CN211606647U - 一种用于树木病情和长势评估的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于树木病情和长势评估的系统，包括车体和多个图像传感器，所述的多个图像传感器安装在一环形支架上，采集图像时，所述环形支架向外伸出车体，套在树木冠层的外围，通过沿着树木冠层周向分布的所述多个图像传感器，即可从不同方位采集树木冠层的图像；所述车体的安装平台上安有垂直升降机构，环形支架通过摆臂结构与所述垂直升降机构的移动执行端连接，通过升降机构控制调节图像传感器的工作高度，通过摆臂结构控制环形支架向上或向下转动。本实用新型图像采集系统可实施多角度、多高度的图像采集，且采集工作效率高，易于操作控制和维护，适合推广使用。

Description

一种用于树木病情和长势评估的系统

技术领域

本实用新型属于园林植保技术领域，具体为一种用于树木病情和长势评估的系统。

背景技术

我国是林业大国，每年由于树木病虫害造成的损失极为严重。树木病虫害直接影响树木生长，对果实产量和质量影响极大，但是树木患病分布具有随机性，不可预估性，加之树叶繁密，不易观察，不易量化和标准化，疾病的病害程度不易描述和比较，仅通过人工防治评估病虫害极为困难。人工评估树木长势也存在同样的问题。所以基于图像处理的园林植保技术逐渐发展起来。

发明内容

本实用新型的技术目的在于提供一种新型的用于树木病情和长势评估的系统，可以全面采集树木冠层的图像，辅助管理人员对树木的病情或长势做更加准确全面的评估。

本实用新型的技术方案为：

一种用于树木病情和长势评估的系统，包括车体和多个图像传感器，其特征在于:

所述的多个图像传感器依次安装在一环形支架上，采集图像时，所述环形支架向外伸出车体，工作时套在树木冠层的外围，通过沿着树木冠层周向分布的所述多个图像传感器，从不同方位采集树木冠层的图像；

所述车体的安装平台上安装有垂直升降机构，环形支架通过摆臂结构与所述垂直升降机构的移动执行端连接，通过升降机构控制调节图像传感器的工作高度，并在采集工作结束后，通过摆臂结构控制环形支架向上或向下转动，使其靠近车体，收拢支架以及调节车体重心；

所述摆臂结构通过铰接结构与垂直升降机构的移动执行端活动连接，由安装在移动执行端上的电机带动旋转。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

进一步的，所述图像传感器安装在环形支架的下方，所述环形支架包括左右两个半环单元支架，所述半环单元支架由多关节机械臂构成，所述多关节机械臂的关节段之间具有可相对转动的自由度。

进一步的，所述图像传感器通过电动云台与环形支架连接，使图像采集的范围可以调整。

进一步的，本实用新型系统设有安装在所述升降机构顶部或摆臂结构顶部的摄像头，所述摄像头与图像处理器或外部图像显示器连接。

优选的，所述垂直升降机构采用丝杠机构，其移动执行端即螺母座。

优选的，所述多个图像传感器包括普通彩色相机、多光谱相机、激光扫描仪中的一种或多种。

进一步的，所述车体的前部和侧面安装有避障传感器，所述避障传感器与控制车体行走的控制器或警示装置连接。

进一步的，所述控制器搭载在车体上，设有行驶控制模块、无线传输模块和GPS导航模块，所述图像传感器与控制器连接，通过无线传输模块将采集图像反馈给外部的监测平台。

有益效果：

本实用新型系统工作时，基于车体的可移动型，工作时，将车载的环形支架套在树冠外围，结合升降机构的运动，可从不同高度的周向采集树冠图像，实施多角度、多高度的图像采集，全面反映树木冠层的生长情况，且本实用新型系统采集工作效率高，易于操作控制和维护，适合推广使用。

附图说明

图 1为本实用新型系统一实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型系统的工作方式示意图；

图3为利用图像传感器采集的图像建立的树冠模型的示意图；

图4为本实用新型系统另一实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

为了阐明本实用新型的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本实用新型做详细的介绍。

在利用本实施例系统针对林区进行图像采集时，可将待检测林区划分为若干片区，从每个片区中选定一个树木作为检测点。或者，设置样本采集片区，针对样本片区内的每颗树木采集图像，例如待测柑橘树共有一千棵，则以每一百棵作为一个样本，划分为十个片区，分别在片区柑橘树的四个角和中间各取一个样本，共取五个样本。

本实用新型系统的控制模式可以采用手动控制模式或自主控制模式，其结构组成和工作原理参考以下实施例。

实施例一：

一种用于树木病情和长势评估的系统，包括车体1以及安装在车体上的垂直升降机构、环形支架14、图像传感器16、控制器和电源模块等组成部分，所述电源模块为系统中的耗电元器件供电。

