CN111257320A - 一种智慧林业监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智慧林业监测系统，包括无人机模块、爬行机器人模块、苍蝇机器人模块以及PC机；所述无人机模块用于按巡检路线定时定点实现森林图像数据的采集反馈；所述爬行机器人用于按巡检路线实现森林视频数据的采集反馈；所述苍蝇机器人模块用于按预设的坐标定时实现当前环境参数的采集；所述PC机用于接收无人机模块、爬行机器人模块、苍蝇机器人模块所采集到的数据，并完成这些数据的处理，实现森林当前情况的评估，生成评估报告。本发明实现了森林数据的自动监测评估，可重复多次使用，从而大大减轻了工作人员的工作量，且监测结果精确度较高。

Description

一种智慧林业监测系统
技术领域
本发明涉及森林管理技术领域，具体涉及一种智慧林业监测系统。
背景技术
目前，收集用于评价森林状态的信息的过程是非常耗时和复杂的。且当收集信息时，通常依赖于采样，由于缺乏足够的信息收集和分析而可能出现误差。
为此，现有技术中涌现出了大量的林业监测系统，但普遍存在误差较大、探测成本较高，不能大面积、多期次使用的缺陷。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种智慧林业监测系统，实现了森林数据的自动监测评估，可重复多次使用，从而大大减轻了工作人员的工作量，且监测结果精确度较高。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种智慧林业监测系统，包括无人机模块、爬行机器人模块、苍蝇机器人模块以及PC机；
所述无人机模块用于按巡检路线定时定点实现森林图像数据的采集反馈；
所述爬行机器人用于按巡检路线实现森林视频数据的采集反馈；
所述苍蝇机器人模块用于按预设的坐标定时实现当前环境参数的采集；
所述PC机用于接收无人机模块、爬行机器人模块、苍蝇机器人模块所采集到的数据，并完成这些数据的处理，实现森林当前情况的评估，生成评估报告。
进一步地，所述无人机所采集到的图像数据携带配套的POS数据，包括纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa），每张图像的Exif中包含坐标信息。
进一步地，所述爬行机器人模块内搭载有：
图像采集模块，用于实现森林视频数据的采集反馈；
GPS定位模块，用于实现当前定位数据的实时反馈；
避障越障模块，用于实现自身的避障越障；
导航模块，用于根据PC机输出的巡检路线以及GPS定位模块的实时定位数据、避障越障模块监测到的障碍物信息生成导航路线。
进一步地，所述苍蝇机器人模块内搭载有：
环境感知节点，用于实现当前环境参数的采集；
GPS定位模块，用于实现当前定位数据的实时反馈；
避障越障模块，用于实现自身的避障越障；
导航模块，用于根据PC机输出的坐标数据以及GPS定位模块的实时定位数据、避障越障模块监测到的障碍物信息生成导航路线。
进一步地，所述PC机内载：
巡检路线规划模块，用于根据以往实测森林数据实现无人机、爬行机器人巡检路线的规划，还用于实现苍蝇机器人监测坐标的规划；
无人机图像处理模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，该视频帧数根据该视频数据携带的POS数据确定，从而可以实现目标树木图像数据的采集；
爬行机器人图像处理模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，该视频帧数根据该视频数据携带的GPS定位数据确定，从而可以实现目标树木图像数据的采集；
树木生长状态评估模块，用于根据所获取的树木目标图像实现树木当前生长状态的评估，评估结果至少包括树木品种、长势、病虫害情况；
森林面积计算模块，用于完成无人机图像处理模块所获取到的目标图像数据中树木面积的测量，同时求和获取当前森林面积；
树木品种统计模块，用于通过树木生长状态评估模块的评估结果实现树木品种的统计；
病虫害统计模块，用于通过树木生长状态评估模块的评估结果实现树木病虫害情况的统计；
森林环境评估模块，用于根据苍蝇机器人模块所采集到的环境数据实现当前森林环境的评估；
评估报告编制生成模块，用于将树木生长状态评估模块、森林面积计算模块、树木品种统计模块、病虫害统计模块和森林环境评估模块所的的结果填入预制的模板中，生成当前森林监测报告。
进一步地，所述爬行机器人模块进行视频图像采集时采用定点从下往上采集视频图像的方式，在获取到目标数据图像数据时，从下往下依次拼接即可获取树木整体图像。
进一步地，所述PC机内还设有：
异常评估模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，并将获取到的目标图像与对应的历史图像进行相似度对比，若相似度小于预设的门限，则以弹出对话框携带当前目标图像和历史图像的方式反馈异常信息。。
