CN112241181B - 一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备及方法，所述植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，包括全息投影模块、检测摄影模块、显示模块、控制模块；全息投影模块包括3D全息投影机以及3D全息投影通信单元；检测摄影模块包括高速摄影机以及摄影通信单元；显示模块包括显示通信单元以及显示器；所述控制模块包括自动飞行控制单元以及用于规划双层仿形光幕的地面控制单元，所述地面控制单元通过3D全息投影通信单元与所述3D全息投影机无线连接，所述自动飞行控制单元与地面控制单元无线连接。本发明公开了一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备及方法，能够实现植保无人机仿地飞行时对飞行精度的可视化检测。
Description
技术领域
本发明涉及植保无人机飞行性能检测系统及方法，具体涉及一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备及方法。
背景技术
目前，我国病虫害防治主要以人力背负喷雾机为主，作业效率低，劳动强度大，安全性差。而拖拉机牵引或自走式喷雾机，因受到水田、山地丘陵等特殊地面行走条件影响，在田间作业受到限制。相比之下，无人机施药作业效率高、成本低、农田适应性强，近年来深受农民喜爱。据全国农机标委会农机化分会介绍，截至2017年，我国植保无人机保有量已达1.4万架，跃居世界第一。同时，植保无人机总作业量从2015年的百万亩次增长至2017年的亿亩次。虽然产业发展迅猛，但在行业标准和检测方面，却一直处于空白地带。
为了解决上述植保无人机检测方面的问题，授权公告为CN 207379500 U的实用新型专利公开了一种无人机航迹检测装置，该装置包括：架设于基础上的支撑架；设置在所述支撑架上的相机，其用以实时获取无人机飞行过程中的实时图像，所述相机的上方设置有遮挡板且其侧壁均设置有标定杆，所述标定杆用以标定所述相机和所述遮挡板之间的相对关系，上述无人机航迹检测装置通过设置的相机在无人机飞行时对其实时图像进行实时获取，通过观察分析照片的方式还原无人机飞行过程中的航迹。
但是上述无人机航迹检测装置还存在以下问题：1、不能实时观察无人机仿地飞行的轨迹；2、不能直观地实时察看无人机仿地飞行的飞行精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，实现植保无人机在仿地飞行时对飞行精度的实时可视化检测。
本发明的另一个目的在于提供一种植保无人机仿地飞行的可视化检测方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，包括全息投影模块、检测摄影模块、显示模块、用于控制无人机自动飞行的控制模块，其中，所述全息投影模块包括用于在预设地形的上方投影出双层仿形光幕的3D全息投影机以及3D全息投影通信单元；所述检测摄影模块包括高速摄影机以及摄影通信单元；所述显示模块包括用于与所述摄影通信单元无线连接的显示通信单元以及显示器；所述控制模块包括自动飞行控制单元以及用于规划所述双层仿形光幕的地面控制单元，所述地面控制单元通过3D全息投影通信单元与所述3D全息投影机无线连接，所述自动飞行控制单元与地面控制单元无线连接。
上述植保无人机仿地飞行的可视化检测设备的工作原理是：
启动控制模块，地面控制单元根据预设地形的轮廓，计算出植保无人机的仿地飞行数据以及光幕投影数据，地面控制单元将仿地飞行数据发送到自动飞行控制单元，自动飞行控制单元接收到仿地飞行数据后，驱动植保无人机启动工作，植保无人机飞行到预定的飞行起点，开始沿着预设地形方向飞行；地面控制单元将光幕投影数据发送到3D全息投影通信单元，3D全息投影通信单元接收到光幕投影数据后，将光幕投影数据传输到所述3D全息投影机上，使得3D全息投影机在预设地形上方投影出双层仿形光幕；摄影通信单元接收到无人机的启动信号后，将信息传输到高速摄影机上，使得高速摄影机启动工作，沿着植保无人机仿地飞行轨迹进行全程录像，并对植保无人机在飞行过程中与双层仿形光幕边界的位置情况进行高速摄影和记录，与此同时，摄影通信单元将摄影和记录数据实时传输到显示通信单元，显示通信单元将实时画面传输到显示器上，从而在显示器上观看植保无人机越过双层仿形光幕边界的情况，以便判断植保无人机仿地飞行的精度，实现植保无人机仿地飞行的实时可视化检测。
本发明的一个优选方案，还包括支架，所述全息投影模块以及检测摄影模块均设置在所述支架上。