如图1所示，多个图像传感器16依次排列，分布在环形支架14的下方，通过吊杆15与环形支架14连接。

所述环形支架14包括左右两个结构对称的半环单元支架12，所述半环单元支架12由多关节机械臂构成，所述多关节机械臂设有多个关节段13，相邻关节段13在关节驱动电机的带动下，可在一定范围内相对转动，调整环形支架14的形状结构。

本实施例中，所述车体1采用现有的无人车，将其顶面设计为安装平台。所述垂直升降机构6采用丝杠机构。所述丝杠机构由丝杠驱动电机7、导轨支架6、螺杆5和螺母座10等组件构成。所述导轨支架6树立在车体顶部的安装平台上，与平台固定连接。所述螺母座10的前侧与环形支架14连接，后侧通过导轨滑块与导轨支架6连接，丝杠驱动电机7带动螺杆5旋转，驱动螺母座10顺着竖直的螺杆5上下移动。

所述环形支架13与摆臂结构11的一端固定连接，所述摆臂结构11的另一端通过铰接结构与丝杆机构的螺母座10活动连接。所述铰接结构包括铰支座8和转轴，所述铰支座固定安装在所述螺母座10上，且内部安装有转轴驱动电机。铰接结构的转轴横向摆放，安装在铰支座8的右侧，与摆臂结构11固定连接，且所述转轴上设有齿轮结构，转轴驱动电机通过与其啮合的传动齿轮控制转轴转动，使环形支架13可向上或向下翻转，收拢支架以及调整无人车的重心，避免张开的支架在水平面上占用较大空间，妨碍车体行走，以及提高车体在行驶过程中的稳定性。

所述车体1的前部安装有避障传感器3，侧面安装有避障传感器4,所述避障传感器可采用为超声波传感器或红外传感器，与控制器2连接，或与警示装置直接连接，提示控制器或执行手动控制的操作人员改变车体行走路径或消除障碍。

所述图像传感器16可以采用相机或激光扫描仪，相机可以是彩色相机或多光谱相机。所述控制器2包括行驶控制模块、电机控制模块和无线通讯模块，各图像传感器16的信号输出端与控制器2连接，通过无线通讯模块将采集的树冠图像实时反馈给外部的监测平台，或者暂存在控制器2的存储单元中。上述结构中，所述关节驱动电机、转轴驱动电机、丝杠驱动电机7以及车轮的驱动电机分别与控制器2连接，由电机控制模块根据现场遥控器或远程控制平台输入的控制信号，或预加载的自动控制程序控制各电机的启停。

本实施例系统的工作过程：

首先，车体需移动到靠近待检测树木的合适位置，车体停稳后，启动转轴驱动电机，将环形支架转到水平状态，之后利用关节驱动电机，将所述多关节机械臂调节成张开的半环状态，两机械臂合围构成一个圈住树干的圆环结构，所属圆环结构的直径要大于树冠的最大直径处。之后，启动丝杠机构的驱动电机，带动环形支架14以步进或持续升高的方式上移，当图像传感器16在不同的高度位置完成对树冠整体图像的采集后，关闭图像传感器16，降下环形支架14到丝杠的底部，将多关节机械臂调成收拢的状态，并向上翻转。张开的环形支架在行驶过程中容易增加晃动的程度，且较占空间，所述收拢的状态是指环形支架在水平面上的长幅或宽幅减小。或者，在完成对树冠整体图像的采集后，直接将环形支架升到树冠的上方，完成收拢和翻转，之后再下降。对一棵树木冠层的生长信息获取完毕后，控制无人车行驶到下一棵树木的位置，继续同样的操作流程，获取下一个树木的冠层信息。

受限于树木高度、树木之间的间距和树冠的宽幅，本实施例系统更适于用在对中小型树木，或大型树木生长期苗木的管理。针对树冠直径尺寸较小的树木，本实施例中的半环单元支架14也可以设计为一个整体的半环形杆体，如图4所示。

实施例二：

在实施例一的基础上，所述图像传感器16通过电动云台17与吊杆连接，所述电动云台17的驱动电机与控制器2的电机驱动模块连接，根据现场遥控器或远程控制平台输入的控制信号，或预加载的程序，在图像传感器16开始工作前，控制图像传感器16转到合适的图像采集角度。

