CN115902926A - 一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，包括服务器、以及至少两架无人机、续航监测模块、交互模块、任务协同模块、路径规划模块、采样模块，续航监测模块用于对无人机的续航能力进行监控，任务协同模块用于对无人机的调查任务进行监控，交互模块对协同配合的无人机之间进行调查数据和任务的交互传输，路径规划模块用于对无人机的调查飞行路径进行筛选，采样模块用于采集森林样地的图片数据，并对采集的图片数据进行评估，以确定采样点位的巡检图像数据是否符合要求。本发明通过续航监测模块与任务协同模块的相互配合，使得无人机的巡检任务能被准确的执行，保证对森林样地调查监控的可靠性和准确性。

Description

一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统

技术领域

本发明涉及用于绘地图或成像技术领域，尤其涉及一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统。

背景技术

传统的森林资源调查方法，是在设置地面样地进行定期进行实测的同时普遍利用航空遥感和航天卫星遥感进行森林资源调查。

如CN100390565C现有技术公开了一种无人机航空摄影遥感森林计测方法，现有的利用航空遥感和航天卫星遥感进行森林资源调查的技术都有其明显的缺点和不足：①设置地面样地进行定期实测时行动缓慢，劳动量大、需要大量的人工投入，成本高，周期长；②利用普通的载人航空遥感由于需要转场等诸多环节，费用比较高，难以经常性开展，安全性差；③采用航天卫星遥感监测时，其时空分辨率较低，飞行高度在云层之上，影像清晰度受云层影响较大，而且森林多分布在山区、地形复杂，所以精度较低，而高分辨率的遥感影像价格昂贵，还受到重访周期的限制和云的影响。

另一种典型的如CN112817331A的现有技术公开的一种基于多机协同的林业信息智能监测系统，传统的林区信息监测方法以在地面设置样地进行定期实测为主，该方法实测行动缓慢、且要耗费大量的人力物力财力；而利用航空航天遥感技术进行监测，则具有成本昂贵，图像难处理等缺点。而基于无人机的航空勘测方法凭借无人机小巧方便、易控制、成本低等优势，近年来正逐渐成为林区资源调查的重要工具。

基于无人机进行林区信息监测时，往往面临着待监测区域过大、待监测区域过广、待监测对象过多的问题，而单无人机任务繁重、所携带感知设备有限，因此也有监测效率低、监测结果可靠性不高的缺点。

为了解决本领域普遍存在协同性差、智能程度低、调查精度差、无法多机协同、续航能力差和无法在多个无人机之间进行交互传输等等问题，作出了本发明。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，旨在解决协同性差、智能程度低、调查精度差、无法多机协同、续航能力差和无法在多个无人机之间进行交互传输的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统。

一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，森林样地调查监测系统包括服务器、以及至少两架无人机，所述森林样地调查监测系统还包括续航监测模块、交互模块、任务协同模块、路径规划模块、采样模块，

所述服务器分别与至少两架无人机、续航监测模块、交互模块、任务协同模块、路径规划模块和采样模块连接；

所述续航监测模块用于对所述无人机的续航能力进行监控，所述任务协同模块用于对所述无人机的调查任务进行监控，并对无人机之间的任务进行协同交互，所述交互模块对协同配合的无人机之间进行调查数据和任务的交互传输，所述路径规划模块用于对所述无人机的调查飞行路径进行筛选，所述采样模块用于采集森林样地的图片数据，并对采集的图片数据进行评估，以确定采样点位的巡检图像数据是否符合要求；

其中，所述采样模块均设置在所述无人机上，并在对森林样地的采样点位进行图像数据采集。

进一步的，所述采样模块包括数据采集单元、采样评估单元，所述采集单元通过至少两架无人机对采样点位进行图像数据的采集，所述采样评估单元根据所述数据提取单元的图像数据进行评估，以确定对所述采样点位的采样数据量是否符合要求；