本发明具有以下有益效果：
实现了森林数据的自动监测评估，可重复多次使用，从而大大减轻了工作人员的工作量，且监测结果精确度较高。
附图说明
图1本发明实施例一种智慧林业监测系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种智慧林业监测系统，包括无人机模块、爬行机器人模块、苍蝇机器人模块以及PC机；
所述无人机模块用于按巡检路线定时定点实现森林图像数据的采集反馈；
所述爬行机器人用于按巡检路线实现森林视频数据的采集反馈；
所述苍蝇机器人模块用于按预设的坐标定时实现当前环境参数的采集，所采集到的环境数据携带苍蝇机器人当前坐标信息；该信息以大地坐标系为基准构建；
所述PC机用于接收无人机模块、爬行机器人模块、苍蝇机器人模块所采集到的数据，并完成这些数据的处理，实现森林当前情况的评估，生成评估报告。
本实施例中，所述无人机所采集到的图像数据携带配套的POS数据，包括纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa），每张图像的Exif中包含坐标信息。
本实施例中，所述爬行机器人模块内搭载有：
图像采集模块，用于实现森林视频数据的采集反馈；采用摄像头模块和双光谱视频采集器同时采集森林视频，双光谱视频采集器通过对热红外的捕捉，可以实现烟火的智能识别，一旦发现疑似烟火，烟火识别系统自动识别并自动向PC机发送报警信号；
GPS定位模块，用于实现当前定位数据的实时反馈；
避障越障模块，用于实现自身的避障越障；
导航模块，用于根据PC机输出的巡检路线以及GPS定位模块的实时定位数据、避障越障模块监测到的障碍物信息生成导航路线。
本实施例中，所述苍蝇机器人模块内搭载有：
环境感知节点，用于实现当前环境参数的采集；单个环境感知节点可实现多种环境参数的感知，至少包括温度、湿度、烟雾；环境参数感知节点内部通过ZigBee芯片形成自组织网络，可以实现多参数的动态感知和数据融合；环境参数感知节点通过动态路由和多跳传输的方式将数据传输到汇聚节点，汇聚节点通过GPRS 与Internet网络实现无缝联接，将环境感知参数发送到PC机；
GPS定位模块，用于实现当前定位数据的实时反馈；
避障越障模块，用于实现自身的避障越障；
导航模块，用于根据PC机输出的坐标数据以及GPS定位模块的实时定位数据、避障越障模块监测到的障碍物信息生成导航路线。
本实施例中，所述PC机内载：
巡检路线规划模块，用于根据以往实测森林数据实现无人机、爬行机器人巡检路线的规划，还用于根据预设的阀值实现苍蝇机器人监测坐标的规划；
无人机图像处理模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，该视频帧数根据该视频数据携带的POS数据确定，从而可以实现目标树木图像数据的采集；
爬行机器人图像处理模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，该视频帧数根据该视频数据携带的GPS定位数据确定，从而可以实现目标树木图像数据的采集；
树木生长状态评估模块，用于根据所获取的树木目标图像实现树木当前生长状态的评估，评估结果至少包括树木品种、长势、病虫害情况；具体地，首先采用ssd_Inception_V2_coco实现树木品种的识别，然后采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理；采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理，基于连通分量的形态学区域特征去除小面积杂点噪声，完成树木所在位置、病虫害轨迹（害虫、树叶上的孔洞、斑点等）的识别，并基于连通分量外接矩形的长宽比进行树木尺寸、病虫害轨迹的测量，完成树木生长状态以及病虫害情况的评估；
森林面积计算模块，用于完成无人机图像处理模块所获取到的目标图像数据中树木面积的测量，同时求和获取当前森林面积；首先，采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理；采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理，基于连通分量的形态学区域特征去除小面积杂点噪声，完成树冠所在位置的识别；并基于连通分量外接矩形的长宽比进行墙树冠形状识别，然后用于树冠形状的识别结果进行对应的标尺的调用，通过调用的标尺进行树冠尺寸进行测量，自动输出测量结果，然后求和，即可获得当前森林面积；
树木品种统计模块，用于通过树木生长状态评估模块的评估结果实现树木品种的统计；基于数据挖掘模块自动挖掘对应的评估结果，以EXCEL表格的形式反馈；
病虫害统计模块，用于通过树木生长状态评估模块的评估结果实现树木病虫害情况的统计；基于数据挖掘模块自动挖掘对应的评估结果，以EXCEL表格的形式反馈；
