CN112598531A - 一种农场无人自动化巡田方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种农场无人自动化巡田方法，所述巡田方法包括如下步骤：农场基础测绘，在需要巡视的农田上通过测绘设备测量农田的地势，通过计算机建立农田的地势模型；确定农田地块边界信息，确定无人机机库的位置，安装调试无人机机库，在所述步骤3上选择的预选定的位置上安装无人机机库，然后对无人机机库内部无人机进行调试；设置巡田策略，根据农田的环境条件设置巡田的时间以及路线；搭载农情载荷进农情遥感采集数据，通过无人机上搭载的农情载荷进行农田数据的收集；数据上传计算机终端；农情数据一、二次分析或展示。与现有方案相比，本发明技术方案具备高效性、无人化、完备性、无损性、准确性的优点。

Description

一种农场无人自动化巡田方法
技术领域
本申请涉及一种巡田方法，具体是一种农场无人自动化巡田方法。
背景技术
传统农场的农情获取主要通过人工定期巡田的方式，现代农场则依赖布设大量的地面传感器网络或无人车巡田方案。人工巡田成本较高，且人力精力有限，采集数据的完备性、准确性、稳定性都较低，对于大面积的农作物，不能关注到每一个位置，若局部出现病害、虫害、杂草入侵，不能及时发现，造成病害、虫害、杂草大面积扩散，影响到整个农场的作物长势和最终的产量，从而影响农场的收入。
地面传感器网络则面临布设成本高，运营维护困难，高密度布设影响土地耕作等困难；无人车辆则需要较高的农田前期规划成本，另外无人车无法深入至农田田块内部，无法有效获取完备的农情数据。因此，需要一种高效率的自动化无人巡田方案，实现农场作物种植过程的数字化。因此，针对上述问题提出一种农场无人自动化巡田方法。
发明内容
本发明是一种用于农场的自动化巡田方法，综合运用硬件、软件、系统、算法等要技术要素实现农场的自动化无人巡田。
一种农场无人自动化巡田方法，所述巡田方法包括如下步骤：
步骤1、农场基础测绘，在需要巡视的农田上通过测绘设备测量农田的地势，通过计算机建立农田的地势模型；
步骤2、确定农田地块边界信息，在所述农田上通过测绘设备进行农田的外围形状以及边界的测绘，将农田的外围形状、边界的尺寸信息与所述步骤1中建立的地势模型结合通过计算机建立农场的地势、地形模型；
步骤3、确定无人机机库的位置，通过所述步骤2中建立的地势、地形模型选取无人机机库的位置；
步骤4、安装调试无人机机库，在所述步骤3上选择的预选定的位置上安装无人机机库，然后对无人机机库内部无人机进行调试；
步骤5、设置巡田策略，根据农田的环境条件设置巡田的时间以及路线；
步骤6、搭载农情载荷进农情遥感采集数据，通过无人机上搭载的农情载荷进行农田数据的收集；
步骤7、数据上传计算机终端，所述步骤6中人机在进行作业的过程中，通过信息传输模块将收集的信息实时上传至计算机终端上；
步骤8、农情数据一、二次分析或展示，对所述步骤7中上传的信息进行分析以及展示分析结果。
进一步地，在所述步骤1中确定农场的地理拓扑分布及三维地形，生成包含农场地块边界信息的ShapeFile或者Json文件。
进一步地，基于所述步骤1的地理信息文件，结合无人机飞行效率的行驶效率、续航时间，要观测的农情指标对于空间分辨率、光谱信噪比的要求，农场供电条件等，确定无人机库放置位置，在所述步骤2中通过将农田的外围形状、边界的尺寸信息与所述步骤1中建立的地势模型结合通过计算机建立农场的地势、地形模型的过程中，采用云计算的方式进行。
进一步地，在所述步骤3中选定无人机机库的过程中，通过计算机终端预先计算无人机在农田中的可能路径，选定合适位置安装机库。
进一步地，所述步骤4中的无人机机库具备自动更换农情载荷的功能，常见的农情载荷包括但不限于可见光相机、红外相机、多光谱相机、高光谱探针、高光谱相机、激光雷达以及合成孔径雷达。
进一步地，所述步骤(6)中搭载农情载荷进农情遥感采集数据的步骤如下：
S1、无人机机库接到去田块A的数据采集任务，根据地块面积和任务时间及采集量要求，无人机机库的指派搭载不同农情载荷的无人机出去巡视农田，规划航线后，飞至任务的执行位置；
S2、通过包括但不限于可见光相机、红外相机、多光谱相机、高光谱探针、高光谱相机、激光雷达以及合成孔径雷达进行数据采集；
S3、数据采集完成后，将数据上传至计算机终端中，然后按照指定路径返回无人机机库。
进一步地，所述步骤7中数据采集完成后，通过Wifi或4G、5G有线或无线传输通路传输至计算机终端。
进一步地，所述步骤8中采用边缘计算、云计算或云边协同的方式进行农情数据分析，实现对农田作物的分析诊断，得出准化的农情数据。
进一步地，所述步骤8中标准化的农情数据可用于二次分析，用于专家或自动化的农事操作决策；农情数据还可以用于宏观展示，便于对农场整体运营状况进行统筹分析。
