CN212861863U

CN212861863U - 基于无人机的植物群落统计监测系统

Info

Publication number: CN212861863U
Application number: CN202021503516.5U
Authority: CN
Inventors: 李涛; 王坎; 张中信; 文威; 莫琼
Original assignee: Central Southern Safety & Environment Technology Institute Co ltd; Anqing Normal University
Current assignee: Central Southern Safety & Environment Technology Institute Co ltd; Anqing Normal University
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2030-07-27

Abstract

本实用新型公开一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身、机臂和旋翼；所述机身的底部设有摄像机和机载激光雷达；所述机身的顶部设有气象监测装置；所述机身内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机、机载激光雷达、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。本实用新型的监测系统解决了现有无人机在执行生物量统计任务时，无法实时监测无人机所在区域的气象数据信息，从而无法预估恶劣天气的问题。

Description

基于无人机的植物群落统计监测系统

技术领域

本实用新型属于无人机监测技术领域，具体是一种基于无人机的植物群落统计监测系统。

背景技术

传统的植物群落调查统计方法耗费大量人力物力，且统计困难、计数不准确，将无人机应用于数量统计领域可大大提高统计的准确性和快速性。通过无人机搭载的摄像头采集的数据信息量庞大，通过对数据图像自动分析，提取目标图像，快速准确的实现一定区域内群落物种组成和分布信息，为生态环境评价和管理提供支持。

传统的植被调查多采用人工方法，虽然调查详细、准确率高，但人力、财力耗费大且周期长，无法满足植被信息快速更新的需求。无人机遥感具有客观、高效等特点，可在短期内获取较大范围地面信息，加之其影像空间分辨率高，在信息的分类与快速更新方面具有很大优势。近年来很多学者利用无人机数据进行了植被信息提取的相关研究，如田振坤等利用无人机影像，基于农作物波谱特征及归一化差分植被指数一化差分植被指数(normalized difference vegetation index，NDVI)变化阈值对农作物进行快速分类提取，其结果表明该方法有较高的正确率及普适性；王小钦等利用基于无人机影像生成的可见光波段差异植被指数(Visible-band difference vegetation index，VDVI)和归一化绿红差异指数(normalized green-red difference index,NGRDI)等提取植被信息，发现VDVI适用于仅含可见光波段无人机遥感影像的健康绿色植被信息提取；杨柳等[1]利用NDRGI提取无人机影像城市绿地信息，精度达到80.23％；井然等从微型无人机数据生成的可见光植被指数中选取最优植被指数提取研究区水生植被，取得较好效果，证明了其可行性；周在明等[5]利用无人机影像构建基于可见光波段的改进型土壤调整植被指数，实现了对入侵物种互花米草植被信息的有效提取，总体精度达到89％。

机载激光雷达测量(Light Detection And Ranging，LIDAR)是一种新兴的主动遥感测量技术，可以直接高效地获取高精度的地面高程信息，且不受天气影响，被广泛应用于测绘、林业应用等领域。机载激光雷达对植被具有很强的穿透能力，因此能够快速、直接、大范围地获取高精度的植被三维信息。而传统光学遥感仅能够提供植被的二维平面信息和光谱信息。两者相较而言，机载激光雷达不但能够提供水平结构的地形信息，而且能提供垂直结构的森林冠层信息。在矿区生态恢复监测中具有广阔的应用前景。

申请号为CN208477111U的专利公开了一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，涉及森林树高以及生物量监测领域。本实用新型通过使用搭载激光雷达扫描设备的无人机组成的无人机数据采集系统，将采集到的点云数据和影像数据传输至地面中心，在地面中心快速生成高精度DEM成果、高精度DOM成果，森林区域三维模型，森林树高提取结果，供进一步做森林生物量反演和监测评估，显著提高了区域森林树高和生物量估算的精度，并突破了时间、空间以及气象条件的限制。

现有的无人机在野外执行生物量统计任务时，经常容易遭受到恶劣天气的影响(例如暴风雨、阵雨、强风等天气)，轻则影响数据采集效果，重则容易造成无人机坠毁甚至人员伤亡；现有的无人机无法在执行摄像任务和激光雷达扫描任务的同时实时监测无人机所在区域的气象数据信息，无法预估无人机所在区域的气候信息。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于无人机的植物群落统计监测系统，解决现有无人机在执行生物量统计任务时，无法实时监测无人机所在区域的气象数据信息，从而无法预估恶劣天气的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身、机臂和旋翼；所述机身的底部设有摄像机和机载激光雷达；所述机身的顶部设有气象监测装置；所述机身内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机、机载激光雷达、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。

具体地，所述气象监测装置包括筒体，所述筒体底部设有安装座，所述安装座上设有温度传感器、湿度传感器和气压传感器；所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器均分别与数据存储模块、通信模块连接。

具体地，所述筒体的侧壁为镂空结构，通过将筒体的侧壁设为镂空结构，可以在保护筒体内部传感器不受损坏的同时，让外界空气进入筒体内部，使得温度传感器、湿度传感器、气压传感器有效监测外界空气的温度、湿度和压强数据，从而为天气预估提供数据支持。

