CN208402864U - 基于热成像的无人机热血动物监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于热成像的无人机热血动物监测系统，包括监测服务器和至少一个数据采集组件，所述数据采集组件包括无人机和热成像仪，所述热成像仪安装在所述无人机的机架的底部并朝向地面拍摄，热成像仪通过无线网络与所述监测服务器连接。本实用新型利用无人机搭载热成像仪采集热血动物的相关信息，检测服务器将采集到的信息进行图像处理，建模，分析得到热血动物的种类、数量、种群分布和生活习性等有效数据，有利于对热血动物的查找、识别、统计和管理。应用到草原鼠兔，可以有效帮助获取鼠兔有关数据，从而科学有效的对草原鼠兔害灾害进行治理，降低草原生态破坏速度，提高畜牧业生产质量，保护环境有利于沙尘类空气污染的减缓。

Description

基于热成像的无人机热血动物监测系统

技术领域

本实用新型涉及动物监测领域，特别涉及一种基于热成像的无人机热血动物监测系统。

背景技术

我国国土资源大约有41%是草原，全国草原鼠害危害面积大约2908.4万公顷，全国千万亩草场已有80％以上严重退化，而鼠害却是草原退化的罪魁祸首之一，鼠害的防治是使农牧民受益较大的公益性项目，具有基础性、公益性、长期性的特点，属于公共需要范围，项目的建设和运行是为了关注社会公共利益，满足建设社会主义和谐社会的要求。目前有关草原鼠兔情监测与分析的研究发明目前仍处于科研阶段，针对草原鼠兔疫情的监测分析系统，尚未大规模投入市场，但是，近几年，鼠兔害问题一直制约着草原沙化和生态平衡，持续加剧草畜间的矛盾，破坏生态平衡，所以能研究出一套监测类似热血动物的系统，可以科学有效的对草原鼠兔害灾害进行治理，降低草原生态破坏速度，提高畜牧业生产质量，保护环境有利于沙尘类空气污染的减缓。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于热成像的无人机热血动物监测系统，利用无人机搭载热成像仪采集热血动物的相关信息，检测服务器将采集到的信息进行图像处理，建模，分析得到热血动物的种类、数量、种群分布和生活习性等有效数据，从而实现对热血动物的查找、识别、统计和管理。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

基于热成像的无人机热血动物监测系统，包括监测服务器和至少一个数据采集组件，所述数据采集组件包括无人机和热成像仪，所述热成像仪安装在所述无人机的机架的底部并朝向地面拍摄，所述热成像仪通过无线网络与所述监测服务器连接。

进一步地，所述的无人机包括机架、设于所述机架内部的飞控、均匀分布在所述机架外周的多个侧翼和两个安装在所述机架底部相对两侧的起落保护架，所述热成像仪位于所述起落保护架围成的空间内。

进一步地，所述的侧翼包括旋翼固定头、旋翼、无刷电机和安装座，所述无刷电机设于安装座上，所述无刷电机的输出轴与所述旋翼相连。

进一步地，所述起落保护架包括安装在所述机架底部的连接钢板、两个连接杆和支撑杆，所述连接杆的底部与所述连接钢板固定连接，所述支撑杆跨接于两个连接杆的顶部之间。

进一步地，所述连接钢板与所述机架的底部通过螺栓固定。

进一步地，所述热成像仪通过连接机构安装在所述机架的底部上，所述热成像仪的探头设于所述热成像仪盒体的底部，所述连接机构包括连接轴、固定架、减震器和舵机，所述固定架包括左臂、上臂和右臂，所述固定架的左右臂分别安装在热成像仪的两侧，所述连接轴的一端通过万向关节轴承A与机架的底部连接，另一端通过万向关节轴承B与所述固定架的上臂连接，固定架的上臂通过所述减震器与无人机机架连接；

所述舵机安装在所述固定架上，舵机的输出轴与接连转轴A连接，所述接连转轴 A与接连转轴B通过连杆铰接，转轴与所述接连转轴B连接，连接转轴A与连接转轴B等长，所述热成像仪通过转轴与固定架连接。

