CN208715485U - 一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备 - Google Patents
一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备，包括无人机机体、动力系统、航电系统、地面控制系统和三光相机；所述动力系统、航电系统以及三光相机装在于无人机机体上，且动力系统以及三光相机均与所述航电系统相连；所述航电系统与地面控制系统进行无线通信连接；通过搭载在无人机上三光相机对农业区域进行准确且及时的数据采集。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机领域和农业航空遥感领域，一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备。
背景技术
随着现代农业的迅猛发展，各个国家都在大力发展农业领域的新技术应用，不断提高农业劳动生产率和农资利用率，在大力挖掘潜力、降低成本的同时，减少了化肥、农药、石油对环境的污染，达到经济效益、社会效益、生态效益的同步增长、持续发展。在这种发展大趋势下，农业数据的采集越来越成为农业环境监测、评估中必不可少的环节。
在传统的数据采集领域，因为受到采集设备的体积、功耗等诸多因素的限制，故大多是采用地面监测、卫星监测或者有人飞机航空监测。近几年，随着技术的发展，数据采集设备的小型化和低功耗逐步得以实现；同时，无人机技术也得到了快速发展，尤其是固定翼无人机，具有方便灵活，续航时间长，飞行速度快和成本低等优点，逐渐成为精准农业数据采集的有力补充和替代。
卫星遥感系统因为卫星高度的问题，预报准确率低，需要地面进行核实，且较小的信息不易被观测到，且地面信息容易受到云层的遮挡。同时，由于卫星轨道周期的影响，导致卫星遥感系统并不能提供实时的遥感信息。
地面监测主要是在监测区域通过人工巡查与定点传感器相结合的方式进行监测，但是其观察效果受地形地势的影响，覆盖面积小、有死角和空白；在交通不便的区域，无法进行地面巡护，只能单用视频监测方法来弥补。
常规航空遥感主要是利用载人飞机进行日常监控，也存在着诸多不足：天气情况不好时飞机难以起飞，同时受航线、时间的限制，只能一天对某一区域进行一次观察，而且租用飞机费用昂贵，长期成本会很高。
现有关于精准农业遥感平台公开的技术主要有公布号为CN104881042A的专利和公布号为CN204695108U的专利。
公布号为CN204695108U的专利“通过四轴飞行器块搭载RGB相机和多光谱相机，分别实现RGB图像和特定波段遥感图像的采集”，该专利中使用的四轴飞行器目前普遍存在这续航时间短，飞行速度慢的问题，无法在大规模的农业生产中普遍使用，更适用于小面积区域的数据采集。
公布号为CN104881042A的专利是“通过气球携带无人机到高空进行投放，再通过无人机搭载的设备进行高空和低空的数据采集”，该专利中使用的气球在实际使用中受外界环境影响极大，难以做到精确控制；其次，气球的载重量小，难以搭载无人机及全套数据采集设备；再次，气球的使用维护极其麻烦；最后，无人机在低空段通过滑翔模式进行数据采集并不能保证对任务区域做到全覆盖。
发明内容
本实用新型提供了一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备，其目的在于，克服现有技术中农业区域数据采集不及时和不准确的问题。
一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备，包括无人机机体、动力系统、航电系统、地面控制系统和三光相机；
所述动力系统、航电系统以及三光相机装在于无人机机体上，且动力系统以及三光相机均与所述航电系统相连；
所述航电系统与地面控制系统进行无线通信连接；
所述三光相机包括可见光数据采集模块、近红外数据采集模块、差分GPS模块、热红外数据采集模块、稳压供电模块以及航拍控制模块，所述可见光数据采集模块、近红外数据采集模块、热红外数据采集模块、差分GPS模块及稳压供电模块均与所述航拍控制模块相连。
该方案采用类似民航的固定翼无人机与可见光数据采集模块、近红外数据采集模块/热红外数据采集模块的设计，使得该设计下的无人机更适应于大规模的农业生产数据采集和研究。
常见的航电系统主要指的是自动驾驶仪系统和通信系统；