所述采集单元包括检测探头、以及存储子单元，所述采集探头用于采集所述采样点位的样地图像数据，所述存储子单元用于对所述采集探头采集的样地图像数据进行存储；

所述采样评估单元获取所述存储子单元中的样地图像数据，并从所述样地图像数据任意获取相邻的在α和β角度采集的两幅图像数据，并计算相邻图像数据的样地中采集的物体的重合率Repeat：

式中，S₀为所述样地中采集的物体的矩形重叠区域的面积，a为设定的所述采集探头预测采集得到的图像大小的面积，Ture为所述采集探头实际采集得到的图像大小面积；

若满足：

|Repeat_α-Repeat_β|≤Monitor    (1)

式中，Repeat_α为α角度下采集的样地图像中的同种物体的重合率，Repeat_β为β角度下采集的样地图像中的同种物体的重合率；

在满足式(1)的样地图像的基础上，计算β-α作为所述采集探头的拍摄间隔角度，并计算当前采样点位的采集次数Survey_index：

若满足式(2)则默认所述采样点位的图像数据已经采样完成。

进一步的，所述任务协同模块包括任务传输单元、以及协同单元，所述任务传输单元用于将无人机的巡检任务向协同的无人机进行传输，以使接收所述巡检任务的无人机无人继续执行的巡检任务，所述协同单元用于对协同的无人机的发出协同指令，使协同的无人机响应所述协同指令以继续执行中断的所述巡检任务；

所述任务传输单元包括任务生成器、任务分配器，所述任务生成器根据管理员设定的巡检的乔木种类、以及设定的巡检区域生成巡检任务，所述任务分配器用于将所述任务生成器生成的巡检任务传输至所述无人机上；

其中，接收所述巡检任务的无人机接替无法完成任务的无人机的巡检任务，并继续执行中断的所述巡检任务。

进一步的，所述续航监测模块包括续航监测单元、预警单元，所述续航监测单元用于对所述无人机的续航能力进行监控，所述预警单元根据所述续航监测单元的数据触发预警提示；

所述续航监测单元包括电池锁定器、存放腔、以及损耗评估器，所述存放腔用于对电池进行放置，所述电池锁定器用于对所述电池进行锁定，所述损耗评估器用于对所述电池在巡检过程中的损耗进行评估；

所述损耗评估器获取所述无人机一个采样周期中电池的电量百分比D₀，并计算所述电池的状态值Status：

式中，Battery_ready为无人机电池的额定容量，单位为：安培·小时，可由无人机的采用的电池类型直接获得，I(t)为所述无人机工作时的电流；η为补偿系数，满足：

η＝k₁·k₂；

式中，k₁为温度补偿系数，满足：k₁＝1-b·T₀-Tem，其中，b为单位转换系数，T₀为无人机电池运行的标准温度，Tem为无人机当前的环境温度，其值由环境采样模块直接测得，k₂为放电补偿系数，满足：k₂∈[0.98，1]。

进一步的，所述交互模块包括交互单元、信号传输单元，数所述信号传输单元向相邻近的无人机传输协同指令，所述交互单元用于接收所述交互指令，以响应所述协同指令接收相邻近的无人机的巡检任务；

所述信号传输单元包括信号发射器、终端识别器、以及传输绑定终端，所述终端识别器用于识别相邻近的所述无人机的身份识别码，所述传输绑定终端根据所述身份识别码授予两架无人机一个连接绑定码，使得两架无人机建立绑定关系；

其中，所述信号发射器将所述绑定码传输至相邻近的无人机上，并通过所述连接绑定码形成绑定关系，以顺利传输协同指令。

进一步的，所述路径规划模块包括定位单元、障碍物检测单元、以及路径调节单元，所述定位单元对无人机的实时位置进行定位，所述障碍物检测单元采集所述无人机飞行过程中的障碍物数据，所述路径调节单元根据所述定位单元的定位数据和所述障碍物检测单元的数据对生成调节路线；

