CN115993334A - 一种用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，包括：主体结构、数据采集控制系统、供电系统、数据采集模块、光照模块；所述主体结构用于对整体的所述用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统形成结构支撑以及高度调节；所述供电系统用于为整体的所述用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统提供电力；所述数据采集控制系统用于控制数据采集模块及光照模块实现数据采集和光照设定；其中，多光谱相机用于对草地样方内的植被冠层的光谱影像数据采集；所述固态激光雷达用于对草地样方内的植被冠层的三维结构数据采集以及距离量测；上述一体化系统可实现快速、精准的草地覆盖度数据采集。

Description

一种用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，具体为一种用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统。

背景技术

草地覆盖度是指观测区域内的草地垂直投影面积占地表面积的的百分比，是刻画草地数量的重要指标参数，也是只是生态系统变化的重要指标。

在生态研究、草牧业、气象气候研究、水文研究等领域都是一个重要的研究变量。草地覆盖度测算当前主要通过遥感估算和实地测量法两种方式实现，遥感手段对大范围区域进行遥感影像采集，并通过影像处理算法对数据进行处理实现大范围的草地覆盖度数据提取，对于较小的样地调查，受限于遥感影像的分辨率等原因，无法实现较高精度的数据提取。

因此现阶段针对于较小的研究样地，多采用实地测量法，实地测量法包括目视估测、人工采样、仪器测量等几种方法，其中目视估测方法主观随意性大，测量精度客观性差。人工采样法通过人工插入一根根样针，统计草叶被样针击中的数量，该数目与插针总数比例即为草地覆盖度，该方法效率低下操作缓慢，并且属于接触式测量，受环境扰动导致数据误差大。

现有的仪器测量方法主要包括：空间定量计法、移动光量计法以及照相法，前两种方法主要是利用传感器测量光穿透植被冠层的情况来计算植被覆盖度，设备的操作复杂，对应用场景要求高，野外操作极为不便。照相法为采用数码相机对地面垂直角度拍摄，并通过影像统计草地覆盖占图像的比例，该方法存在的问题是影像边缘形变造成图像的畸变，虽然有研究提出了纠正和降低误差的方法，但是由于相机设备的中心成像原理，决定了无法从根本上解决原始数据采集存在的畸变问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，采用了固态激光雷达系统、多光谱成像系统对草地样地数据进行采集，结合专门设计的标准结构，可实现快速、精准的草地覆盖度数据采集。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供的一种用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其包括几个主要部分，分别为主体结构10(硬件系统)、数据采集控制系统20(主机硬件系统)、供电系统30、数据采集模块40、光照模块50；

其中，所述主体结构10用于对整体的所述用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统形成结构支撑以及高度调节；所述数据采集控制系统20(主机硬件系统)、供电系统30、数据采集模块40、光照模块50则安装在主体结构10之上；所述供电系统30用于为整体的所述用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统提供电力；

所述数据采集控制系统20用于控制数据采集模块40及光照模块50实现数据采集和光照设定；所述数据采集模块40包括多光谱相机41、固态激光雷达42，二者共同实现草地样方覆盖度数据的采集；

其中，多光谱相机41用于对草地样方内的植被冠层的光谱影像数据采集；所述固态激光雷达42用于对草地样方内的植被冠层的三维结构数据采集以及距离量测；

在具体处理时，固态激光雷达42对微调一段高度距离时就将采集的三维结构数据以及距离量测数据反馈给数据采集模块40；所述数据采集模块40则同步对多光谱相机41采集的光谱影像数据进行匹配，以此同步获取对应的光谱影像数据，收集能够反应植被生长健康状况的所述光谱影像数据；

所述光照模块50包括遮光单元51和补光单元52两部分；所述遮光单元用于对主体结构10下方预采集的草地样方内的植被进行阻断环境光干扰；所述补光单元用于为多光谱相机41提供稳定的光照条件以保障多光谱相机的数据采集质量。

较佳地，所述供电系统30包括锂电池组。

较佳地，所述主体结构10包括顶部平台、支撑臂11，定位销12，顶部把手13，伸缩杆14；其中，所述支撑臂11的数量为至少三根，多根所述支撑臂11的顶部铰接在所述顶部平台的底部，所述支撑臂11的底部设置有用于插入底下的尖端部；同一个长度位置处的相邻所述支撑臂11之间连接有所述伸缩杆14；所述伸缩杆14用于通过长度伸缩实现对主体结构10的微调；

