CN112800935A - 一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备及布设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备及布设方法，属于农林业虫害监测评估技术领域。设备包括移动装置、监测系统和计算机终端控制系统，其中，移动装置包括轨道和载物车，轨道上设置载物车，载物车上设置监测系统；监测系统包括摄像头、激光雷达、载物杆和伸缩杆，伸缩杆通过旋转底座安装于载物车，伸缩杆顶端设置载物杆，载物杆上两侧分别设置摄像头和激光雷达，摄像头、激光雷达、伸缩杆、旋转底座和载物车均连接于计算机终端控制系统。本发明使用环绕式运动轨道提高设备的机动性和稳固性，使监测范围更广，减少了监测死角，并且能够自动监测预报虫群飞行方向和运动轨迹，评估虫害防治效果。

Description

一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备 及布设方法

技术领域

本发明涉及一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备及布设方法，属于农林业虫害监测评估技术领域。

背景技术

虫害防治一直是农林业发展过程中的关键一环，辅助以虫群飞行轨迹预测的虫害防治效果评估系统能够节约评估成本、提高评估效率和评估准确率。虫害防治评估对于提高虫害防治效果、促进农林业健康发展具有重要意义。

近年来，激光雷达的发展为信息数据的采集提供了新的方式。作为一种新型传感器，激光雷达与其他传感器相比具有分辨率高、受环境干扰小、体积小质量轻、易得到物体的深度信息等优势，其应用也越来越广泛。

将激光雷达安装于田间或林间是一种采集虫群信息并检测虫害防治效果的新方法，传统的虫害监测设备机动性不足且安装不便，监测范围容易存在死角，监测数据处理方式较为繁琐。目前尚未有满足机动性、便利性、高分辨率、节能环保性的虫群轨迹预测及虫害防治效果评估系统一体化激光雷达与摄像头集成设备。

与此同时，现有激光雷达主要用于交通领域，用于对行人以及车辆行为进行监测，使用范围受到很大限制，而虫群信息监测预报与评估系统需要高精度及高分辨率的仪器支撑，解决虫灾造成的经济损失等问题刻不容缓。通过设备自动监测虫群飞行方向并预测虫群运动轨迹，同时计算虫群经过作物区域前后的密度，根据前后密度差值对虫害防治效果进行评估，可大大降低虫灾对农林业产生的影响并提高防治效率。

中国专利文件CN108594814A公开了一种农林病虫害监控机器人，属于农林机械设备技术领域。该发明旨在由杀虫器、摄像头、红外检测器、空气进风通道、培养装置、供电装置、控制系统设计的一种农林病虫害监控机器人，通过设置在车体的杀虫器来对害虫进行诱捕杀灭并由收集装置来对尸体进行收集，通过车体上红外检测装置和摄像头对地区的害虫数据进行检测进而调控地形车的移动，摄像头还对死亡害虫进行计数和捕杀情况拍照以及对农林动植物情况进行拍照上传与PC云端进行数据交流，空气中的花粉孢子等微小尘粒通过通风口进入培养装置进行捕捉和短暂性培育，为研究农林植株生长提供条件。该机器人通过红外检测装置和摄像头对地区的害虫数据进行检测，但红外检测装置只能检测到病虫害的大致数据，监测范围容易存在死角。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，使用环绕式运动轨道提高设备的机动性和稳固性，使监测范围更广，减少了监测死角，并且能够自动监测预报虫群飞行方向和运动轨迹，评估虫害防治效果。

本发明还提供上述基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备的布设方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，包括移动装置、监测系统和计算机终端控制系统，其中，

移动装置包括轨道和载物车，轨道上设置载物车，载物车上设置监测系统；

监测系统包括摄像头、激光雷达、载物杆和伸缩杆，伸缩杆通过旋转底座安装于载物车，伸缩杆顶端设置载物杆，载物杆上两侧分别设置摄像头和激光雷达，摄像头、激光雷达、伸缩杆、旋转底座和载物车均连接于计算机终端控制系统。

优选的，轨道包括至少2个子轨道，子轨道通过卡扣连接，轨道通过支撑架支撑于地面，轨道围绕探测区域成环形设置，轨道高度低于探测区域的作物高度，不会遮挡作物生长发育所需光照。

