CN112873187A - 一种森林管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及森林管理技术领域，具体涉及一种森林管理系统，包括爬行机器人、安装在爬行机器人上的蛇形机械臂、通过环形轨道安装在蛇形机械臂上的单目视觉传感器组内载于爬行机器人内的智控终端，以及与智控终端实现通讯的远程服务器，所述服务器内载：森林资源识别模块、森林周围环境识别模块、树木生长量监测模块、统计分析模块和管理决策模块。本发明系统自带林木生长量监测、林木品种分布情况分析、林木病虫害分析、森林生物品种监测、异常情况监测功能，实现了低成本、高效率、全面的森林资源情况监测分析工作，精确度高，且可大面积、多期次使用。

Description

一种森林管理系统

技术领域

本发明涉及森林管理技术领域，具体涉及一种森林管理系统。

背景技术

目前，森林资源的管理过程大多依赖人为收集的资料实现，这个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，由于缺乏足够的样品信息，统计分析的结果往往会出现较大的误差。

为此，现有技术中涌现出了大量的森林资源管理系统，但普遍存在探测成本较高、误差较大、数据实时性差，不能大面积、多期次使用等缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种森林管理系统，可以实现森林资源的高效率全面监测和分析，可大面积、多期次使用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种森林管理系统，包括爬行机器人、安装在爬行机器人上的蛇形机械臂、通过环形轨道安装在蛇形机械臂上的单目视觉传感器组内载于爬行机器人内的智控终端，以及与智控终端实现通讯的远程服务器，所述远程服务器内载：

森林资源识别模块，用于实现森林资源图像集内载林木品种信息、林木病害信息、林木数量信息、林木地理位置信息的识别；

森林周围环境识别模块，用于实现森林周围环境图像内载周围生物品种信息及异常环境信息的识别；

树木生长量监测模块，用于实现林木三维图的重构，并基于重构的林木三维图实现林木尺寸的测量，得到林木生长量监测结果；

统计分析模块，用于基于预设的统计分析模型根据所述林木品种信息、林木生长量监测结果、林木病害信息、林木数量信息、周围生物品种信息及异常环境信息实现当前区域森林资源情况的统计分析，输出对应的统计分析结果；

管理决策模块，用于基于模糊神经网络算法根据所述统计分析结果输出对应的森林资源管理决策。

进一步地，所述蛇形机械臂由若干呈首尾连接的机械单元及位于机械单元之间的舵机组件构成，蛇形机器臂首端配置双目视觉传感器，环形轨道套装在机械单元的外壁上，其滑槽沿环形轨道外圆周面均匀开设，单目视觉传感器通过滑块安装在滑槽内。

进一步地，所述单目传感器用于实现森林资源图像和森林周围环境图像的采集，在森林资源图像采集时，蛇形机械臂缠绕树木主干，通过驱动单目视觉传感器沿环形滑轨转动实现不同角度俯视图的采集，不同角度俯视图覆盖蛇形机械臂上方树干区域及整个树冠，且相邻两个角度的俯视图不存在重叠区域。

进一步地，所述树木生长量监测模块通过不同角度俯视图的拼接实现林木三维图的重构，基于连通分量外接矩形的长宽比实现林木树干尺寸、树冠尺寸等的测量。

进一步地，所述森林资源识别模块基于DSSD_Inception_V3_coco 模型实现森林资源图像集内载林木品种信息、林木病害信息的识别，基于数据挖掘模型实现林木数量信息、林木地理位置信息的识别；所述森林周围环境识别模块基于DSSD_Inception_V3_coco模型实现周围生物品种信息及异常环境信息的识别。

进一步地，所述服务器还内载一动态布局图生成模块，用于根据森林资源识别模块、森林周围环境识别模块实现林木动态布局三维图的构建。

进一步地，系统初始化时，采用人工+机器学习的方式实现爬行机器人巡检路线的规划，爬行机器人基于巡检路线及预设的测量程序实现森林资源及森林周围环境图像的采集。

进一步地，爬行机器人行进状态下，蛇形机械臂盘设在爬行机器人上，且单目视觉传感器位于蛇形机械臂的外侧，基于单目视觉传感器实现森林周围环境图像采集的同时，单目视觉传感器协同爬行机器人内载的三维姿态传感器实现爬行机器人行进的避障和越障。