所述障碍物检测单元包括检测雷达、红外传感器、以及数据存储器，所述检测雷达用于对所述无人机所遇到的障碍物进行检测，所述红外传感器用于对遇到的所述障碍物进行检测，所述数据存储器用于存储所述检测雷达和所述红外传感器测得的数据。

进一步的，所述交互单元包括交互器、以及支撑座，所述支撑座用于对所述交互器进行支撑，所述交互器设置在所述支撑座上，形成交互部；

其中，所述交互部对称设置在所述无人机的机壳的外壁上。

进一步的，所述预警单元包括预警器、触发器，所述预警器根据所述续航监测单元对电池的状态进行监控，所述触发器根据所述预警器的状态触发对中段对无人机的巡检任务。

进一步的，所述路径规划模块分别设置在所述无人机上，并由所述无人机根据巡检过程中的障碍物自行调整飞行路线。

本发明的有益效果如下：

1.通过数据采集单元和采样评估单元的配合使用，使得无人机在采样点位的采集数据量能够精准的监控，提升对森林样地的采样点位的数据采集的效率和可靠性；

2.通过任务传输单元和协同单元的相互配合，使得多个无人机之间的任务可以流转，使得相邻或者已经建立排队关系的无人机能够协同配合，以完成执行任务流转的无人机的巡检任务，提升对森林生态样地的精准检测；

3.通过续航监测模块与任务协同模块的相互配合，使得无人机的巡检任务能被准确的执行，保证对森林样地的调查监控的可靠性和准确性；

4.通过交互单元和信号传输单元的配合，使得执行交互协同的两架无人机之间能够进行交互，实现数据和身份的验证，以建立稳定信号传输和任务流转的关系，以提升巡检任务流转的精准控制，确保巡检任务流转的准确性和高效性；

5.通过路径规划单元对无人机的飞行路径进行挑选，使得无人机时能根据障碍物的位置确定飞行归家能够被精准的筛选出来，以实现对巡检张中的动态飞行轨迹的调整，以提升无人机的飞行线路的精准控制，保证整个系统具有智能程度高和调查精度高的优点。

6.通过预警单元对电池的状态进行预警，使得预警单元能根据电池的状态主动触发预警，提升无人机在巡检过程的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的整体方框示意图；

图2为本发明的两个无人机之间进行交互的方框示意图；

图3为本发明的无人机之间建立连接绑定的方框示意图；

图4为本发明的两个无人机之间进行巡检任务回转的方框示意图；

图5为本发明的障碍图场景举例的示意图；

图6为本发明的采样探头采集的样地图像数据的示意图；

图7为本发明的无人机与森林样地的应用场景示意图；

图8为本发明的无人的结构示意图；

附图标记说明：1-无人机；2-存放腔；3-检测雷达；4-采样探头。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

以下结合1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，及相关实施例对本发明方案做进一步阐述；本实施例提供一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，森林样地调查监测系统包括服务器、以及至少两架无人机，所述森林样地调查监测系统还包括续航监测模块、交互模块、任务协同模块、路径规划模块、采样模块，

所述服务器分别与至少两架无人机、续航监测模块、交互模块、任务协同模块、路径规划模块和采样模块连接；

所述森林样地调查监测系统还包括中央处理器，所述中央处理器分别与所述服务器、所述续航监测模块、交互模块、任务协同模块、路径规划模块和采样模块控制连接；

在本实施例中，所述续航监测模块、所述交互模块、所述任务协同模块、路径规划模块和采样模块设置在所述无人机上，使得所述无人机在对所述森林样地进行巡检的过程中，自主的调整巡检的路径，以提升巡检的效率；