进一步优选的，支撑架包括支撑部、球铰链和伸缩杆A，支撑部通过球铰链连接至伸缩杆A，伸缩杆A顶端通过球铰链连接至轨道，支撑架与轨道通过销钉销孔配合连接。根据地面平整程度对支撑架进行伸缩旋转调节，保证轨道安装完成后保持在水平位置。

优选的，载物车包括车身、驱动轮和从动轮，车身两端分别安装驱动轮和从动轮，驱动轮连接至计算机终端控制系统。通过计算机终端控制系统控制载物车沿轨道行进。

进一步优选的，车身一端设置遥控寻路系统，遥控寻路系统连接至计算机终端控制系统，遥控寻路系统包括定位导航系统和自动寻路系统，探测区域环境复杂时，运输车辆无法将载物车运输到探测区域，需要载物车自行前进至探测区域，利用定位导航系统输入指定地点的坐标信息，当路面较为平整时，通过自动寻路系统将小车配送至指定地点，如果地面有些起伏，可通过人工遥控操纵小车避开起伏过大路面，将载物车移动至指定位置，节省搬运所需人力物力。

优选的，载物车上设置机箱，机箱内设置计算机终端控制系统，通过机箱保护计算机终端控制系统不受外界环境影响损坏。

优选的，载物车上设置供电系统，供电系统连接载物车和监测系统，供电系统为设备整体供电，供电系统包括太阳能电池板和蓄电池，载物车两侧分别设置太阳能电池板，载物车上设置电箱，电箱内设置蓄电池。阳光晴朗时太阳能电池板供电，阴雨天气时，蓄电池启动紧急供电，保证设备的整体运行。

优选的，摄像头和激光雷达分别通过支杆连接于载物杆，摄像头和激光雷达距离载物杆30-40cm，摄像头和激光雷达的最低工作高度距离轨道4-5cm。

优选的，激光雷达选用128线束激光雷达。

优选的，载物杆上端设置自动撑伞装置，自动撑伞装置连接至计算机终端控制系统，雨雪天气时，自动撑伞装置打开，避免激光雷达侵水损毁。

优选的，载物杆顶端设置风力反光驱鸟装置，通过风力反光驱鸟装置驱赶鸟类，既可以避免鸟类在设备上筑巢停落，影响设备正常运行，又可以保护作物免受鸟类伤害。

上述基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备的布设方法，操作步骤如下：

(1)根据监测虫群类型、农作物高度、探测区域范围选取轨道，轨道高度低于探测区域的作物高度；

(2)设备安装，轨道围绕探测区域环形安装，载物车设置于轨道上方，围绕轨道巡回运动；

(3)收集虫群点云信息，摄像头监测到虫群驶向探测区域后将监测信息反馈至计算机终端控制系统，计算机终端控制系统控制旋转底座旋转，使激光雷达朝向虫群驶来方向，然后激光雷达扫描到达探测区域前的虫群，获得虫群点云信息，计算机终端控制系统根据摄像头和激光雷达返回信息控制载物车沿虫群移动方向运动，控制激光雷达扫描飞离探测区域的虫群，再次得到虫群点云信息；

(4)对比虫群飞来时及飞离后的点云信息，对虫害防治效果进行评估。

本发明的有益效果在于：

1、本发明使用环绕式运动轨道提高设备的机动性和稳固性，使监测范围更广，减少了监测死角，并且能够自动监测预报虫群飞行方向和运动轨迹，评估虫害防治效果。

2、本发明实现激光雷达和摄像头全方位无死角进行探测，获取虫群最佳视野，并且激光雷达与摄像头配合工作，通过视频图像自动校正激光雷达采集的数据，使得预报及评估结果更准确。

3、本发明为虫群信息监测、运动轨迹预报以及虫害防治效果评估于一体的虫害监管及防治检测系统，同时配以保护装置，实现高效、全面、精准、实时的数据采集及处理。

4、本发明的轨道安装在探测区域外，且供电系统采取环保的太阳能电池板，不会影响作物的生长发育。同时配备驱鸟装置，保护作物免受鸟类伤害。

5、本发明通过支杆及摄像头本身的旋转，使摄像头对监测画面实时追踪，同时避免了因载物车移动导致视频画面出现拖影。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的轨道结构示意图；