进一步地，所述侧翼的数量为4个或6个。

本实用新型的有益效果是：

1）利用无人机搭载热成仪采集草原鼠兔相关信息，采集到的信息通过无线网络与监测服务器相连，服务器系统对信息进行图像处理，建模，分析得到热血的种类、数量、种群分布和生活习性等有效数据，实现了对草原鼠兔等热血动物的查找、识别、统计和管理可以有效帮助获取鼠兔情数据，可以科学有效的对草原鼠兔害灾害进行治理，降低草原生态破坏速度，提高畜牧业生产质量，保护环境有利于沙尘类空气污染的减缓，对改善草原生态平衡和降低畜牧业的生态危害也能起到很大的作用。

2）本实用新型利用热红外技术采集图像信息，监测服务器根据采集的信息自动统计热血动物的种类、数量和分布，这样智能化得到的数据比较精确，对将来实现草原智能放牧与牧场管理有重要的参考意义。

3）起落保护架安装在机架的下方，一方面可以在无人机起落地时减少主机架震动，另一方面在起落时保护热成像仪不受损坏，同时在支撑杆上设有防滑垫片可防止无人机落地后因惯性的滑行，使用手拿无人机时预防无人机滑落而且不会伤到手，支撑杆又极大的加固了固定架的坚固程度，在无人机降落时受到冲击力也不会使固定架脱落，有效的保护了无人机的机体和热成像仪。

4）固定架和机架底座之间通过关节轴承安装减震器，利用了关节轴承和减震器的特性，不影响热成像仪所受的重力作用，可以防止热成像仪乱转，同时关节轴承可同时承受径向负荷轴向负荷，因此热成像仪可以在一定角度范围内作倾斜运动。

附图说明

图1为本实用新型系统流程图；

图2为无人机搭载热成像仪的结构示意图；

图3为本实用新型热成像仪安装结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图中，1-无人机，2-热成像仪，201-探头，3-机架，4-侧翼，401-旋翼固定头，402-旋翼，403-无刷电机，404-安装座，5-起落保护架，501-连接钢板，502-连接杆，503-支撑杆，6-连接轴，7-固定架，8-减震器，9-舵机，10-万向关节轴承A，11-万向关节轴承B，12-接连转轴A，13-接连转轴B，14-连杆，15-转轴。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：

如图1-2所示，基于热成像的无人机热血动物监测系统，包括监测服务器和至少一个数据采集组件，所述数据采集组件包括无人机1和热成像仪2，所述热成像仪2安装在所述无人机1的机架3的底部并朝向地面拍摄，所述热成像仪2通过无线网络与所述监测服务器连接。针对某一草原范围，通过六轴或四轴无人机搭载热成像设备，以等高规划的路径进行监测，通过后台图像采集，利用检测服务器自动建模并结合互联网+与大数据技术，自行判断鼠兔害种类、数量、种群分布、生活习性等情况。使用无人机搭载热成像仪获得图像，利用热红外图像的识别算法实现对图像中草原鼠兔的数目统计，调用编辑现有的库函数，通过系统结构的搭建，对特征区域进行边缘查找，查找出所有特征区的边缘，再进行多边形包围每一个特征边缘，实现了对图像部分鼠兔大小的模拟计算、坐标和数量的统计，操作时我们仅仅需要点击目标图片，系统自动就会就行抓取图片，滤波，筛选，降噪，多边形逼近轮廓，获取矩形和圆形边界框，画出多边形轮廓和包围的矩形框以及圆形框，自动判断坐标位置和辨别目标数量。至于上述热红外图像的识别算法，可根据对象所占图像面积进行识别，认定面积在15-25cm²的对象为老鼠，该算法简单易于实现，也属于现有常规手段，这里不再赘述。