可见光数据采集模块、近红外数据采集模块可以采用索尼的ILCE-7R相机；
热红外数据采集模块采用红外热成像仪；
进一步地，所述无人机机体包括机身2、机翼1、尾管3和尾翼4，所述机翼和尾管分别固定在机身的上部和后部，所述尾翼固定在尾管上。
进一步地，所述机翼包括三段，分别为左端、中端及右端；所述机翼的左端和右端分别通过锁定结构锁定在机翼的中端12两侧；机翼1整体通过固定孔位插入机身2上部，再通过螺栓与机身2进行锁定；尾管3插入机身2后部，再通过螺栓与机身2进行锁定；尾翼4通过自锁机构锁定在尾管3后部；降落伞5安装在机身后部的伞仓中。
无人机发生故障时，采用开伞降落；
进一步地，所述动力系统包括高能电池7、电调8、电机9和螺旋桨10；
高能电池7安装在机体前部的电池仓21内；电调与电机相连，固定在机翼的中端，且分布于机身的两侧，螺旋桨10安装在电机9上，且所述高能电池为所述电调供电；
所述高能电池的电池容重比大于250Wh/kg。
常见的动力电池容重比在150-190Wh/kg；
进一步地，所述电调外安装有导流罩。
所述引流罩以引导气流为电调8进行快速散热；
进一步地，所述航电系统包括飞行GPS模块、飞行控制模块以及飞行通信模块；
所述飞行GPS模块以及飞行通信模块均与所述飞行控制模块相连。
飞行GPS模块可以实时采集GPS卫星所提供的该无人机所处的三维位置信息经度、维度、高度；
飞行控制模块根据事先或实时导入的任务路线，控制无人机在GPS模块的精确定位下按照任务航线设置飞行；
飞行通信模块则将空中的无人机与地面控制站相连通，将无人机的速度、高度、坐标、三轴角度等参数实时回传到地面控制站，也可将接收到的地面操作人员的操作实时传递给飞行控制模块；
进一步地，所述地面控制系统包括地面控制站与地面通信模块，所述地面控制站通过地面通信模块与飞行通信模块进行无线通信。
有益效果
本实用新型提供了一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备，包括无人机机体、动力系统、航电系统、地面控制系统和三光相机；所述动力系统、航电系统以及三光相机装在于无人机机体上，且动力系统以及三光相机均与所述航电系统相连；所述航电系统与地面控制系统进行无线通信连接；通过搭载在无人机上三光相机对农业区域进行准确且及时的数据采集，相比于现有技术而言，具有以下优点：
1)搭载的三光相机可同时采集目标区域的可见光数据、近红外数据和热红外数据，并辅以高精度GPS数据，方便进行后期的数据处理；
2)无人机作为低空飞行器，取得的数据的精度非常高，更适合精准农业配套使用；
3)无人机机动、灵活，可根据使用需求随时进行任务作业；
4)固定翼无人机受天气、环境的影响较小，可以进行长时间、多频次的监控；
5)固定翼无人机的续航时间长，飞行速度快，适合在大面积的精准农业调查中使用；
6)固定翼无人机的技术来源于传统的航空技术，非常成熟，可靠性和安全性高，维护、运营费用更低。
附图说明
图1为本发明中所述设备系统结构示意图；
图2为本发明中所述设备的工作示意图；
图3为本发明中所述设备的主视图；
图4为本发明中所述设备的仰视图；
图5为本发明中三光相机的系统结构示意图；
附图标号说明：1、机翼；2、机身；21、电池仓；22、任务设备仓；23、伞仓；3、尾管；4、尾翼；5、降落伞；6、数据采集窗口；7、高能电池；8、电机；9、电调；10、螺旋桨；11、地面控制站；12、地面通信模块；13、可见光数据采集模块；14、近红外数据采集模块；15、热红外数据采集模块；16、差分GPS模块；17、稳压供电模块；18、航拍控制模块。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1-图5所示，三光相机一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备，包括无人机机体、动力系统、航电系统地面控制系统和三光相机；
所述动力系统、航电系统以及三光相机装在于无人机机体上，且动力系统以及三光相机均与所述航电系统相连；
所述航电系统与地面控制系统进行无线通信连接；
所述三光相机包括可见光数据采集模块、近红外数据采集模块、差分GPS模块、稳压供电模块以及航拍控制模块，所述可见光数据采集模块、近红外数据采集模块、差分GPS模块及稳压供电模块均与所述航拍控制模块相连。