本申请的有益效果是：与现有方案相比，本发明技术方案具备高效性、无人化、完备性、无损性、准确性的优点。
1)高效性；人的移动速度一般为1～2m/s，在农田中的移动速率更低，一般每块农田观察4个左右采集点，乘坐车辆虽可以增加巡田人员的移动速度，但对于深入田块内部，增加采集点数量并无助益，以上两种方式均按1小时10个采样点计算，一天工作10小时，约为100采样点/天，采集参数种类一般为对水、肥、药的概况性描述；无人机的移动速度一般为10m/s，一架普通续航时间为20min的多旋翼无人机的巡田效率约为104亩/天，按6cm空间分辨率计算，可达18亿个采样点，是现有人工方案的1800万倍；
2)无人化；本发明技术方案实现农场的自动化无人巡田，不需要人工参与；
3)空间完备性；本发明技术方案可以实现对农场的全覆盖巡田，现有人工方案、物联网方案、无人车方案的数据空间完备性均低于本发明技术方案；
4)无损性；人工或车辆巡田方案均需在地面移动，极易对作物造成物理伤害，本发明技术方案基于无人机巡田，在作物上方，即使是下旋风场亦影响不到作物生长，属于无损性巡田方法；
5)准确性；无人机搭载不同视觉载荷或光谱载荷，可以实现高空间分辨率、高光谱分辨率的农情数据采集，且数据质量误差可控，减少人工采集中的主观感受偏差，比传统人工方案具备更高的数据准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请一种实施例的方法流程结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
请参阅图1所示，一种农场无人自动化巡田方法，所述巡田方法包括如下步骤：
步骤1、农场基础测绘，在需要巡视的农田上通过测绘设备测量农田的地势，通过计算机建立农田的地势模型；
步骤2、确定农田地块边界信息，在所述农田上通过测绘设备进行农田的外围形状以及边界的测绘，将农田的外围形状、边界的尺寸信息与所述步骤1中建立的地势模型结合通过计算机建立农场的地势、地形模型；
步骤3、确定无人机机库的位置，通过所述步骤2中建立的地势、地形模型选取无人机机库的位置；
步骤4、安装调试无人机机库，在所述步骤3上选择的预选定的位置上安装无人机机库，然后对无人机机库内部无人机进行调试；
步骤5、设置巡田策略，根据农田的环境条件设置巡田的时间以及路线；
步骤6、搭载农情载荷进农情遥感采集数据，通过无人机上搭载的农情载荷进行农田数据的收集；
步骤7、数据上传计算机终端，所述步骤6中人机在进行作业的过程中，通过信息传输模块将收集的信息实时上传至计算机终端上；
步骤8、农情数据一、二次分析或展示，对所述步骤7中上传的信息进行分析以及展示分析结果。
进一步地，在所述步骤1中确定农场的地理拓扑分布及三维地形，生成包含农场地块边界信息的ShapeFile或者Json文件。
进一步地，基于所述步骤1的地理信息文件，结合无人机飞行效率的行驶效率、续航时间，要观测的农情指标对于空间分辨率、光谱信噪比的要求，农场供电条件等，确定无人机库放置位置，在所述步骤2中通过将农田的外围形状、边界的尺寸信息与所述步骤1中建立的地势模型结合通过计算机建立农场的地势、地形模型的过程中，采用云计算的方式进行。
进一步地，在所述步骤3中选定无人机机库的过程中，通过计算机终端预先计算无人机在农田中的可能路径，选定合适位置安装机库。
进一步地，所述步骤4中的无人机机库具备自动更换农情载荷的功能，常见的农情载荷包括但不限于可见光相机、红外相机、多光谱相机、高光谱探针、高光谱相机、激光雷达以及合成孔径雷达。
进一步地，所述步骤(6)中搭载农情载荷进农情遥感采集数据的步骤如下：
S1、无人机机库接到去田块A的数据采集任务，根据地块面积和任务时间及采集量要求，无人机机库的指派搭载不同农情载荷的无人机出去巡视农田，规划航线后，飞至任务的执行位置；
S2、通过包括但不限于可见光相机、红外相机、多光谱相机、高光谱探针、高光谱相机、激光雷达以及合成孔径雷达进行数据采集；
S3、数据采集完成后，将数据上传至计算机终端中，然后按照指定路径返回无人机机库。
进一步地，所述步骤7中数据采集完成后，通过Wifi或4G、5G有线或无线传输通路传输至计算机终端。
进一步地，所述步骤8中采用边缘计算、云计算或云边协同的方式进行农情数据分析，实现对农田作物的分析诊断，得出准化的农情数据。
进一步地，所述步骤8中标准化的农情数据可用于二次分析，用于专家或自动化的农事操作决策；农情数据还可以用于宏观展示，便于对农场整体运营状况进行统筹分析。
实施例二
在无人车上加载大面积监测单元，亦可以在无损条件下实现具备同样完备性的农情数据采集。
实施例三
采用系留方式的监测设备，比如系留无人机或氢气球等，亦可以在无损条件下实现具备同样完备性的农情数据采集。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：所述巡田方法包括如下步骤：