所述定位销12与所述支撑臂11的位置一一对应；所述定位销12可拆卸插接在所述支撑臂11的底部不同位置处；所述定位销12用于对所述支撑臂11插入地下的深度位置进行微调；

所述顶部把手13设置在所述顶部平台的侧面处。

较佳地，所述主体结构10还包括侧方把手15；所述侧方把手15设置在所述支撑臂11的侧壁处。

较佳地，所述遮光单元51为可拆卸遮光帘。

较佳地，所述数据采集控制系统20包括：触控显示屏21、控制面板22、数据存储处理系统23，其中控制面板22上设置有开关按键及数据采集控制按键；

所述触控显示屏21用于控制数据存储处理系统23对数据采集任务设定参数以及采集数据的显示浏览处理；

所述触控显示屏21与数据存储处理系统23外壳通过旋转合页方式连接，在数据采集状态下触控显示屏21处于打开状态，在收纳状态下触控显示屏21处于关闭状态。

较佳地，所述控制面板22还包括USB数据传输接口及千兆网口；所述USB数据传输接口及千兆网口用于对所述光谱影像数据以及三维结构数据实现数据传输。

较佳地，所述顶部把手13的数量为两个，两个所述顶部把手13设置在所述顶部平台的两个侧边处。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

分析上述结构可知：本发明实施例提供的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其包括主体结构、数据采集控制系统、供电系统、数据采集模块、光照模块；

所述数据采集控制系统用于控制数据采集模块及光照模块实现数据采集和光照设定；所述数据采集模块包括多光谱相机、固态激光雷达，二者共同实现草地样方覆盖度数据的采集；其中，多光谱相机用于对草地样方内的植被冠层的光谱影像数据采集；所述固态激光雷达用于对草地样方内的植被冠层的三维结构数据采集以及距离量测；在具体处理时，固态激光雷达对微调一段高度距离时就将采集的三维结构数据以及距离量测数据反馈给数据采集模块；所述数据采集模块则同步对多光谱相机采集的光谱影像数据进行匹配，以此同步获取对应的光谱影像数据，收集能够反应植被生长健康状况的所述光谱影像数据；

本发明实施例中的采用多光谱相机与固态激光雷达，可同步获取多光谱影像数据与草地冠层三维点云数据，使用高精度的三维激光扫描仪，实现了高精度的结构、距离的量测；与多光谱相机进行标定和数据采集的同步匹配，在获取草地覆盖度数据的同时，采集了能够反应植被生长健康状况的光谱数据。

综上，本发明实施例提供的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其设计有硬件的支撑系统以及双重数据采集处理，可有效的提升草地样方覆盖度数据采集的精度以及效率。

附图说明

图1为本发明提供的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统一视角下的立体示意图；

图2为本发明提供的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统另一视角下的立体示意图；

图3为本发明提供的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统的俯视示意图；

图4为本发明提供的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统局部结构示意图。

图中：主体结构10；支撑臂11；定位销12；顶部把手13；伸缩杆14；侧方把手15；数据采集控制系统20；触控显示屏21；控制面板22；数据存储处理系统23；供电系统30；数据采集模块40；多光谱相机41；固态激光雷达42；光照模块50；遮光单元51；补光单元52。

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做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。

参见图1-4，本发明提供一种用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，包括主体结构10(硬件系统)、数据采集控制系统20(主机硬件系统)、供电系统30、数据采集模块40、光照模块50；

其中，所述主体结构10用于对整体的所述用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统形成结构支撑以及高度调节；所述数据采集控制系统20(主机硬件系统)、供电系统30、数据采集模块40、光照模块50则安装在主体结构10之上；所述供电系统30用于为整体的所述用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统提供电力；

所述数据采集控制系统20用于控制数据采集模块40及光照模块50实现数据采集和光照设定；所述数据采集模块40包括多光谱相机41、固态激光雷达42，二者共同实现草地样方覆盖度数据的采集；

其中，多光谱相机41用于对草地样方内的植被冠层的光谱影像数据采集；所述固态激光雷达42用于对草地样方内的植被冠层的三维结构数据采集以及距离量测；

在具体处理时，固态激光雷达42对微调一段高度距离时就将采集的三维结构数据以及距离量测数据反馈给数据采集模块40；所述数据采集模块40则同步对多光谱相机41采集的光谱影像数据进行匹配，以此同步获取对应的光谱影像数据，收集能够反应植被生长健康状况的所述光谱影像数据；

