能够精确测量农场、尤其是整个农田的水深的简单装置。
用于解决问题的方案
本发明通过提供一种无人飞行器来解决上述问题，该无人飞行器具有测量到水面的距离第一传感器和测量到地面的距离的第二传感器，通过获取两距离之差来测量机身正下方处的水深。
另外，本发明还通过提供段落0006所述的无人飞行器来解决上述问题，该无人飞行器仅在以规定速度以上的速度移动的过程中测量所述机身正下方处的水深。
另外，本发明还通过提供段落0006或0007所述的无人飞行器来解决上述问题，该无人飞行器包括具有倾斜传感器，并根据所述机身的倾斜来校正测量的距离的装置。
另外，本发明还通过提供段落0006、段落0007或段落0008所述的无人飞行器来解决上述问题，其中所述第一传感器为超声波收发器，所述第二传感器为红外收发器或微波收发器。
发明效果
本发明提供一种能够整体上测量农场、尤其是农田的水深的简单装置。
附图说明
图1是本发明的用于测量作物农场水深的无人机的实施例的整体图(平面图以及正面图)。
图2是示出了本发明的农场水深测量方法的基本概念的图。
图3是说明本发明的用于测量农场水深的无人机可以排除旋转翼的风的影响的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行描述。附图均为例示。
图1示出了本发明的无人机(100)的整体结构(图1-a是平面图，图1-b是正面图)。本申请说明书中，“无人机”是指不管驱动方法或控制方法如何的所有的无人飞行器。旋转翼(转子)(101)和电动机(102)是用于使无人机飞行的装置。在该图中，示出了使用四组两级转子的配置，但是转子的数量或配置方法可以与此不同。虽然没有图示出来，但本发明的无人机(100)优选具有用于进行飞行控制或水深计算以及保存等的计算机装置和程序、用于远程操作的无线通信装置、用于位置检测的GPS装置、以及电池等。另外，在该图中示出了普通无人机所需的部件，例如着陆所需的支腿、保持电动机的框架、以及用于防止手接触旋转翼的安全框架等，但是，由于是显而易见的，因此不再特别说明。需要说明的是，本发明的无人机(100)优选具有RTK-GPS等精确测量本机位置的装置。
在根据本发明的无人机(100)的下部设置有超声波收发器(103)和红外收发器(104)。超声波收发器(103)是用于测量到水面的距离的装置的一个示例，红外收发器(104)是用于测量到水面下方地面的距离的装置的一个示例。也可以使用微波收发器等来代替红外收发器(104)。超声波收发器(103)优选使用频率大约400kHz(频率至少100kHz)的传感器，以提高短距离处的测量精度。红外收发器优选使用波长为几微米的近红外线，并且使用激光以减少衰减。
图2示出了本发明的农场水深测量方法的基本概念。由于超声波收发器(103)产生的超声波主要在水面(201)上反射，因此可以通过测量反射波的相位差来测量来测量无人机(100)到水面的距离。通过使用申请时通常可入手的超声波收发器，能够以1厘米为单位进行测量。另外，由于声速根据温度而变化，因此可以通过设置在无人机(100)中的温度传感器等来测量气温以进行声速的校正。
另一方面，由红外收发器(104)产生的红外激光很多穿透水，被农场的地面(202)反射。通过测量地面反射波的相位差，可以测量无人机(100)到农场地面的距离。
发明人的实验表明：通过获取由超声波收发器(103)获得的无人机(100)与水面之间的距离和由红外收发器获得的无人机(100)与地面之间的距离之间的差值，可以以约1厘米为单位测量此时位于无人机(100)正下方的农场内地点的水深。
图3说明了通过本发明的用于测量农场水深的无人机(100)对水深的测量可以排除旋转翼(101)的风的影响。通常，无人机被旋转翼产生的向下气流抬起并移动。因此，需要排除该气流对水面的影响。当无人机(100)以正常的飞行速度(典型地为每秒5米)移动时，由旋转翼的气流(301)引起的水面(201)波动发生在无人机(100)机身的后方(行进方向的相反侧)而不是正下方。由超声波收发器(103)进行的到水面的距离的测量由于在无人机(100)机身的正下方进行，因此不受水面波动的影响。例如，由发明人的实验表明：在转子半径为70cm的无人机(100)以5米/秒的速度在距离水面3米的高度飞行这一典型条件下，到水面的距离的测量不受水面波动的影响。因此，本发明的水深测量优选被控制为仅在无人机(100)以稳定速度(例如，每秒约5米)飞行时实施，在悬停时或以低速(例如，每秒约3米或更低)飞行时不实施。需要说明的是，由于无人机(100)是通过使行进方向后方的旋转翼的旋转速度大于行进方向前方的旋转翼的旋转速度而进行移动的，因此，在移动中机身向行进方向前方降低，发生倾斜。因此，优选地在本发明的无人机(100)中设置陀螺仪传感器等测量机身倾斜的装置，并在测量以及保存距离的程序等中，校正由超声波收发器(103)以及红外收发器(104)测量的距离。
通过使用具有RTK-GPS等精确的机身定位装置的无人机(100)，能够在整个农场上空使无人机(100)飞行。因此，本发明的用于测量水深的无人机(100)可以容易地测量整个农场的水深。需要说明的是，也可以与水深测量并行地执行药剂喷洒或农场作物拍摄等操作。优选的地，将测量的整个农场的水深存储在无人机(100)主体中或与无人机(100)连接的设备的存储器中，并作为水深管理作业的输入。