所述续航监测模块用于对所述无人机的续航能力进行监控，所述任务协同模块用于对所述无人机的调查任务进行监控，并对无人机之间的任务进行协同交互，所述交互模块对协同配合的无人机之间进行调查数据和任务的交互传输，所述路径规划模块用于对所述无人机的调查飞行路径进行筛选，所述采样模块用于采集森林样地的图片数据，并对采集的图片数据进行评估，以确定采样点位的巡检图像数据是否符合要求；

其中，所述采样模块均设置在所述无人机上，并在对森林样地的采样点位进行图像数据采集；

当所述无人机携带所述采样模块飞行到所述采样点位后，通过所述无人机与所述采样模块之间的配合，使得所述采样点位中的物体的图像能够被采；其中，所述物体包括但是不局限于以下列举的几种：乔木胸径、树高、冠幅、灌木和草本层等物体，以形成森林生态的调查数据；

进一步的，所述采样模块包括数据采集单元、采样评估单元，所述采集单元通过至少两架无人机对采样点位进行图像数据的采集，所述采样评估单元根据所述数据提取单元的图像数据进行评估，以确定对所述采样点位的采样数据量是否符合要求；

在本实施例中，通过所述数据采集单元和所述采样评估单元的配合使用，使得所述无人机在采样点位的采集数据量能够精准的监控，提升对森林样地的采样点位的数据采集的效率和可靠性；

所述采集单元包括检测探头、以及存储子单元，所述采集探头用于采集所述采样点位的样地图像数据，所述存储子单元用于对所述采集探头采集的样地图像数据进行存储；

所述采样评估单元获取所述存储子单元中的样地图像数据，并从所述样地图像数据任意获取相邻的在α和β角度采集的两幅图像数据两幅图像数据，并计算相邻图像数据的样地中采集的物体的重合率Repeat：

式中，S₀为所述样地中采集的物体的矩形重叠区域的面积，a为设定的所述采集探头预测采集得到的图像大小的面积，由所述采集探头采集的规格大小直接确定，Ture为所述采集探头实际采集得到的图像大小面积，由拍摄得到的图像数据的实际大小直接确定；

若满足：

|Repeat_α-Repeat_β|≤Monitor    (1)

式中，Repeat_α为α角度下采集的样地图像中的同种物体的重合率，Repeat_β为β角度下采集的样地图像中的同种物体的重合率；

在满足式(1)的样地图像的基础上，计算β-α作为所述采集探头的拍摄间隔角度，并计算当前采样点位的采集次数Survey_index：

若满足式(2)则默认所述采样点位的图像数据已经采样完成；

在对所述样地中采集的物体的矩形重叠区域的面积S₀进行确定时，可以通过对所述图像数据进行处理，以提取图像数据中反映的物体的区域，其中，所述处理器包括灰度化、二值化和边缘提取等技术；

另外，在对矩形重合的部分进行确定后，从经过处理的图像数据中获取物体上的一点边缘像素坐标A(u₁，v₁)、以及与物体相对侧的边缘像素坐标B(u₂，v₂)，使得线段AB垂直于采集的图像数据中所反应的所述物体的宽度方向；

从经过处理的图像数据中获取物体上的边缘像素坐标C(u₃，v₃)、以及物体相对侧的边缘像素坐标D(u₄，v₄)，使得线段CD垂直于线段AB；

其中，选取的线段AB和线段CD均取最小值；

根据边缘像素坐标A(u₁，v₁)和边缘像素点坐标B(u₂，v₂)，计算物体宽度的距离Distant₁：

根据边缘像素坐标C(u₃，v₃)和边缘像素点坐标D(u₄，v₄)，计算物体长度的距离Distant₂：

根据物体宽度的距离Distant₁、物体长度的距离Distant₂计算物重合部分的面积S₀：

S₀＝Distant₁·Distant₁；

进一步的，所述任务协同模块包括任务传输单元、以及协同单元，所述任务传输单元用于将无人机的巡检任务向协同的无人机进行传输，以使接收所述巡检任务的无人机无人继续执行的巡检任务，所述协同单元用于对协同的无人机的发出协同指令，使协同的无人机响应所述协同指令以继续执行中断的所述巡检任务；