所述的无人机1包括机架3、设于所述机架3内部的飞控、均匀分布在所述机架3外周的多个侧翼4和两个安装在所述机架3底部相对两侧的起落保护架5，所述热成像仪2位于所述起落保护架5围成的空间内。所述侧翼4的数量为4个或6个。所述飞控是六轴或四轴旋翼飞行器的核心，本机使用的是Pixhawk2.4.6 PX4 飞控，包含主控板、IMU、GPS指南针。所述飞控的作用是，在没有控制的情况下，飞控可以使飞行器自主平衡飞行和定位悬停飞行，可以实现多轴自动定点巡航失控返航；人为遥控或者自主控制的信号，控制电调的输出，进而调整螺旋桨的转速,来调节飞行器的起飞、悬停、俯仰、滚转、偏航、降落等机动。

所述的侧翼4包括旋翼固定头401、旋翼402、无刷电机403和安装座404，所述无刷电机403设于安装座404上，所述无刷电机403的输出轴与所述旋翼402相连。本机选择无刷电机作为飞行的动力，无刷电机具有寿命长、噪音小、可控性强等优点。锂电池提供的是直流电，电子调速器将其变成三相交流电，遥控器或飞控会发出控制信号，控制电机的转速，实现对飞机飞行的控制。可以采用飞越 Tarot 6S 380KV 4108多旋翼盘式无刷电机，它具有寿命长、高效率、低耗电、低噪声、控制稳定的优越特性。

所述起落保护架5包括安装在所述机架3底部的连接钢板501、两个连接杆502和支撑杆503，所述连接杆502的底部与所述连接钢板501固定连接，所述支撑杆503跨接于两个连接杆502的顶部之间。所述支撑杆503与连接杆502之间可以焊接固定。所述连接钢板501与所述机架3的底部通过螺栓固定。无人机在降落时，无人机机体直接与地面接触，容易造成无人机损坏，在机架3底部设置起落保护架5，连接钢板501将加强起落保护架固定于无人机的机架3架下端，使起落保护架5不会因冲击力而脱落。起落保护架5一方面可以在无人机落地时减少主机架的震动，在支撑杆503上还可以设置防滑垫片可防止无人机落地后因惯性的滑行，使用手拿无人机时预防无人机滑落而且不会伤到手，极大的加固了固定架的坚固程度，在无人机降落时受到冲击力也不会使固定架脱落，有效的保护了无人机的机体和热成像仪2。

如图3-4所示，所述热成像仪2通过连接机构安装在所述机架3的底部上，所述热成像仪2的探头201设于所述热成像仪2盒体的底部，所述连接机构包括连接轴6、固定架7、减震器8和鸵机9，所述固定架7包括左臂、上臂和右臂，所述固定架7的左右臂分别安装在热成像仪2的两侧，安装好后的热成像仪2在所述减震架围成的空间内部，这样可以保护热成像仪2在飞行中以及降落时不受损坏。

所述连接轴6的一端通过万向关节轴承A10与机架3的底部连接，另一端通过万向关节轴承B11与所述固定架7的上臂连接，固定架7的上臂通过所述减震器8与无人机机架3连接，所述舵机9安装在所述固定架7上，舵机9的输出轴与接连转轴A12连接，所述接连转轴A12与接连转轴B13通过连杆14铰接，转轴15与所述接连转轴B13连接，连接转轴A12与连接转轴B13等长，所述热成像仪2通过转轴15与固定架7连接。无人机在空中悬停时，航拍装置工作，热成像仪2与固定架7固定连接，固定架7通过由连接轴6与固定于机架3底部与万向关节轴承 A 相连接，在空中受重力作用垂直向下，连接轴6的一端和关节轴承 B 与固定架7连接，减震器8的两端也分别通过万向关节轴承固定于机架3的底座和固定架7上，利用关节轴承和减震器的特性，不影响热成像仪2所受的重力作用， 可以防止热成像仪2乱转。因热成像仪2永远受垂直向下的重力，且关节轴承可同时承受径向负荷轴向负荷，因此热成像仪2可以在一定角度范围内作倾斜运动，当无人机机身摇晃或倾斜时，在关节轴承 A 的 作用下，热成像仪2永远受垂直向下的重力，保持状态不变，达到成像稳定的目的。如果需要调整拍摄的俯仰角度时，舵机9工作，带动接连转轴12以舵机 8输出轴为中心转动，接连转轴12通过连杆14同步带动接连转轴13转动，接连转轴13与转轴 15 固定连接，转轴 15 与热成像仪2固定连接，最终带动热成像仪2倾斜转动。