优选地，所述支架包括升降机构以及旋转机构，其中，所述升降机构包括升降驱动电机、竖直方向上设置的线性模组以及安装在线性模组上的升降座；所述旋转机构包括安装在所述升降座上的旋转驱动电机以及安装在所述旋转驱动电机上的旋转板。
优选地，所述旋转机构有两组，所述全息投影模块以及检测摄影模块分别安装在两组旋转机构上。
本发明的一个优选方案，所述双层仿形光幕的外形与预设地形的外形一致。
本发明的一个优选方案，所述控制模块规划仿地飞行的预设高度，所述预设高度加上往上飞行的允许误差为上层光幕的高度，所述预设高度减去往下飞行的允许误差为下层光幕的高度。
本发明的一个优选方案，所述预设地形为波浪起伏结构。
一种植保无人机仿地飞行的可视化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)地面控制单元根据预设地形的轮廓，计算出仿地飞行数据以及光幕投影数据，并将仿地飞行数据及光幕投影数据分别发送到自动飞行控制单元以及全息投影模块；
(2)3D全息投影模块接收数据，在预设地形上方投影双层仿形光幕，所述双层仿形光幕两层光幕之间的截面尺寸根据允许飞行误差尺寸确定；
(3)自动飞行控制单元接收仿地飞行数据，驱动植保无人机启动，植保无人机飞行到预定的飞行起点，开始沿着预设地形方向飞行；
(4)检测摄影模块接收到植保无人机的启动信息开始工作，沿着植保无人机仿地飞行轨迹进行全程录像，并对植保无人机在飞行过程中与双层仿形光幕边界的位置情况进行高速摄影和记录，并将数据传给显示模块；
(5)显示模块接受数据，将实时画面传输到显示器上；
(6)在显示器上观看植保无人机越过双层仿形光幕边界的情况，并判断植保无人机仿地飞行的精度。
优选地，地面控制单元根据预设地形的轮廓，计算出光幕投影数据，将光幕投影数据发送到3D全息投影通信单元，3D全息投影通信单元将光幕投影数据传送到3D全息投影机上，3D全息投影机接收光幕投影数据并在预设地形上方投影出双层仿形光幕。
优选地，摄影通信单元接收到植保无人机的启动信息后，将数据传送给高速摄影机，高速摄影机接收数据后启动工作，沿着植保无人机仿地飞行轨迹进行全程录像，并对植保无人机在飞行过程中与双层仿形光幕边界的位置情况进行高速摄影和记录，并将画面数据通过摄影通信单元传输给显示通信单元。
优选地，显示通信单元接收来自摄影通信单元的画面数据，并将实时画面传输到显示器上显示出来。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
1、本发明的植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，结合3D全息投影技术，可实现植保无人机飞行轨迹各项指标的可视化检测，摆脱了现有的电子信息技术检测的限制，在植保无人机飞行轨迹检测领域是一种全新的、突破式的检测方式。
2、本发明的植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，使用3D全息投影技术的光幕，不但可以对无人机进行保护，更是摆脱了无人机检测场地和设备的建造，提高了无人机检测的经济性。
3、本发明的植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，通过显示通信单元接收摄影通信单元发来的数据，在显示器上进行实时画面的记录，可直接在显示器上查看植保无人机与双层仿形光幕边界的位置情况，进而判断植保无人机仿地飞行的精度。
附图说明
图1是本发明的植保无人机仿地飞行的可视化检测设备的空间布置图及各功能模块图；
图2是本发明的植保无人机仿地飞行的可视化检测设备的支架示意图。
图3是本发明的植保无人机仿地飞行的可视化检测设备工作流程示意图。
图4是本发明的植保无人机仿地飞行的可视化检测设备的功能模块图。
其中，1、支架；1-1、双层仿形光幕；1-2、预设地形；2、3D全息投影机；3、3D全息投影通信单元；4、高速摄影机；5、摄影通信单元；6、植保无人机；7、升降驱动电机；8、线性模组；9、升降座；10、旋转驱动电机；11、旋转板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1-图2，一种植保无人机6仿地飞行的可视化检测设备，包括全息投影模块、检测摄影模块、显示模块、用于控制无人机自动飞行的控制模块，其中，所述全息投影模块包括用于在预设地形的上方投影出双层仿形光幕1-1的3D全息投影机2以及3D全息投影通信单元3；所述检测摄影模块包括高速摄影机4以及摄影通信单元5；所述显示模块包括用于与所述摄影通信单元5无线连接的显示通信单元以及显示器，所述控制模块包括自动飞行控制单元以及用于规划双层仿形光幕1-1的地面控制单元，所述地面控制单元通过3D全息投影通信单元3与所述3D全息投影机2无线连接，所述自动飞行控制单元与地面控制单元无线连接，其中，根据需要可以任意改变所述预设地形的形状。