通过所述任务传输单元和所述协同单元的相互配合，使得多个无人机之间的任务可以流转，使得相邻或者已经建立排队关系的无人机能够协同配合，以完成执行任务流转的无人机的巡检任务，提升对森林生态样地的精准检测；

其中，在进行流转或者需要中断巡检任务，是由于续航能力不足或者无人机出现故障需要任务流转时，才能触发任务协同模块的任务协同流转的操作；

所述任务传输单元包括任务生成器、任务分配器，所述任务生成器根据管理员设定的巡检的乔木种类、以及设定的巡检区域生成巡检任务，所述任务分配器用于将所述任务生成器生成的巡检任务传输至所述无人机上；

其中，接收所述巡检任务的无人机接替无法完成任务的无人机的巡检任务，并继续执行中断的所述巡检任务；

在无人机进行巡检的过程中，通过所述续航监测模块对所述无人机的续航进行监控，若所述无人机的续航能力无法满足巡检调查的要求，则触发所述任务协同模块对巡检任务的流转，使得其他无人机执行巡检任务；

在本实施例中，通过所述续航监测模块与所述任务协同模块的相互配合，使得无人机的巡检任务能被准确的执行，保证对所述森林样地的调查监控的可靠性和准确性；

进一步的，所述续航监测模块包括续航监测单元、预警单元，所述续航监测单元用于对所述无人机的续航能力进行监控，所述预警单元根据所述续航监测单元的数据触发预警提示；

所述续航监测单元包括电池锁定器、存放腔、以及损耗评估器，所述存放腔用于对电池进行放置，所述电池锁定器用于对所述电池进行锁定，所述损耗评估器用于对所述电池在巡检过程中的损耗进行评估；

所述损耗评估器获取所述无人机一个采样周期中电池的电量百分比D₀，并计算所述电池的状态值Status：

式中，Battery_ready为无人机电池的额定容量，单位为：安培·小时，可由无人机的采用的电池类型直接获得，I(t)为所述无人机工作时的电流；η为补偿系数，满足：

η＝k₁·k₂；

式中，k₁为温度补偿系数，满足：k₁＝1-b·T₀-Tem，其中，b为单位转换系数，T₀为无人机电池运行的标准温度，Tem为无人机当前的环境温度，其值由环境采样模块直接测得，k₂为放电补偿系数，满足：k₂∈[0.98，1]；

在本实施例中，所述无人机所采用的电池为锂电池，上述也是基于此基础进行描述；

同时，需要指出的是，所述锂电池放置在所述存放腔中后，通过所述电池锁定器对所述电池进行锁定，使得所述电池能够稳定放置在所述无人机上，以供所述无人机的正常运行；

同时，所述存放腔设置在所述无人机的本体上，同时，所述损耗评估器与所述电池电连接，以获得所述电池在无人机的使用过程中的损耗状态；

进一步的，所述预警单元包括预警器、触发器，所述预警器根据所述续航监测单元对电池的状态进行监控，所述触发器根据所述预警器的状态触发对中段对无人机的巡检任务；

进一步的，所述交互模块包括交互单元、信号传输单元，数所述信号传输单元向相邻近的无人机传输协同指令，所述交互单元用于接收所述交互指令，以响应所述协同指令接收相邻近的无人机的巡检任务；

通过所述交互单元和所述信号传输单元的配合，使得执行交互协同的两架无人机之间能够进行交互，实现数据和身份的验证，以建立稳定信号传输和任务流转的关系，以提升巡检任务流转的精准控制，确保巡检任务流转的准确性和高效性；

所述信号传输单元包括信号发射器、终端识别器、以及传输绑定终端，所述终端识别器用于识别相邻近的所述无人机的身份识别码，所述传输绑定终端根据所述身份识别码授予两架无人机一个连接绑定码，使得两架无人机建立绑定关系；