航拍控制模块18接收航电系统发出的拍照命令，同时控制可见光数据采集模块13、近红外数据采集模块14、热红外数据采集模块15和差分GPS模块16进行数据采集。
该方案采用类似民航的固定翼无人机与可见光数据采集模块、近红外数据采集模块的设计，使得该设计下的无人机更适应于大规模的农业生产数据采集和研究，而现有技术中使用的旋翼机与光谱相机的设计，续航时间短，速度低、载荷小，单次作业面积小，且采集数据分辨率低、波段数据有限，且采集的照片幅宽较窄。
常见的航电系统主要指的是自动驾驶仪系统和通信系统；
在本实例中可见光数据采集模块、近红外数据采集模块采用索尼的ILCE-7R相机，热红外数据采集模块采用红外热成像仪，参数指标如下：
| 采集波段(nm) | 有效像素 | 分辨率 | 镜头(mm) | 200m高度单张照片幅宽(m) | |
| 可见光相机 | 380～780 | 4240万 | 7952*5304 | 35 | 205*137 |
| 近红外相机 | 780～1100 | 4240万 | 7952*5304 | 35 | 205*137 |
| 热红外相机 | 750～1350 | 33万 | 640*512 | 9 | 270*210 |
具体而言，本方案的无人机机体包括机身2、机翼1、尾管3和尾翼4，所述机翼和尾管分别固定在机身的上部和后部，所述尾翼固定在尾管上。所述机翼包括三段，分别为左端、中端及右端；所述机翼的左端和右端分别通过锁定结构锁定在机翼的中端12两侧；机翼1整体通过固定孔位插入机身2上部，再通过螺栓与机身2进行锁定；尾管3插入机身2后部，再通过螺栓与机身2进行锁定；尾翼4通过自锁机构锁定在尾管3后部；降落伞5安装在机身后部的伞仓中。当无人机发生故障时，采用开伞降落。
动力系统包括高能电池7、电调8、电机9和螺旋桨10；
高能电池7安装在机体前部的电池仓21内；电调与电机相连，固定在机翼的中端，且分布于机身的两侧，螺旋桨10安装在电机9上，且所述高能电池为所述电调供电；
高能电池的电池容重比大于250Wh/kg，而现有技术中仅采用动力电池容重比在150-190Wh/kg的动力电池；
而本方案中的无人机具有如下工作指标，能够更好的进行遥感数据采集；
| 动力类型 | 续航时间 | 巡航速度 | 最大航程 | 升限 | 标准载荷 | 最大载荷 | 抗风能力 |
| 电动 | 3h | 80km/h | 240km | 5500m | 2.5kg | 5kg | 6级 |
为了使得本方案中的无人机散热效果更好，在电调外安装有导流罩，引流罩用于引导气流为电调8进行快速散热；
具体地，本方案中的航电系统包括飞行GPS模块、飞行控制模块以及飞行通信模块；飞行GPS模块以及飞行通信模块均与所述飞行控制模块相连。
飞行GPS模块可以实时采集GPS卫星所提供的该无人机所处的三维位置信息经度、维度、高度；飞行控制模块根据事先或实时导入的任务路线，控制无人机在GPS模块的精确定位下按照任务航线设置飞行；
飞行通信模块则将空中的无人机与地面控制站相连通，将无人机的速度、高度、坐标、三轴角度等参数实时回传到地面控制站，也可将接收到的地面操作人员的操作实时传递给飞行控制模块；
而地面控制系统包括地面控制站与地面通信模块，所述地面控制站通过地面通信模块与飞行通信模块进行无线通信。
本方案的所述的无人机工作过程如下：
1)在无人机进行作业前，应对无人机各部分进行全面的检查；
2)检查无误后，给无人机进行上电操作，GPS模块自动开始进行卫星定位；
3)定位完成后，地面操作人员通过地面控制站编辑任务路线，编辑完成后通过通信模块上传给无人机的飞行控制模块；
4)航线上传完成后，即可进行起飞操作：固定在机翼(1)上的电机(8)开始启动，发动机上的螺旋桨(10)发生旋转，并产生向后的推力；
5)无人机在发动机推力和机翼升力的作用下升空飞行；
6)无人机起飞后，飞行控制模块根据起飞航线的设置，控制无人机在起飞点盘旋并提升高度，直至达到任务飞行高度；
7)到达任务飞行高度后，飞行控制模块切换到任务航线，控制无人机按照设定的任务航线和指定的空速进行任务作业飞行；
8)在到达指定区域后，飞行控制模块控制三光相机进行数据采集(间隔一定的时间或者距离)；
9)完成作业后，飞行控制模块切换到返航航线，控制无人机返回到起飞点的上空盘旋并降低高度；
10)当确认任务完成后，地面操作人员控制无人机以滑跑或者伞降的方式进行降落。