步骤1、农场基础测绘，在需要巡视的农田上通过测绘设备测量农田的地势，通过计算机建立农田的地势模型；
步骤2、确定农田地块边界信息，在所述农田上通过测绘设备进行农田的外围形状以及边界的测绘，将农田的外围形状、边界的尺寸信息与所述步骤1中建立的地势模型结合通过计算机建立农场的地势、地形模型；
步骤3、确定无人机机库的位置，通过所述步骤2中建立的地势、地形模型选取无人机机库的位置；
步骤4、安装调试无人机机库，在所述步骤3上选择的预选定的位置上安装无人机机库，然后对无人机机库内部无人机进行调试；
步骤5、设置巡田策略，根据农田的环境条件设置巡田的时间以及路线；
步骤6、搭载农情载荷进农情遥感采集数据，通过无人机上搭载的农情载荷进行农田数据的收集；
步骤7、数据上传计算机终端，所述步骤6中人机在进行作业的过程中，通过信息传输模块将收集的信息实时上传至计算机终端上；
步骤8、农情数据一、二次分析或展示，对所述步骤7中上传的信息进行分析以及展示分析结果。
2.根据权利要求1所述的一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：在所述步骤1中确定农场的地理拓扑分布及三维地形，生成包含农场地块边界信息的ShapeFile或者Json文件。
3.根据权利要求1所述的一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：基于所述步骤1的地理信息文件，结合无人机飞行效率的行驶效率、续航时间，要观测的农情指标对于空间分辨率、光谱信噪比的要求，农场供电条件等，确定无人机库放置位置，在所述步骤2中通过将农田的外围形状、边界的尺寸信息与所述步骤1中建立的地势模型结合通过计算机建立农场的地势、地形模型的过程中，采用云计算的方式进行。
4.根据权利要求1所述的一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：在所述步骤3中选定无人机机库的过程中，通过计算机终端预先计算无人机在农田中的可能路径，选定合适位置安装机库。
5.根据权利要求1所述的一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：所述步骤4中的无人机机库具备自动更换农情载荷的功能，常见的农情载荷包括但不限于可见光相机、红外相机、多光谱相机、高光谱探针、高光谱相机、激光雷达以及合成孔径雷达。
6.根据权利要求1所述的一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：所述步骤(6)中搭载农情载荷进农情遥感采集数据的步骤如下：
S1、无人机机库接到去田块A的数据采集任务，根据地块面积和任务时间及采集量要求，无人机机库的指派搭载不同农情载荷的无人机出去巡视农田，规划航线后，飞至任务的执行位置；
S2、通过包括但不限于可见光相机、红外相机、多光谱相机、高光谱探针、高光谱相机、激光雷达以及合成孔径雷达进行数据采集；
S3、数据采集完成后，将数据上传至计算机终端中，然后按照指定路径返回无人机机库。
7.根据权利要求1所述的一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：所述步骤7中数据采集完成后，通过Wifi或4G、5G有线或无线传输通路传输至计算机终端。
8.根据权利要求1所述的一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：所述步骤8中采用边缘计算、云计算或云边协同的方式进行农情数据分析，实现对农田作物的分析诊断，得出准化的农情数据。
9.根据权利要求8所述的一种农场无人自动化巡田方法，其特征在于：所述步骤8中标准化的农情数据可用于二次分析，用于专家或自动化的农事操作决策；农情数据还可以用于宏观展示，便于对农场整体运营状况进行统筹分析。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113362036A (zh) * 2021-06-24 2021-09-07 陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司 一种基于物联网的土地资源信息化管理系统及方法

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CN113362036A (zh) * 2021-06-24 2021-09-07 陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司 一种基于物联网的土地资源信息化管理系统及方法

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