具体地，所述筒体的顶端安装有风速风向传感器，所述风速风向传感器分别与数据存储模块、通信模块连接；通过在筒体顶端设置风速风向传感器，当无人机在高空悬停时，风速风向传感器可以有效监测无人机所在位置的风速、风向信息，从而为天气预估提供数据支持。

优选地，所述摄像机为高光谱影像摄影机。

具体地，所述摄像机通过电动云台安装在机身底部，所述电动云台与机身内部的飞控板电连接，可通过遥控控制电动云台调节摄像机的拍摄角度，从而获取更多的图像数据。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过气象监测装置实时监测无人机所在区域的气象数据(包括大气温度、湿度、气压、风速、风向)，并将监测到的气象数据传输给地面测控站，地面测控站根据气象数据预测待测区域的气象信息，当预测到即将遭遇恶劣天气时，可通过地面测控站控制无人机提前返航，避免无人机在恶劣天气中工作，从而提高了无人机工作的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种基于无人机的植物群落统计监测系统的结构示意框图；

图2为本实用新型中无人机的仰视结构示意图；

图3为本实用新型中无人机的俯视结构示意图；

图4为本实用新型中机身的侧视结构示意图；

图中：1、机身；2、机臂；3、旋翼；4、摄像机；5、机载激光雷达；6、筒体；7、安装座；8、温度传感器；9、湿度传感器；10、气压传感器；11、风速风向传感器；12、电动云台。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至3所示，本实施例提供了一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身1、机臂2和旋翼3；所述机身1的底部设有摄像机4和机载激光雷达5；所述机身1的顶部设有气象监测装置；所述机身1内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机4、机载激光雷达5、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。

具体地，如图4所示，所述气象监测装置包括筒体6，所述筒体6底部设有安装座7，所述安装座7上设有温度传感器8、湿度传感器9和气压传感器10；所述温度传感器8、湿度传感器9、气压传感器10均分别与数据存储模块、通信模块连接。

具体地，所述筒体6的侧壁为镂空结构，通过将筒体6的侧壁设为镂空结构，可以在保护筒体6内部传感器不受损坏的同时，让外界空气进入筒体6内部，使得温度传感器8、湿度传感器9、气压传感器10有效监测外界空气的温度、湿度和压强数据，从而为天气预估提供数据支持。

具体地，所述筒体6的顶端安装有风速风向传感器11，所述风速风向传感器11分别与数据存储模块、通信模块连接；通过在筒体6顶端设置风速风向传感器11，当无人机在高空悬停时，风速风向传感器11可以有效监测无人机所在位置的风速、风向信息，从而为天气预估提供数据支持。本实施例中，当所述无人机在高空悬停时，旋翼3转动会导致旋翼3上方产生一个风场的扰动层，本是实例中的风速风向传感器11安装在筒体6顶端，其高度位于旋翼3上方，超出了扰动层，因此风速风向传感器11的检测结果不会受到旋翼3上方扰动层的影响，其监测数据更精确。

优选地，所述摄像机4为高光谱影像摄影机，具体可采用Rainbow-VN无人机高光谱成像系统，其光谱范围为420～1000nm；光谱分辨率为15nm@600nm；空间分辨率为1024*1024，800*600，640*512；尺寸为75×80×95mm。

本实施例中所述机载激光雷达5可采用VUX-240型的超长距无人机载激光雷达5，其最大激光发射频率为1800kHz；最大测量高度可达1900m；测量精度为20mm；重复精度为15mm；激光发散度为0.35mrad；激光光斑大小为35mm@100m。

具体地，所述摄像机4通过电动云台12安装在机身1底部，所述电动云台12与机身1内部的飞控板电连接，可通过遥控控制电动云台12调节摄像机4的拍摄角度，从而获取更多的图像数据。

本实施例的无人机通过高光谱影像摄影机获取待测区域的高光谱影像数据，根据影像数据分析待测区域的植被覆盖率、物种多样性和生物量等信息；通过激光雷达获取植被的三维信息，最终得到植被的冠幅参数；同时通过气象监测装置实时监测无人机所在区域的气象数据，并将监测到的气象数据传输给数据存储模块，同时传输给地面测控站，地面测控站根据气象数据预测待测区域的气象信息(包括晴天、雨天、阴天、风速、风向等)，当预测到即将遭遇恶劣天气时，可通过地面测控站控制无人机提前返航，避免无人机在恶劣天气中工作。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身、机臂和旋翼；其特征在于，所述机身的底部设有摄像机和机载激光雷达；所述机身的顶部设有气象监测装置；所述机身内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机、机载激光雷达、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的植物群落统计监测系统，其特征在于，所述气象监测装置包括筒体，所述筒体底部设有安装座，所述安装座上设有温度传感器、湿度传感器和气压传感器；所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器均分别与数据存储模块、通信模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的植物群落统计监测系统，其特征在于，所述筒体的侧壁为镂空结构。

4.根据权利要求2所述的一种基于无人机的植物群落统计监测系统，其特征在于，所述筒体的顶端安装有风速风向传感器，所述风速风向传感器分别与数据存储模块、通信模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的植物群落统计监测系统，其特征在于，所述摄像机为高光谱影像摄影机。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的植物群落统计监测系统，其特征在于，所述摄像机通过电动云台安装在机身底部。