参见图1-图2，还包括支架1，所述全息投影模块以及检测摄影模块均设置在所述支架1上。将全息投影模块以及检测摄影模块设置在支架1上，实现固定安装，在投影以及摄影过程中，具有良好的稳定性。
参见图2，所述支架1包括升降机构以及旋转机构，其中，所述升降机构包括升降驱动电机7、竖直方向上设置的线性模组8以及安装在线性模组8上的升降座9；所述旋转机构包括安装在所述升降座9上的旋转驱动电机10以及安装在所述旋转驱动电机10上的旋转板11。通过设置上述结构的支架1，全息投影模块以及检测摄影模块安装在旋转板11上，这样，安装在支架1上的全息投影模块以及检测摄影模块可以灵活调整高度以及角度，增加了投影范围以及摄影范围。
参见图2，所述旋转机构有两组，所述全息投影模块以及检测摄影模块分别安装在两组旋转机构上。设置上述两组旋转机构，这样，分别安装在旋转机构上的全息投影模块以及检测摄影模块能够单独旋转，增加了投影范围或者摄影范围，适应性更强。
参见图1，，所述双层仿形光幕1-1的外形与预设地形1-2的外形一致。设置上述双层仿形光幕1-1，在预设地形1-2的上方形成一个由双层仿形光幕1-1组成的仿地飞行空间，植保无人机6保持在仿地飞行空间内飞行，说明飞行精度满足设定要求，反之，飞行精度达不到设定要求。
参见图1，所述控制模块规划仿地飞行的预设高度，所述预设高度加上往上飞行的允许误差为上层光幕的高度，所述预设高度减去往下飞行的允许误差为下层光幕的高度。这样，预设高度为植保无人机6的飞行高度，在显示器上观看植保无人机6在预设地形1-2的双层仿形光幕1-1内飞行，当植保无人机6越过光幕边界时，说明植保无人机6的飞行超过了飞行误差尺寸；相反，当植保无人机6在飞行过程保持在预设地形1-2的双层仿形光幕1-1内飞行时，说明植保无人机6在允许的飞行误差范围内飞行，符合飞行精度要求；另外，在需要根据技术和作业要求设定不同的飞行误差时，通过调整下层光幕到上层光幕之间的距离大小，可以灵活地适应相关检测要求。
参见图1，所述预设地形为波浪起伏结构。预设地形设置为波浪起伏结构，对应于植保无人机6在小丘陵地带作业时的飞行情况，例如，植保无人机6在小丘陵地带对农作物喷洒农药，地面控制单元根据丘陵形状，计算出飞行数据，并将飞行数据发送到自动飞行控制单元，自动飞行控制单元接收飞行数据，驱动植保无人机6飞行，确保植保无人机6与整个丘陵地带的农作物保持相同的高度，从而能够使得农药均匀喷洒到农作物上。
上述植保无人机仿地飞行的可视化检测设备的工作原理是：
启动控制模块，地面控制单元根据预设地形1-2的轮廓，计算出植保无人机的仿地飞行数据以及光幕投影数据，地面控制单元将仿地飞行数据发送到自动飞行控制单元，自动飞行控制单元接收到仿地飞行数据后，驱动植保无人机6启动工作，植保无人机6飞行到预定的飞行起点，开始沿着预设地形1-2方向飞行；地面控制单元将光幕投影数据发送到3D全息投影通信单元3，3D全息投影通信单元3接收到光幕投影数据后，将光幕投影数据传输到所述3D全息投影机2上，使得3D全息投影机2在预设地形1-2上方投影出双层仿形光幕1-1；摄影通信单元5接收到无人机的启动信号后，将信息传输到高速摄影机4上，使得高速摄影机4启动工作，沿着植保无人机6仿地飞行轨迹进行全程录像，并对植保无人机6在飞行过程中与双层仿形光幕1-1边界的位置情况进行高速摄影和记录，与此同时，摄影通信单元5将摄影和记录数据实时传输到显示通信单元，显示通信单元将实时画面传输到显示器上，从而在显示器上观看植保无人机6越过双层仿形光幕1-1边界的情况，以便判断植保无人机6的飞行精度，实现植保无人机6仿地飞行的实时可视化检测。
本发明的植保无人机仿地飞行的可视化检测方法包括以下步骤：
(1)地面控制单元根据预设地形1-2的轮廓，计算出仿地飞行数据以及光幕投影数据，并将仿地飞行数据及光幕投影数据分别发送到自动飞行控制单元以及全息投影模块；
(2)3D全息投影模块接收数据，在预设地形1-2上方投影双层仿形光幕1-1，所述双层仿形光幕1-1两层光幕之间的截面尺寸根据允许飞行误差尺寸确定；
(3)自动飞行控制单元接收仿地飞行数据，驱动植保无人机6启动，植保无人机6飞行到预定的飞行起点，开始沿着预设地形1-2方向飞行；
(4)检测摄影模块接收到植保无人机的启动信息开始工作，沿着植保无人机6仿地飞行轨迹进行全程录像，并对植保无人机6在飞行过程中与双层仿形光幕1-1边界的位置情况进行高速摄影和记录，并将数据传给显示模块；
(5)显示模块接受数据，将实时画面传输到显示器上；
(6)在显示器上观看植保无人机6越过双层仿形光幕1-1边界的情况，并判断植保无人机6仿地飞行的飞行精度。