实施例三：

在实施例一或实施例二的基础上，所述控制器2还包括图像识别处理器。在所述摆臂结构11的顶部安装有摄像头9，其随安装支架13一同升高。所述摄像头9的信号输出端与图像识别处理器连接，在环形支架的上升过程中，当摄像头9检测到树木冠层信息时，控制器2控制图像传感器16开始工作，在摄像头9检测不到树木信息时，控制器2控制图像传感器16关闭，以减少不必要的图像数据。针对树木冠层的图像识别技术为现有技术，此处对所述图像识别处理器不再展开介绍。

实施例四：

在实施例一或实施例二的基础上，在所述丝杠机构的顶部安装摄像头，用于采集无人车前方的树木影像。当无人车基于远程后台控制时，所述摄像头可将其图像信号通过无线通信模块传输到后台的图像显示器上，方便后台判断车体是否到达合适的检测位置。

实施例五：

在实施例一至实施例四中的任一实施例的基础上，本实施例系统改为采用集成有GPS导航模块的单片机控制器，所述单元机可采用STM32F407ZGT6芯片等。本实施例系统在工作时，通过所述GPS导航模块以及预先采集的检测地点位置或树木地理位置信息，自动控制车体基于预设的路线到达合适的检测位置。在车体到达合适的检测位置后，控制器基于预加载的程序自动控制系统开始采集树冠图像信息的工作流程。本实施例适用于自动控制模式。

在对上述各实施例系统采集的树冠图像数据的后期处理中：

对于激光扫描仪获取到的树冠点云数据，后期可利用3ds Max、Matlab等软件对树冠进行三维模型的构建和分块分析，如图3所示，基于三个相互垂直的虚拟平面19，将树冠模型18等分划分为A、B、C、D、E、F、G、H八个小块，利用软件根据每个小块内的点云数据的密度大小判断树木的茂盛程度，分析得出树木的长势情况。

对于获取到的树冠照片可利用MATLAB对其进行分析处理，通过比对健康树木的图片数据与患病树木的图片数据，提取出各类患病树木图片的特征点。据此，进行特征点比对不仅可以判断每张拍摄出的树木的图片是否是患病树木图片，还可以判断树木的患病区域位置和患病区域面积大小。利用Autodesk 123d等软件根据树木的图片构建树木的三维立体图像，由该立体图像肉眼直观地对树冠进行病情评估和长势评估。与之前步骤里所获得的评估结果进行对比和验证，校准之前的评估结果。

对于多光谱相机获得的信息，可以利用ENVI平台对多光谱图片进行分析处理。由于患病树木与健康树木的树叶元素分布面积不同，对比多光谱照片所反映出的元素分布面积差异，即可判断所拍摄的树木是否患病，如果患病则可以根据元素分布面积判断树木患病的面积。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种用于树木病情和长势评估的系统，包括车体和多个图像传感器，其特征在于:

所述的多个图像传感器依次安装在一环形支架上，采集图像时，所述环形支架向外伸出车体，工作时套在树木冠层的外围，通过沿着树木冠层周向分布的所述多个图像传感器，从不同方位采集树木冠层的图像；

所述车体的安装平台上安装有垂直升降机构，环形支架通过摆臂结构与所述垂直升降机构的移动执行端连接，通过升降机构控制调节图像传感器的工作高度，并在采集工作结束后，通过摆臂结构控制环形支架向上或向下转动，使其靠近车体，收拢支架以及调节车体重心；

所述摆臂结构通过铰接结构与垂直升降机构的移动执行端活动连接，由安装在移动执行端上的转轴驱动电机带动旋转。

2.根据权利要求1所述的一种用于树木病情和长势评估的系统，其特征在于，所述图像传感器安装在环形支架的下方，所述环形支架包括左右两个半环单元支架，所述半环单元支架由多关节机械臂构成，所述多关节机械臂的关节段之间具有可相对转动的自由度。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于树木病情和长势评估的系统，其特征在于，所述图像传感器通过电动云台与环形支架连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于树木病情和长势评估的系统，其特征在于，设有安装在所述升降机构顶部或摆臂结构顶部的摄像头，所述摄像头与图像处理器或外部图像显示器连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于树木病情和长势评估的系统，其特征在于，所述垂直升降机构为丝杠机构，其移动执行端即螺母座。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于树木病情和长势评估的系统，其特征在于，所述多个图像传感器为包括普通彩色相机、多光谱相机、激光扫描仪中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于树木病情和长势评估的系统，其特征在于，所述车体的前部和侧面安装有避障传感器，所述避障传感器与控制车体行走的控制器或警示装置连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于树木病情和长势评估的系统，其特征在于，所述控制器搭载在车体上，为集成有 GPS导航模块的单片机控制器。

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