本发明具有以下有益效果：

实现了低成本、高效率、全面的森林资源情况监测分析工作，精确度高，且可大面积、多期次使用；

系统自带林木生长量监测、林木品种分布情况分析、林木病虫害分析、森林生物品种监测、异常情况监测功能，为森林资源的合理管理提供了保障。

以动态地图的方式进行森林资源情况的展现，工作人员可以直观的获取到每个区域森林资源的生长量、林木品种分布情况、林木病虫害情况等。

附图说明

图1本发明实施例一种森林管理系统的系统框图。

图2为本发明实施例中单目视觉传感器的安装方式示意图。

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森林管理系统，包括爬行机器人、安装在爬行机器人上的蛇形机械臂、通过环形轨道安装在蛇形机械臂上的单目视觉传感器组内载于爬行机器人内的智控终端，以及与智控终端实现通讯的远程服务器，所述远程服务器内载：

森林资源识别模块，用于实现森林资源图像集内载林木品种信息、林木病害信息、林木数量信息、林木地理位置信息的识别；

森林周围环境识别模块，用于实现森林周围环境图像内载周围生物品种信息（包括动物、植物）及异常环境信息（比如火灾等）的识别；

树木生长量监测模块，用于实现林木三维图的重构，并基于重构的林木三维图实现林木尺寸的测量，得到林木生长量监测结果；

统计分析模块，用于基于预设的统计分析模型根据所述林木品种信息、林木生长量监测结果、林木病害信息、林木数量信息、周围生物品种信息及异常环境信息实现当前区域森林资源情况的统计分析，输出对应的统计分析结果；

管理决策模块，用于基于模糊神经网络算法根据所述统计分析结果输出对应的森林资源管理决策。

本实施例中，所述蛇形机械臂由若干呈首尾连接的机械单元及位于机械单元1之间的舵机组件构成，蛇形机器臂首端配置双目视觉传感器，每个机械单元1均内载三维姿态传感器，环形轨道2套装在机械单元1的外壁上，其滑槽3沿环形轨道外圆周面均匀开设，单目视觉传感器4通过滑块安装在滑槽内。

本实施例中，所述单目传感器用于实现森林资源图像和森林周围环境图像的采集，在森林资源图像采集时，蛇形机械臂缠绕树木主干，通过驱动单目视觉传感器沿环形滑轨转动实现不同角度俯视图的采集，不同角度俯视图覆盖蛇形机械臂上方树干区域及整个树冠，且相邻两个角度的俯视图不存在重叠区域。

本实施例中，所述树木生长量监测模块通过不同角度俯视图的拼接实现林木三维图的重构，基于连通分量外接矩形的长宽比实现林木树干尺寸、树冠尺寸等的测量。每一张不同角度俯视图均携带有其对应位置参数和角度参数。

本实施例中，所述森林资源识别模块基于DSSD_Inception_V3_coco 模型实现森林资源图像集内载林木品种信息、林木病害信息的识别，基于数据挖掘模型实现林木数量信息、林木地理位置信息的识别；所述森林周围环境识别模块基于DSSD_Inception_V3_coco 模型实现周围生物品种信息及异常环境信息的识别。所述DSSD_Inception_V3_coco模型采用DSSD目标检测算法，用coco数据集预训练Inception_V3深度神经网络，然后用先前准备好的数据集训练该模型，微调深度神经网络中的各项参数，最后得到合适的用于检测目标信息的检测模型。

本实施例中，所述服务器还内载一动态布局图生成模块，用于根据森林资源识别模块、森林周围环境识别模块实现林木动态布局三维图的构建。每一颗林木均携带有其对应的生长量监测结果标记、品种标记、林木病虫害情况标记等，以超链接点的形式展现，工作人员可以直观的获取到每个区域森林资源的生长量、林木品种分布情况、林木病虫害情况等。值得注意的是，动态布局三维图上携带有异常信息标记，且异常信息标记采用异常评估结果直接显示的方式展示。

本实施例中，系统初始化时，采用人工+机器学习的方式实现爬行机器人巡检路线的规划，巡检路线储存在智控终端内，爬行机器人基于巡检路线及预设的测量程序实现森林资源及森林周围环境图像的采集。当爬行机器人移动到目标林木面前时，爬行机器人停止行进，同时启动蛇形机械臂，实现林木的缠绕，智控终端通过读取机械单元上传的姿态参数判断落入缠绕圈的单目视觉传感器，通过启动并驱动这些单目视觉传感器沿环形滑轨转动实现不同角度俯视图的采集，此时，未落入缠绕圈的单目视觉传感器处于休眠状态，优选的，为了降低后续林木生长量监测结果的精确度，每一次巡检蛇形机械臂所缠绕的位置均相同。