其中，所述信号发射器将所述绑定码传输至相邻近的无人机上，并通过所述连接绑定码形成绑定关系，以顺利传输协同指令；

在本实施例中，通过所述传输绑定终端授予连接绑定码是本领域的技术人员所熟知的技术手段，因而在本实施例中不再一一赘述；

进一步的，所述交互单元包括交互器、以及支撑座，所述支撑座用于对所述交互器进行支撑，所述交互器设置在所述支撑座上，形成交互部；

其中，所述交互部对称设置在所述无人机的机壳的外壁上；

同时，在交互的过程中，中断执行巡检任务的所述无人机向所述服务器发出中断执行请求，使得参与巡检任务的飞机能根据所述服务器的指令，与中断执行巡检任务的所述无人机进行交互，使得上述的两个交互的无人机之间建立交互通道，将所述协同指令进行传输，以实现对中断的巡检任务能够继续执行，保证对所述森林样地的调查更加可靠；

进一步的，所述路径规划模块包括定位单元、障碍物检测单元、以及路径调节单元，所述定位单元对无人机的实时位置进行定位，所述障碍物检测单元采集所述无人机飞行过程中的障碍物数据，所述路径调节单元根据所述定位单元的定位数据和所述障碍物检测单元的数据对生成调节路线；

所述障碍物检测单元包括检测雷达、红外传感器、以及数据存储器，所述检测雷达用于对所述无人机所遇到的障碍物进行检测，所述红外传感器用于对遇到的所述障碍物进行检测，所述数据存储器用于存储所述检测雷达和所述红外传感器测得的数据；

进一步的，所述路径规划模块分别设置在所述无人机上，并由所述无人机根据巡检过程中的障碍物自行调整飞行路线；

所述路径调节单元获取所述森林样地的地图数据，并对所述森林样地的实际地图为基础，绘制出反映森林样地中的障碍物的结构图；在本时实施例中，采用障碍图法，如图所示的障碍图，在图中是，黑线表示障碍物的边界，黑点表示障碍物点；

所述路径调节单元根据所述障碍图、所述以及操作者设定的巡检点位数据确定的飞行轨迹，其中，所述飞行轨迹需要满足下式对无人机的飞行轨迹代价Cost的要求：

Cost(s)＝g(s)+h(s)；

式中，s为障碍点，g(s)为无人机的起始点到航迹点的实际代价值，h(s)为当前障碍点s到目标点的启发代价值；

对于无人机的起始点到航迹点的实际代价值g(s)，满足：

式中，l_j为每段直线的飞行路径的代价，L_max为设定飞行路径的监控阈值，k_j为航向调整系数，若所述飞行路径的航向无变化，则取k_j＝0，否则k_j的取值满足下式：

k_j＝2·d；

式中，d为所述无人机当前位置坐标与所述障碍物的距离值，可由设置在所述无人机上的检测雷达直接获得；

对于当前障碍点s到目标点的启发代价值h(s)，满足：

h(s)＝k_j·[|x_tar-x_i|+|y_tar-y_i|+|z_tar-z_i|]；

式中，(x_i，y_i，z_i)为所述无人机的当前位置坐标，(x_tar，y_tar，z_tar)为障碍物的位置坐标，k_j为航向调整系数，若所述飞行路径的航向无变化，则取k_j＝0，否则k_j的取值满足下式：

k_j＝2·d；

式中，d为所述无人机当前位置坐标与所述障碍物的距离值，可由设置在所述无人机上的检测雷达直接获得；

其中，对于所述无人机飞行轨迹的规划，是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；但是，在本实施例中，提供了一种用于挑选本领域所规划出来的轨迹的一种手段，使得挑选出来的轨迹能适用于本发明对森林样地调查监测或巡检的需要；