(本发明在技术上的显著效果)
根据本发明，能够有效且精确地测量整个农场的水深，无需使用大量的深度计。另外，在水深测量中，能够使无人机的旋转翼产生的气流的影响最小化。

Claims (21)

1.一种无人飞行器，其具有：
第一传感器，其测量到农场的水面的距离；
第二传感器，其测量到所述农场的地面的距离；以及
控制部，其通过获取由第一传感器测量的第一距离和由第二传感器测量的第二距离之间的差，来测量位于机身正下方处的地点的水深；其中，所述控制部还具有机身速度测量部；在机身以规定速度以上的速度飞行的过程中，测量从位于所述机身正下方处的地点到水面的距离和到地面的距离；当机身以低于规定速度的速度飞行或悬停时，不测量从位于机身正下方处的地点到农场的水面的距离和到农场的地面的距离。
2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述控制部还具有倾斜传感器，并根据所述机身的倾斜来校正测量的距离。
3.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一传感器为超声波收发器。
4.根据权利要求3所述的无人飞行器，其特征在于，所述超声波收发器使用100KHz至400KHz的频率。
5.根据权利要求3所述的无人飞行器，其特征在于，所述控制部还具有温度传感器，其根据所述温度传感器测量的气温，来调整第一距离测量中的声速值。
6.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第二传感器为红外收发器或者微波收发器。
7.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述控制部还具有陀螺仪传感器，并根据所述陀螺仪传感器测量的机身的倾斜，来校正测量的距离。
8.一种由计算机执行的农场水深测量方法，包括：
仅在无人飞行器以规定速度以上的速度飞行的过程中，通过第一传感器测量从无人飞行器位于机身下方的地点到农场的水面的第一距离的步骤；
仅在无人飞行器以规定速度以上的速度飞行的过程中，通过第二传感器测量从所述无人飞行器位于机身下方的地点到所述农场的地面的第二距离的步骤；以及
通过获取所述第一距离与所述第二距离之间的差，来测量位于机身下方的地点的水深。
9.根据权利要求8所述的农场水深测量方法，其特征在于，还包括：
通过倾斜传感器测量所述机身的倾斜的步骤；以及
根据测量的所述机身的倾斜，来校正所述测量的距离的步骤。
10.根据权利要求8所述的农场水深测量方法，其特征在于，所述第一传感器为超声波收发器。
11.根据权利要求10所述的农场水深测量方法，其特征在于，所述超声波收发器使用100KHz至400KHz的频率。
12.根据权利要求10所述的农场水深测量方法，其特征在于，还包括：
通过温度传感器测量气温的步骤；以及
根据所述温度传感器测量的气温，来调整距离测量中的声速值的步骤。
13.根据权利要求8所述的农场水深测量方法，其特征在于，所述第二传感器为红外收发器或者微波收发器。
14.根据权利要求8所述的农场水深测量方法，其特征在于，包括：
通过陀螺仪传感器测量机身的倾斜的步骤；以及根据测量的所述机身的倾斜，来校正测量的距离的步骤。
15.一种存储有农场水深测量程序的计算机可读介质，使计算机执行如下指令集：
仅在无人飞行器以规定速度以上的速度飞行的过程中，通过第一传感器测量从无人飞行器位于所述机身下方的地点到农场的水面的第一距离的指令集；
仅在无人飞行器以规定速度以上的速度飞行的过程中，通过第二传感器测量从所述无人飞行器位于所述机身下方的地点到所述农场的地面的第二距离的指令集；以及
通过获取所述第一距离与所述第二距离之间的差，来测量位于机身下方的地点的水深的指令集。
16.根据权利要求15所述的存储有农场水深测量程序的计算机可读介质，其特征在于，还使计算机执行如下指令集：
通过倾斜传感器测量所述机身的倾斜的指令集；以及
根据测量的所述机身的倾斜，来校正所述测量的距离的指令集。
17.根据权利要求15所述的存储有农场水深测量程序的计算机可读介质，其特征在于，所述第一传感器为超声波收发器。
18.根据权利要求17所述的存储有农场水深测量程序的计算机可读介质，其特征在于，所述超声波收发器使用100KHz至400KHz的频率。
19.根据权利要求17所述的存储有农场水深测量程序的计算机可读介质，其特征在于，还使计算机执行如下指令集：
通过温度传感器测量气温的指令集；以及
根据所述温度传感器测量的气温，来调整距离测量中的声速值的指令集。
20.根据权利要求15所述的存储有农场水深测量程序的计算机可读介质，其特征在于，所述第二传感器为红外收发器或微波收发器。
21.根据权利要求15所述的存储有农场水深测量程序的计算机可读介质，其特征在于，使计算机执行如下指令集：
通过陀螺仪传感器测量机身的倾斜的指令集；以及根据测量的所述机身的倾斜，来校正测量的距离的指令集。
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