图3为本发明的子轨道连接结构示意图；

图4为本发明的支撑架结构示意图；

其中：1、风力反光驱鸟装置；2、自动撑伞装置；3、支杆；4、载物杆；5、摄像头；6、激光雷达；7、伸缩杆；8、旋转底座；9、开孔；10、太阳能电池板；11、从动轮；12、驱动轮；13、机箱；14、车身；15、电箱，16、计算机终端控制系统，17、遥控寻路系统；18、子轨道；19、卡扣；20、轨道；21、支撑架；22、球铰链；23、销孔；24、伸缩杆A；25、支撑部；26、电线；27、轨道衔接处；28、蓄电池。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-3所示，本实施例提供一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，包括移动装置、监测系统和计算机终端控制系统16，其中，

移动装置包括轨道20和载物车，轨道20上设置载物车，载物车上设置监测系统；

监测系统包括摄像头5、激光雷达6、载物杆4和伸缩杆7，伸缩杆7通过旋转底座8安装于载物车，旋转底座为现有自动控制转动底座，伸缩杆7顶端设置载物杆4，载物杆4上两侧分别设置摄像头5和激光雷达6，摄像头5、激光雷达6、伸缩杆7、旋转底座8和载物车均连接于计算机终端控制系统。伸缩杆为常规液压控制伸缩杆，通过伸缩杆控制摄像头和激光雷达的扫描高度。

轨道20包括至少2个子轨道18，子轨道18通过卡扣19连接，轨道20通过支撑架21支撑于地面，轨道20围绕探测区域成环形设置，轨道20高度低于探测区域的作物高度，不会遮挡作物生长发育所需光照。

载物车包括车身14、驱动轮12和从动轮11，车身14厚度为20cm，车身14两端分别安装驱动轮12和从动轮11，驱动轮12连接至计算机终端控制系统。通过计算机终端控制系统控制载物车沿轨道行进。车身上安装旋转底座，旋转底座两侧的车身上设置开孔9，车身上侧和下侧电线26从开孔处贯穿，避免旋转底座的旋转导致电线缠绕。

车身14一端设置遥控寻路系统17，遥控寻路系统连接至计算机终端控制系统，遥控寻路系统包括定位导航系统和自动寻路系统，探测区域环境复杂时，运输车辆无法将载物车运输到探测区域，需要载物车自行前进至探测区域，利用定位导航系统输入指定地点的坐标信息，当路面较为平整时，通过自动寻路系统将小车配送至指定地点，如果地面有些起伏，可通过人工遥控操纵小车避开起伏过大路面，将载物车移动至指定位置，节省搬运所需人力物力。

载物车上设置机箱13，机箱13内设置计算机终端控制系统，通过机箱保护计算机终端控制系统不受外界环境影响损坏。

载物车上设置供电系统，供电系统连接载物车和监测系统，供电系统为设备整体供电，供电系统包括太阳能电池板10和蓄电池28，载物车两侧分别设置太阳能电池板10，载物车上设置电箱15，电箱15内设置蓄电池28。阳光晴朗时太阳能电池板供电，阴雨天气时，蓄电池启动紧急供电，保证设备的整体运行。

上述基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备的布设方法，操作步骤如下：

(1)根据监测虫群类型、农作物高度、探测区域范围选取轨道，轨道高度低于探测区域的作物高度；

(2)设备安装，轨道围绕探测区域环形安装，载物车设置于轨道上方，围绕轨道巡回运动；

(3)收集虫群点云信息，摄像头监测到虫群驶向探测区域后将监测信息反馈至计算机终端控制系统，计算机终端控制系统控制旋转底座旋转，使激光雷达朝向虫群驶来方向，然后激光雷达扫描到达探测区域前的虫群，获得虫群点云信息，计算机终端控制系统根据摄像头和激光雷达返回信息控制载物车沿虫群移动方向运动，控制激光雷达扫描飞离探测区域的虫群，再次得到虫群点云信息；