通过路径规划单元对所述无人机的飞行路径进行挑选，使得所述无人机时能根据障碍物的位置确定飞行归家能够被精准的筛选出来，以实现对巡检张中的动态飞行轨迹的调整，以提升无人机的飞行线路的精准控制，保证整个系统具有智能程度高和调查精度高的优点。

实施例二

本实施例应当理解为至少包含前述任一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，还在于所述预警单元包括预警分析子单元，所述预警分析子单元获取所述损耗评估器实时计算的所述电池的状态值，若所述状态值同时满足：

所述预警分析子单元根据所述电池的状态值计算预警指数Worn：

式中，mission为所述无人机执行巡检任务前的电量百分比，T为在巡检过程中的采样次数，Status为一个采样周期中无人机的所述电池的状态值，Q_f为无人机返航所需电量百分比，Q_safe为所述无人机预留的安全电量百分比；

若所述预警指数Worn超过设定电池预警阈值range，则通过所述预警单元发出预警警报，并由中断执行巡检任务的所述无人机向所述服务器发出中断执行请求，使得服务器响应所述中断执行请求，向所述交互模块和任务协同模块发出协同指令，以建立两架无人机之间的任务协同交互，促使巡检任务能够流转或者派送，使得满足续航要求的另一架无人机继续完成终端的巡检任务；

通过预警单元对所述电池的状态进行预警，使得所述预警单元能根据所述电池的状态主动触发预警，提升所述无人机在巡检过程的安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，森林样地调查监测系统包括服务器、以及至少两架无人机，其特征在于，所述森林样地调查监测系统还包括续航监测模块、交互模块、任务协同模块、路径规划模块、采样模块，

所述服务器分别与至少两架无人机、续航监测模块、交互模块、任务协同模块、路径规划模块和采样模块连接；

所述续航监测模块用于对所述无人机的续航能力进行监控，所述任务协同模块用于对所述无人机的调查任务进行监控，并对无人机之间的任务进行协同交互，所述交互模块对协同配合的无人机之间进行调查数据和任务的交互传输，所述路径规划模块用于对所述无人机的调查飞行路径进行筛选，所述采样模块用于采集森林样地的图片数据，并对采集的图片数据进行评估，以确定采样点位的巡检图像数据是否符合要求；

其中，所述采样模块均设置在所述无人机上，并在对森林样地的采样点位进行图像数据采集。

2.根据权利要求1所述的一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，其特征在于，所述采样模块包括数据采集单元、采样评估单元，所述采集单元通过至少两架无人机对采样点位进行图像数据的采集，所述采样评估单元根据所述数据提取单元的图像数据进行评估，以确定对所述采样点位的采样数据量是否符合要求；

所述采集单元包括检测探头、以及存储子单元，所述采集探头用于采集所述采样点位的样地图像数据，所述存储子单元用于对所述采集探头采集的样地图像数据进行存储；

所述采样评估单元获取所述存储子单元中的样地图像数据，并从所述样地图像数据任意获取相邻的在α和β角度采集的两幅图像数据，并计算相邻图像数据的样地中采集的物体的重合率Repeat：

式中，S₀为所述样地中采集的物体的矩形重叠区域的面积，a为设定的所述采集探头预测采集得到的图像大小的面积，Ture为所述采集探头实际采集得到的图像大小面积；

若满足：

|Repeat_α-Repeat_β|≤Monitor    (1)

式中，Repeat_α为α角度下采集的样地图像中的同种物体的重合率，Repeat_β为β角度下采集的样地图像中的同种物体的重合率；

在满足式(1)的样地图像的基础上，计算β-α作为所述采集探头的拍摄间隔角度，并计算当前采样点位的采集次数Survey_index：

若满足式(2)则默认所述采样点位的图像数据已经采样完成。

3.根据权利要求2所述的一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，其特征在于，所述任务协同模块包括任务传输单元、以及协同单元，所述任务传输单元用于将无人机的巡检任务向协同的无人机进行传输，以使接收所述巡检任务的无人机无人继续执行的巡检任务，所述协同单元用于对协同的无人机的发出协同指令，使协同的无人机响应所述协同指令以继续执行中断的所述巡检任务；