所述光照模块50包括遮光单元51和补光单元52两部分；所述遮光单元用于对主体结构10下方预采集的草地样方内的植被进行阻断环境光干扰；所述补光单元用于为多光谱相机41提供稳定的光照条件以保障多光谱相机的数据采集质量。

较佳地，所述主体结构10包括顶部平台、支撑臂11，定位销12，顶部把手13，伸缩杆14；其中，所述支撑臂11的数量为至少三根，多根所述支撑臂11的顶部铰接在所述顶部平台的底部，所述支撑臂11的底部设置有用于插入底下的尖端部；同一个长度位置处的相邻所述支撑臂11之间连接有所述伸缩杆14；所述伸缩杆14用于通过长度伸缩实现对主体结构10的微调；

所述定位销12与所述支撑臂11的位置一一对应；所述定位销12可拆卸插接在所述支撑臂11的底部不同位置处；所述定位销12用于对所述支撑臂11插入地下的深度位置进行微调；

所述顶部把手13设置在所述顶部平台的侧面处。

参考附图1-附图2，本发明包括：数据采集控制系统20，主体结构10，支撑臂11，定位销12，顶部把手13，伸缩杆14，侧方把手15，锂电池(供电系统30)，多光谱相机41，固态激光雷达42，遮光罩(即遮光单元51)，补光灯(即补光单元52)。

主体结构10具有两种功能，在数据采集状态下，支撑臂11展开，伸缩杆14拉伸状态，定位销12伸出，通过按压可插入地面，四个支撑臂的定位销固定好之后，结合伸缩杆的支撑作用，可形成一个稳定的数据采集结构。在收纳状态下，定位销12收回，伸缩杆14处于压缩状态，支撑臂11收拢，参考图4所示，收纳状态的设备便于携带和运输。

本发明的采用多光谱相机41与固态激光雷达42，可同步获取多光谱影像数据与草地冠层三维点云数据，使用高精度的三维激光扫描仪，实现了高精度的结构、距离的量测；与多光谱相机41进行标定和数据采集的同步匹配，在获取草地覆盖度数据的同时，采集了能够反应植被生长健康状况的光谱数据。

本系统集成的数据采集模块40包括多光谱相机41，固态激光雷达42。其中多光谱相机41可实现对草地样方内的植被冠层光谱影像数据采集；所述固态激光雷达42，可实现对草地样方内的植被冠层三维结构数据采集，采集完成的数据可通过数据存储处理系统23实现数据的处理分析；四个支撑臂在打开状态下相邻两个之间有黑色遮光布连接，用于保证数据采集过程中不受外部环境光照影响，布置于支撑臂11内部的补光灯可提供稳定的光源，保证多光谱数据采集环境的稳定。

较佳地，所述供电系统30包括锂电池组。

较佳地，所述主体结构10还包括侧方把手15；所述侧方把手15设置在所述支撑臂11的侧壁处。

较佳地，所述遮光单元51为可拆卸遮光帘。

较佳地，所述数据采集控制系统20包括：触控显示屏21、控制面板22、数据存储处理系统23，其中控制面板22上设置有开关按键及数据采集控制按键；

所述触控显示屏21用于控制数据存储处理系统23对数据采集任务设定参数以及采集数据的显示浏览处理；

所述触控显示屏21与数据存储处理系统23外壳通过旋转合页方式连接，在数据采集状态下触控显示屏21处于打开状态，在收纳状态下触控显示屏21处于关闭状态。

较佳地，所述控制面板22还包括USB数据传输接口及千兆网口；所述USB数据传输接口及千兆网口用于对所述光谱影像数据以及三维结构数据实现数据传输。

分析上述技术方案可知：所述数据采集控制系统20包括：触控显示屏21、控制面板22、数据存储处理系统23、锂电池(供电系统30)，其中锂电池(供电系统30)为整个系统供电，控制面板22上有开关按键及数据采集控制按键，还包括USB数据传输接口及千兆网口。通过触控显示屏21，可控制数据存储处理系统23对数据采集任务设定参数，浏览数据并进行数据处理，数据可以通过无线网络或千兆网口实现联网传输，也可通过USB接口实现数据传输。触控显示屏21与数据存储处理系统23外壳通过旋转合页方式连接，在数据采集状态下触控显示屏21处于打开状态，在收纳状态下可以关闭，以保证在运输过程中触控屏的安全。

较佳地，所述顶部把手13的数量为两个，两个所述顶部把手13设置在所述顶部平台的两个侧边处。系统收纳状态下如参考图4所示，可通过侧方把手15和顶部把手13实现搬运携带。关于其他附属结构，本发明技术方案不再赘述。