进一步地，地面控制单元根据预设地形1-2的轮廓，计算出光幕投影数据，将光幕投影数据发送到3D全息投影通信单元3，3D全息投影通信单元3将光幕投影数据传送到3D全息投影机2上，3D全息投影机2接收光幕投影数据并在预设地形1-2上方投影出双层仿形光幕1-1。
进一步地，摄影通信单元5接收到植保无人机6的启动信息后，将数据传送给高速摄影机4，高速摄影机4接收数据后启动工作，沿着植保无人机6仿地飞行轨迹进行全程录像，并对植保无人机6在飞行过程中与预设地形1-2的双层仿形光幕1-1边界的位置情况进行高速摄影和记录，并将画面数据通过摄影通信单元5传输给显示通信单元。
进一步地，显示通信单元接收来自摄影通信单元5的画面数据，并将实时画面传输到显示器上显示出来。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，其特征在于，包括全息投影模块、检测摄影模块、显示模块、用于控制无人机自动飞行的控制模块，其中，所述全息投影模块包括用于在预设地形的上方投影出双层仿形光幕的3D全息投影机以及3D全息投影通信单元；所述检测摄影模块包括高速摄影机以及摄影通信单元；所述显示模块包括用于与所述摄影通信单元无线连接的显示通信单元以及显示器；所述控制模块包括自动飞行控制单元以及用于规划所述双层仿形光幕的地面控制单元，所述地面控制单元通过3D全息投影通信单元与所述3D全息投影机无线连接，所述自动飞行控制单元与地面控制单元无线连接；
所述双层仿形光幕的外形与预设地形的外形一致；
所述控制模块规划仿地飞行的预设高度，所述预设高度加上往上飞行的允许误差为上层光幕的高度，所述预设高度减去往下飞行的允许误差为下层光幕的高度。
2.根据权利要求1所述的一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，其特征在于，还包括支架，所述全息投影模块以及检测摄影模块均设置在所述支架上。
3.根据权利要求2所述的一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，其特征在于，所述支架包括升降机构以及旋转机构，其中，所述升降机构包括升降驱动电机、竖直方向上设置的线性模组以及安装在线性模组上的升降座；所述旋转机构包括安装在所述升降座上的旋转驱动电机以及安装在所述旋转驱动电机上的旋转板。
4.根据权利要求3所述的一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，其特征在于，所述旋转机构有两组，所述全息投影模块以及检测摄影模块分别安装在两组旋转机构上。
5.根据权利要求1所述的一种植保无人机仿地飞行的可视化检测设备，其特征在于，所述预设地形为波浪起伏结构。
6.一种利用权利要求1-5中任意一项所述的植保无人机仿地飞行的可视化检测设备实现的植保无人机仿地飞行的可视化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)地面控制单元根据预设地形的轮廓，计算出仿地飞行数据以及光幕投影数据，并将仿地飞行数据及光幕投影数据分别发送到自动飞行控制单元以及全息投影模块；
(2)3D全息投影模块接收数据，在预设地形上方投影双层仿形光幕，所述双层仿形光幕两层光幕之间的截面尺寸根据允许飞行误差尺寸确定；
(3)自动飞行控制单元接收仿地飞行数据，驱动植保无人机启动，植保无人机飞行到预定的飞行起点，开始沿着预设地形方向飞行；
(4)检测摄影模块接收到植保无人机的启动信息开始工作，沿着植保无人机仿地飞行轨迹进行全程录像，并对植保无人机在飞行过程中与双层仿形光幕边界的位置情况进行高速摄影和记录，并将数据传给显示模块；
(5)显示模块接受数据，将实时画面传输到显示器上；
(6)在显示器上观看植保无人机越过双层仿形光幕边界的情况，并判断植保无人机仿地飞行的精度。
7.根据权利要求6所述的一种植保无人机仿地飞行的可视化检测方法，其特征在于，地面控制单元根据预设地形的轮廓，计算出光幕投影数据，将光幕投影数据发送到3D全息投影通信单元，3D全息投影通信单元将光幕投影数据传送到3D全息投影机上，3D全息投影机接收光幕投影数据并在预设地形上方投影出双层仿形光幕。
8.根据权利要求6所述的一种植保无人机仿地飞行的可视化检测方法，其特征在于，摄影通信单元接收到植保无人机的启动信息后，将数据传送给高速摄影机，高速摄影机接收数据后启动工作，沿着植保无人机仿地飞行轨迹进行全程录像，并对植保无人机在飞行过程中与双层仿形光幕边界的位置情况进行高速摄影和记录，并将画面数据通过摄影通信单元传输给显示通信单元。
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