所述任务传输单元包括任务生成器、任务分配器，所述任务生成器根据管理员设定的巡检的乔木种类、以及设定的巡检区域生成巡检任务，所述任务分配器用于将所述任务生成器生成的巡检任务传输至所述无人机上；

其中，接收所述巡检任务的无人机接替无法完成任务的无人机的巡检任务，并继续执行中断的所述巡检任务。

4.根据权利要求3所述的一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，其特征在于，所述续航监测模块包括续航监测单元、预警单元，所述续航监测单元用于对所述无人机的续航能力进行监控，所述预警单元根据所述续航监测单元的数据触发预警提示；

所述续航监测单元包括电池锁定器、存放腔、以及损耗评估器，所述存放腔用于对电池进行放置，所述电池锁定器用于对所述电池进行锁定，所述损耗评估器用于对所述电池在巡检过程中的损耗进行评估；

所述损耗评估器获取所述无人机一个采样周期中电池的电量百分比D₀，并计算所述电池的状态值Status：

式中，Battery_ready为无人机电池的额定容量，单位为：安培·小时，可由无人机的采用的电池类型直接获得，I(t)为所述无人机工作时的电流；η为补偿系数，满足：

η＝k₁·k₂

式中，k₁为温度补偿系数，满足：k₁＝1-b·|T₀-Tem|，其中，b为单位转换系数，T₀为无人机电池运行的标准温度，Tem为无人机当前的环境温度，其值由环境采样模块直接测得，k₂为放电补偿系数，满足：k₂∈[0.98，1]。

5.根据权利要求4所述的一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，其特征在于，所述交互模块包括交互单元、信号传输单元，数所述信号传输单元向相邻近的无人机传输协同指令，所述交互单元用于接收所述交互指令，以响应所述协同指令接收相邻近的无人机的巡检任务；

所述信号传输单元包括信号发射器、终端识别器、以及传输绑定终端，所述终端识别器用于识别相邻近的所述无人机的身份识别码，所述传输绑定终端根据所述身份识别码授予两架无人机一个连接绑定码，使得两架无人机建立绑定关系；

其中，所述信号发射器将所述绑定码传输至相邻近的无人机上，并通过所述连接绑定码形成绑定关系，以顺利传输协同指令。

6.根据权利要求5所述的一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，其特征在于，所述路径规划模块包括定位单元、障碍物检测单元、以及路径调节单元，所述定位单元对无人机的实时位置进行定位，所述障碍物检测单元采集所述无人机飞行过程中的障碍物数据，所述路径调节单元根据所述定位单元的定位数据和所述障碍物检测单元的数据对生成调节路线；

所述障碍物检测单元包括检测雷达、红外传感器、以及数据存储器，所述检测雷达用于对所述无人机所遇到的障碍物进行检测，所述红外传感器用于对遇到的所述障碍物进行检测，所述数据存储器用于存储所述检测雷达和所述红外传感器测得的数据。

7.根据权利要求6所述的一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，其特征在于，所述交互单元包括交互器、以及支撑座，所述支撑座用于对所述交互器进行支撑，所述交互器设置在所述支撑座上，形成交互部；

其中，所述交互部对称设置在所述无人机的机壳的外壁上。

8.根据权利要求7所述的一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，其特征在于，所述预警单元包括预警器、触发器，所述预警器根据所述续航监测单元对电池的状态进行监控，所述触发器根据所述预警器的状态触发对中段对无人机的巡检任务。

9.根据权利要求8所述的一种基于搭载激光雷达无人机群的森林样地调查监测系统，其特征在于，所述路径规划模块分别设置在所述无人机上，并由所述无人机根据巡检过程中的障碍物自行调整飞行路线。

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