本发明实施例提供的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其硬件结构设计以及布局合理，首先采用多源数据采集模块，实现了草地样方二维、三维、光谱等多源数据采集，使用多源传感器数据进行覆盖度计算，相较于传统目测评估方式，成果数据更加客观可靠。与传统手持拍照的方式相比，使用标准的数据采集结构，确定了数据采集的稳定性。采用了固态激光雷达设备，相比较于机械扫描激光雷达系统，固态激光雷达数据采集速度更快，避免了冠层扰动造成的数据拖影从而导致的数据高估。并且使用激光雷达点云数据直接估算覆盖度，不存在传统影像设备存在的边缘畸变所导致的数据误差。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其特征在于，包括：主体结构(10)、数据采集控制系统(20)、供电系统(30)、数据采集模块(40)、光照模块(50)；

其中，所述主体结构(10)用于对整体的所述用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统形成结构支撑以及高度调节；所述数据采集控制系统(20)、供电系统(30)、数据采集模块(40)、光照模块(50)则安装在主体结构(10)之上；所述供电系统(30)用于为整体的所述用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统提供电力；

所述数据采集控制系统(20)用于控制数据采集模块(40)及光照模块(50)实现数据采集和光照设定；

其中，多光谱相机(41)用于对草地样方内的植被冠层的光谱影像数据采集；所述固态激光雷达(42)用于对草地样方内的植被冠层的三维结构数据采集以及距离量测；

在具体处理时，固态激光雷达(42)对微调一段高度距离时就将采集的三维结构数据以及距离量测数据反馈给数据采集模块(40)；所述数据采集模块(40)则同步对多光谱相机(41)采集的光谱影像数据进行匹配，以此同步获取对应的光谱影像数据，收集能够反应植被生长健康状况的所述光谱影像数据；

所述光照模块(50)包括遮光单元(51)和补光单元(52)两部分；所述遮光单元用于对主体结构(10)下方预采集的草地样方内的植被进行阻断环境光干扰；所述补光单元用于为多光谱相机(41)提供稳定的光照条件以保障多光谱相机的数据采集质量。

2.根据权利要求1所述的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其特征在于：所述供电系统(30)包括锂电池组。

3.根据权利要求1所述的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其特征在于：所述主体结构(10)包括顶部平台、支撑臂(11)，定位销(12)，顶部把手(13)，伸缩杆(14)；其中，所述支撑臂(11)的数量为至少三根，多根所述支撑臂(11)的顶部铰接在所述顶部平台的底部，所述支撑臂(11)的底部设置有用于插入底下的尖端部；同一个长度位置处的相邻所述支撑臂(11)之间连接有所述伸缩杆(14)；所述伸缩杆(14)用于通过长度伸缩实现对主体结构(10)的微调；

所述定位销(12)与所述支撑臂(11)的位置一一对应；所述定位销(12)可拆卸插接在所述支撑臂(11)的底部不同位置处；所述定位销(12)用于对所述支撑臂(11)插入地下的深度位置进行微调；

所述顶部把手(13)设置在所述顶部平台的侧面处。

4.根据权利要求1所述的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其特征在于：所述主体结构(10)还包括侧方把手(15)；所述侧方把手(15)设置在所述支撑臂(11)的侧壁处。

5.根据权利要求1所述的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其特征在于：所述遮光单元(51)为可拆卸遮光帘。

6.根据权利要求1所述的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其特征在于：所述数据采集控制系统(20)包括：触控显示屏(21)、控制面板(22)、数据存储处理系统(23)，其中控制面板(22)上设置有开关按键及数据采集控制按键；

所述触控显示屏(21)用于控制数据存储处理系统(23)对数据采集任务设定参数以及采集数据的显示浏览处理；

所述触控显示屏(21)与数据存储处理系统(23)外壳通过旋转合页方式连接，在数据采集状态下触控显示屏(21)处于打开状态，在收纳状态下触控显示屏(21)处于关闭状态。

7.根据权利要求1所述的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其特征在于：所述控制面板(22)还包括USB数据传输接口及千兆网口；所述USB数据传输接口及千兆网口用于对所述光谱影像数据以及三维结构数据实现数据传输。

8.根据权利要求3所述的用于草地样方覆盖度数据采集的一体化系统，其特征在于：所述顶部把手(13)的数量为两个，两个所述顶部把手(13)设置在所述顶部平台的两个侧边处。。

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