以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本实用新型精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种搭载有三光相机的农业遥感数据采集设备，其特征在于，包括无人机机体、动力系统、航电系统、地面控制系统和三光相机；
所述动力系统、航电系统以及三光相机装在于无人机机体上，且动力系统以及三光相机均与所述航电系统相连；
所述航电系统与地面控制系统进行无线通信连接；
所述三光相机包括可见光数据采集模块、近红外数据采集模块、热红外数据采集模块、差分GPS模块、稳压供电模块以及航拍控制模块，所述可见光数据采集模块、近红外数据采集模块、热红外数据采集模块、差分GPS模块及稳压供电模块均与所述航拍控制模块相连。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无人机机体包括机身(2)、机翼(1)、尾管(3)和尾翼(4)，所述机翼和尾管分别固定在机身的上部和后部，所述尾翼固定在尾管上。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述机翼包括三段，分别为左端、中端及右端；所述机翼的左端和右端分别通过锁定结构锁定在机翼的中端(12)两侧；机翼(1)整体通过固定孔位插入机身(2)上部，再通过螺栓与机身(2)进行锁定；尾管(3)插入机身(2)后部，再通过螺栓与机身(2)进行锁定；尾翼(4)通过自锁机构锁定在尾管(3)后部；降落伞(5)安装在机身后部的伞仓中。
4.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述动力系统包括高能电池(7)、电调(8)、电机(9)和螺旋桨(10)；
高能电池(7)安装在机体前部的电池仓(21)内；电调与电机相连，固定在机翼的中端，且分布于机身的两侧，螺旋桨(10)安装在电机(9)上，且所述高能电池为所述电调供电；
所述高能电池的电池容重比大于250Wh/kg。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述电调外安装有导流罩。
6.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述航电系统包括飞行GPS模块、飞行控制模块以及飞行通信模块；
所述飞行GPS模块以及飞行通信模块均与所述飞行控制模块相连。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述地面控制系统包括地面控制站与地面通信模块，所述地面控制站通过地面通信模块与飞行通信模块进行无线通信。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109625268A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-04-16 | 北京云影飞扬科技有限公司 | 一种新型农业遥感用电动固定翼无人机 |
| CN112470071A (zh) * | 2020-02-28 | 2021-03-09 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 三光相机、云台结构及移动平台 |
| CN113002797A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-06-22 | 滁州学院 | 一种采用无人机遥感技术的农作物估产系统 |
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| CN113002797A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-06-22 | 滁州学院 | 一种采用无人机遥感技术的农作物估产系统 |
| CN113002797B (zh) * | 2021-04-09 | 2022-01-11 | 滁州学院 | 一种采用无人机遥感技术的农作物估产系统 |
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