(4)对比虫群飞来时及飞离后的点云信息，对虫害防治效果进行评估。

实施例2：

一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，结构如实施例1所述，不同之处在于，支撑架21包括支撑部25、球铰链22和伸缩杆A24，如图4所示，支撑部25通过球铰链连接至伸缩杆A24，伸缩杆A24顶端通过球铰链连接至轨道20，支撑架21与轨道20通过销钉销孔23配合连接。根据地面平整程度对支撑架进行伸缩旋转调节，保证轨道安装完成后保持在水平位置。

实施例3：

一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，结构如实施例1所述，不同之处在于，摄像头5和激光雷达6分别通过支杆3连接于载物杆4，摄像头5和激光雷达6距离载物杆30-40cm，摄像头和激光雷达的最低工作高度距离轨道4-5cm。激光雷达选用128线束激光雷达。

实施例4：

一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，结构如实施例1所述，不同之处在于，载物杆4上端设置自动撑伞装置2，自动撑伞装置2连接至计算机终端控制系统，雨雪天气时，自动撑伞装置打开，避免激光雷达侵水损毁。

载物杆4顶端设置风力反光驱鸟装置1，通过风力反光驱鸟装置驱赶鸟类，既可以避免鸟类在设备上筑巢停落，影响设备正常运行，又可以保护作物免受鸟类伤害。

Claims (10)

1.一种基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，包括移动装置、监测系统和计算机终端控制系统，其中，

移动装置包括轨道和载物车，轨道上设置载物车，载物车上设置监测系统；

监测系统包括摄像头、激光雷达、载物杆和伸缩杆，伸缩杆通过旋转底座安装于载物车，伸缩杆顶端设置载物杆，载物杆上两侧分别设置摄像头和激光雷达，摄像头、激光雷达、伸缩杆、旋转底座和载物车均连接于计算机终端控制系统。

2.如权利要求1所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，轨道包括至少2个子轨道，子轨道通过卡扣连接，轨道通过支撑架支撑于地面，轨道围绕探测区域成环形设置，轨道高度低于探测区域的作物高度；

优选的，支撑架包括支撑部、球铰链和伸缩杆A，支撑部通过球铰链连接至伸缩杆A，伸缩杆A顶端通过球铰链连接至轨道，支撑架与轨道通过销钉销孔配合连接。

3.如权利要求1所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，载物车包括车身、驱动轮和从动轮，车身两端分别安装驱动轮和从动轮，驱动轮连接至计算机终端控制系统；

车身一端设置遥控寻路系统，遥控寻路系统连接至计算机终端控制系统，遥控寻路系统包括定位导航系统和自动寻路系统。

4.如权利要求1所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，载物车上设置机箱，机箱内设置计算机终端控制系统。

5.如权利要求1所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，载物车上设置供电系统，供电系统连接载物车和监测系统，供电系统包括太阳能电池板和蓄电池，载物车两侧分别设置太阳能电池板，载物车上设置电箱，电箱内设置蓄电池。

6.如权利要求1所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，摄像头和激光雷达分别通过支杆连接于载物杆，摄像头和激光雷达距离载物杆30-40cm，摄像头和激光雷达的最低工作高度距离轨道4-5cm。

7.如权利要求1所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，激光雷达选用128线束激光雷达。

8.如权利要求1所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，载物杆上端设置自动撑伞装置，自动撑伞装置连接至计算机终端控制系统。

9.如权利要求1所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备，其特征在于，载物杆顶端设置风力反光驱鸟装置。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于激光雷达的虫群轨迹预测和虫害防治效果评估设备的布设方法，其特征在于，操作步骤如下：

(1)根据监测虫群类型、农作物高度、探测区域范围选取轨道，轨道高度低于探测区域的作物高度；

(2)设备安装，轨道围绕探测区域环形安装，载物车设置于轨道上方，围绕轨道巡回运动；

(3)收集虫群点云信息，摄像头监测到虫群驶向探测区域后将监测信息反馈至计算机终端控制系统，计算机终端控制系统控制旋转底座旋转，使激光雷达朝向虫群驶来方向，然后激光雷达扫描到达探测区域前的虫群，获得虫群点云信息，计算机终端控制系统根据摄像头和激光雷达返回信息控制载物车沿虫群移动方向运动，控制激光雷达扫描飞离探测区域的虫群，再次得到虫群点云信息；

(4)对比虫群飞来时及飞离后的点云信息，对虫害防治效果进行评估。

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