森林环境评估模块，用于根据苍蝇机器人模块所采集到的环境数据实现当前森林环境的评估；该模块基于BP神经网络模型实现森林环境的评估；
评估报告编制生成模块，用于将树木生长状态评估模块、森林面积计算模块、树木品种统计模块、病虫害统计模块和森林环境评估模块所的的结果填入预制的模板中，生成当前森林监测报告；
中央处理器，用于协调上述模块工作。
本实施例中，所述爬行机器人模块进行视频图像采集时采用定点从下往上采集视频图像的方式，在获取到目标数据图像数据时，从下往下依次拼接即可获取树木整体图像。
本实施例中，所述PC机内还设有：
异常评估模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，并将获取到的目标图像与对应的历史图像进行相似度对比，若相似度小于预设的门限，则以弹出对话框携带当前目标图像和历史图像的方式反馈异常信息；该模块对应所有视频数据。
本实施例中，所述巡检机器人上设有用于收纳苍蝇机器人和无人机的收纳仓，且每一个巡检机器人、无人机、苍蝇机器人均配置单独RFID身份编号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种智慧林业监测系统，其特征在于，包括无人机模块、爬行机器人模块、苍蝇机器人模块以及PC机；
所述无人机模块用于按巡检路线定时定点实现森林图像数据的采集反馈；
所述爬行机器人用于按巡检路线实现森林视频数据的采集反馈；
所述苍蝇机器人模块用于按预设的坐标定时实现当前环境参数的采集；
所述PC机用于接收无人机模块、爬行机器人模块、苍蝇机器人模块所采集到的数据，并完成这些数据的处理，实现森林当前情况的评估，生成评估报告。
2.如权利要求1所述的一种智慧林业监测系统，其特征在于，所述无人机所采集到的图像数据携带配套的POS数据，包括纬度、经度、高程、航向角、俯仰角及翻滚角，每张图像的Exif中包含坐标信息。
3.如权利要求1所述的一种智慧林业监测系统，其特征在于，所述爬行机器人模块内搭载有：
图像采集模块，用于实现森林视频数据的采集反馈；
GPS定位模块，用于实现当前定位数据的实时反馈；
避障越障模块，用于实现自身的避障越障；
导航模块，用于根据PC机输出的巡检路线以及GPS定位模块的实时定位数据、避障越障模块监测到的障碍物信息生成导航路线。
4.如权利要求1所述的一种智慧林业监测系统，其特征在于，所述苍蝇机器人模块内搭载有：
环境感知节点，用于实现当前环境参数的采集；
GPS定位模块，用于实现当前定位数据的实时反馈；
避障越障模块，用于实现自身的避障越障；
导航模块，用于根据PC机输出的坐标数据以及GPS定位模块的实时定位数据、避障越障模块监测到的障碍物信息生成导航路线。
5.如权利要求1所述的一种智慧林业监测系统，其特征在于，所述PC机内载：
巡检路线规划模块，用于根据以往实测森林数据实现无人机、爬行机器人巡检路线的规划，还用于实现苍蝇机器人监测坐标的规划；
无人机图像处理模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，该视频帧数根据该视频数据携带的POS数据确定，从而可以实现目标树木图像数据的采集；
爬行机器人图像处理模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，该视频帧数根据该视频数据携带的GPS定位数据确定，从而可以实现目标树木图像数据的采集；
树木生长状态评估模块，用于根据所获取的树木目标图像实现树木当前生长状态的评估，评估结果至少包括树木品种、长势、病虫害情况；
森林面积计算模块，用于完成无人机图像处理模块所获取到的目标图像数据中树木面积的测量，同时求和获取当前森林面积；
树木品种统计模块，用于通过树木生长状态评估模块的评估结果实现树木品种的统计；
病虫害统计模块，用于通过树木生长状态评估模块的评估结果实现树木病虫害情况的统计；
森林环境评估模块，用于根据苍蝇机器人模块所采集到的环境数据实现当前森林环境的评估；
评估报告编制生成模块，用于将树木生长状态评估模块、森林面积计算模块、树木品种统计模块、病虫害统计模块和森林环境评估模块所的的结果填入预制的模板中，生成当前森林监测报告。
6.如权利要求1所述的一种智慧林业监测系统，其特征在于，所述爬行机器人模块进行视频图像采集时采用定点从下往上采集视频图像的方式，在获取到目标数据图像数据时，从下往下依次拼接即可获取树木整体图像。
7.如权利要求1所述的一种智慧林业监测系统，其特征在于，所述PC机内还设有：
异常评估模块，用于调用视频取帧脚本，每隔一定帧数获取一张目标图像，并将获取到的目标图像与对应的历史图像进行相似度对比，若相似度小于预设的门限，则以弹出对话框携带当前目标图像和历史图像的方式反馈异常信息。
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