本实施例中，爬行机器人行进状态下，蛇形机械臂盘设在爬行机器人上，且单目视觉传感器位于蛇形机械臂的外侧，基于单目视觉传感器实现森林周围环境图像采集的同时，单目视觉传感器协同爬行机器人内载的三维姿态传感器实现爬行机器人行进的避障和越障。

本实施例中，还包括与远程服务器实现通讯的手机APP,基于手机APP可以实现统计分析结果、森林资源管理决策、动态布局图的查看。

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 (8)

1.一种森林管理系统，其特征在于，包括爬行机器人、安装在爬行机器人上的蛇形机械臂、通过环形轨道安装在蛇形机械臂上的单目视觉传感器组内载于爬行机器人内的智控终端，以及与智控终端实现通讯的远程服务器，所述远程服务器内载：

森林资源识别模块，用于实现森林资源图像集内载林木品种信息、林木病害信息、林木数量信息、林木地理位置信息的识别；

森林周围环境识别模块，用于实现森林周围环境图像内载周围生物品种信息及异常环境信息的识别；

树木生长量监测模块，用于实现林木三维图的重构，并基于重构的林木三维图实现林木尺寸的测量，得到林木生长量监测结果；

统计分析模块，用于基于预设的统计分析模型根据所述林木品种信息、林木生长量监测结果、林木病害信息、林木数量信息、周围生物品种信息及异常环境信息实现当前区域森林资源情况的统计分析，输出对应的统计分析结果；

管理决策模块，用于基于模糊神经网络算法根据所述统计分析结果输出对应的森林资源管理决策。

2.如权利要求1所述的一种森林管理系统，其特征在于，所述蛇形机械臂由若干呈首尾连接的机械单元及位于机械单元之间的舵机组件构成，蛇形机器臂首端配置双目视觉传感器，环形轨道套装在机械单元的外壁上，其滑槽沿环形轨道外圆周面均匀开设，单目视觉传感器通过滑块安装在滑槽内。

3.如权利要求1所述的一种森林管理系统，其特征在于，所述单目传感器用于实现森林资源图像和森林周围环境图像的采集，在森林资源图像采集时，蛇形机械臂缠绕树木主干，通过驱动单目视觉传感器沿环形滑轨转动实现不同角度俯视图的采集，不同角度俯视图覆盖蛇形机械臂上方树干区域及整个树冠，且相邻两个角度的俯视图不存在重叠区域。

4.如权利要求1所述的一种森林管理系统，其特征在于，所述树木生长量监测模块通过不同角度俯视图的拼接实现林木三维图的重构，基于连通分量外接矩形的长宽比实现林木树干尺寸、树冠尺寸的测量。

5.如权利要求1所述的一种森林管理系统，其特征在于，所述森林资源识别模块基于DSSD_Inception_V3_coco 模型实现森林资源图像集内载林木品种信息、林木病害信息的识别，基于数据挖掘模型实现林木数量信息、林木地理位置信息的识别；所述森林周围环境识别模块基于DSSD_Inception_V3_coco 模型实现周围生物品种信息及异常环境信息的识别。

6.如权利要求1所述的一种森林管理系统，其特征在于，所述服务器还内载一动态布局图生成模块，用于根据森林资源识别模块、森林周围环境识别模块实现林木动态布局三维图的构建。

7.如权利要求1所述的一种森林管理系统，其特征在于，系统初始化时，采用人工+机器学习的方式实现爬行机器人巡检路线的规划，爬行机器人基于巡检路线及预设的测量程序实现森林资源及森林周围环境图像的采集。

8.如权利要求1所述的一种森林管理系统，其特征在于，爬行机器人行进状态下，蛇形机械臂盘设在爬行机器人上，且单目视觉传感器位于蛇形机械臂的外侧，基于单目视觉传感器实现森林周围环境图像采集的同时，单目视觉传感器协同爬行机器人内载的三维姿态传感器实现爬行机器人行进的避障和越障。

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