本实用新型不仅仅针对草原鼠兔，可以应用于所有热血动物的查找，识别，统计和管理等方面，诸如：草原智能放牧与牧场管理、区域性生物调查研究、国境智能边防巡逻等等。本实用新型通过四轴或六轴无人机搭载热成像仪，以等高规划的S形路径进行监测，通过后台图像采集，利用监测服务器自动建模并结合互联网+与大数据技术，自行判断鼠兔害种类、数量、种群分布、生活习性等情况，为科研单位以及保护站提供高效性数据，还可以改善农牧民群众生产、生活环境，促进草地畜牧业发展，巩固退耕还草项目成果，提高了农牧民发展畜牧业生产的积极性，为科学养畜提供了物质保障，增加了农牧民畜牧养殖的收入，为实现畜牧业的稳定可持续发展发挥了积极的作用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.基于热成像的无人机热血动物监测系统，其特征在于：包括监测服务器和至少一个数据采集组件，所述数据采集组件包括无人机（1）和热成像仪（2），所述热成像仪（2）安装在所述无人机（1）的机架（3）的底部并朝向地面拍摄，所述热成像仪（2）通过无线网络与所述监测服务器连接。

2.根据权利要求1所述的基于热成像的无人机热血动物监测系统，其特征在于：所述的无人机（1）包括机架（3）、设于所述机架（3）内部的飞控、均匀分布在所述机架（3）外周的多个侧翼（4）和两个安装在所述机架（3）底部相对两侧的起落保护架（5），所述热成像仪（2）位于所述起落保护架（5）围成的空间内。

3.根据权利要求2所述的基于热成像的无人机热血动物监测系统，其特征在于：所述的侧翼（4）包括旋翼固定头（401）、旋翼（402）、无刷电机（403）和安装座（404），所述无刷电机（403）设于安装座（404）上，所述无刷电机（403）的输出轴与所述旋翼（402）相连。

4.根据权利要求2所述的基于热成像的无人机热血动物监测系统，其特征在于：所述起落保护架（5）包括安装在所述机架（3）底部的连接钢板（501）、两个连接杆（502）和支撑杆（503），所述连接杆（502）的底部与所述连接钢板（501）固定连接，所述支撑杆（503）跨接于两个连接杆（502）的顶部之间。

5.根据权利要求4所述的基于热成像的无人机热血动物监测系统，其特征在于：所述连接钢板（501）与所述机架（3）的底部通过螺栓固定。

6.根据权利要求1所述的基于热成像的无人机热血动物监测系统，其特征在于：所述热成像仪（2）通过连接机构安装在所述机架（3）的底部上，所述热成像仪（2）的探头（201）设于所述热成像仪（2）盒体的底部，所述连接机构包括连接轴（6）、固定架（7）、减震器（8）和舵机（9），所述固定架（7）包括左臂、上臂和右臂，所述固定架（7）的左右臂分别安装在热成像仪（2）的两侧，所述连接轴（6）的一端通过万向关节轴承A(10)与机架（3）的底部连接，另一端通过万向关节轴承B(11)与所述固定架（7）的上臂连接，固定架（7）的上臂通过所述减震器（8）与机架（3）连接；

所述舵机（9）安装在所述固定架（7）上，舵机（9）的输出轴与接连转轴A（12）连接，所述接连转轴 A（12）与接连转轴B（13）通过连杆（14）铰接，转轴（15）与所述接连转轴B（13）连接，连接转轴A（12）与连接转轴B（13）等长，所述热成像仪（2）通过转轴（15）与固定架（7）连接。

7.根据权利要求2所述的基于热成像的无人机热血动物监测系统，其特征在于：所述侧翼（4）的数量为4个或6个。