CN213580633U - 一种挂轨式植被高光谱数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，包括信息传输模块和轨道机器人，还包括架设在植株种植床正上方的多根直轨，相邻的两根直轨之间通过弯轨连接组合形成运动轨道，运动轨道下挂设轨道机器人；轨道机器人的下表面安装有升降机，升降机包括电动缸，电动缸的推杆的下端连接有安装盒，安装盒上表面的四角均安装有一根导向伸缩杆，导向伸缩杆的上端固定在轨道机器人的下表面；安装盒的下表面的中部设有补光灯、球形视频摄像机、高光谱相机。挂轨式轨道机器人安装在植被上方，与地面的其他作业相互干扰较小，轨道可以根据作物在地面的分布情况铺设，可实现作物的全覆盖高光谱数据采集。

Description

一种挂轨式植被高光谱数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及种植设备技术领域，特别是一种挂轨式植被高光谱数据采集系统。

背景技术

随着智慧农业的快速发展，各类高新科技产品以各自的优势进军农业领域，其中不乏各种机器人及各类传感设备。

挂轨式轨道机器人以其轨道在空中不会干扰其他地面作业的优势在各行业中已有应用，但是目前的应用还集中在现场视频数据的采集，现场环境温湿度信息的采集，这并没有充分发挥轨道机器人运动的优势。在专利CN208984132U中将轨道机器人用于养殖业将轨道机器人的功能从视频监控扩展到生物体征监控，从而养殖管理人员可以方便地获取更多的养殖现场信息，这是轨道机器人在养殖业中一个典型的应用，同样的也可以将农业中专业的设备挂载在轨道机器人上将其用于农业种植中。

高光谱相机可以根据采集到的光谱数据反演出植物氮、磷、钾等元素的含量，是植物生长状况监测的一类重要监测设备，但是高光谱相机的推扫成像要求高光谱设备与作物之间垂直照射并有稳定的相对运动。在专利CN107091813A一种龙门式园艺小植株作物高光谱图像采集系统中为了满足数据采集的需求，采用龙门架的方式，这种方式对农作物的种植位置有严苛的要求，无法做到多垄数据采集，具有较大的局限性。在专利CN204666498U-一种作物高光谱监测系统中采用固定式的高光谱成像光谱仪，数据采集范围固定，不够灵活，不能适用于农作物的全局数据采集。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，轨道机器人沿着运动轨道运动，能够实现在田间作物的全覆盖高光谱数据采集。

本实用新型实施例中采用以下方案实现：提供一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，包括信息传输模块和轨道机器人，还包括架设在植株种植床正上方的多根直轨，相邻的两根直轨之间通过弯轨连接组合形成运动轨道，所述运动轨道下挂设所述轨道机器人；所述轨道机器人的下表面安装有升降机，所述升降机的下部设置有安装盒；所述安装盒的下表面的中部开设有补光灯安装孔位，所述安装盒的下表面的左部开设有视频摄像机相机安装孔位，所述安装盒的下表面的右部开设有高光谱相机安装孔位；所述视频摄像机安装孔位固定连接有球形视频摄像机，所述补光灯安装孔位固定连接有补光灯，所述高光谱相机安装孔位固定连接有高光谱相机；所述信息传输模块包括安装在所述安装盒内的第一工业AP、交换机，所述第一工业AP无线连接有第二工业AP，所述第二工业AP有线连接有工控机，所述工控机和第二工业AP安装于地面；所述高光谱相机、球形视频摄像机、补光灯、第一工业AP和轨道机器人与交换机通过网线连接。

本实用新型一实施例中，所述轨道机器人的前端面和后端面均安装有一个电磁感应器，所述运动轨道的前端和末端设置有金属挡板，防止轨道机器人冲出运动轨道。

本实用新型一实施例中，所述运动轨道内铺设有滑线，用于为轨道机器人供电，通过轨道机器人内部的供电接口为球形视频摄像机、高光谱相机、第一工业AP、交换机和补光灯供电。

本实用新型一实施例中，所述补光灯为卤素钨补光灯；在环境光线不充足时打开卤素钨补光灯，保障数据的正常采集。

本实用新型一实施例中，所述运动轨道上铺设有齿条，所述轨道机器人通过齿轮齿条传动。

本实用新型一实施例中，所述升降机包括电动缸，所述电动缸固定在所述轨道机器人的下端面的中部，所述电动缸的推杆的下端连接所述安装盒，所述安装盒上表面的四角均安装有一根导向伸缩杆，导向伸缩杆的上端固定在所述轨道机器人的下表面。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供一种挂轨式植被高光谱数据采集系统及其使用方法，挂轨式轨道机器人安装在植被上方，与地面的其他作业相互干扰较小；轨道可以根据作物在地面的分布情况铺设，可实现作物的全覆盖高光谱数据采集；轨道机器人水平运动平稳，可满足高光谱推扫成像的要求，保障数据有效性；轨道机器人升降机可垂直平稳运动，可控制高光谱相机、视频相机等数据采集设备相对植物的高度，控制数据采集的精度；在光照不足时通过卤素钨补光灯进行补光，可以实现数据的昼夜采集；视频相机不仅可以监控作物的长势，还可以远程查看机器人的运行状态。

附图说明

图1是一种挂轨式植被高光谱数据采集系统的结构示意图。

图2是轨道铺设在种植大棚内的简单示意图。

图3是轨道机器人的安装示意图。

图4是轨道机器人及以下部分的正视图。

图5是本实用新型的控制电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

请参阅图1至图5，本实用新型提供一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，包括信息传输模块和轨道机器人4，还包括架设在植株种植床正上方的多根直轨1，相邻的两根直轨1之间通过弯轨2连接组合形成运动轨道，其中直轨1分布在每垄植物的正上方，弯轨2用于相邻两根直轨1的连接，所述运动轨道下挂设所述轨道机器人4；所述轨道机器人4的下表面安装有升降机5；所述安装盒53的下表面的中部开设有补光灯安装孔位，所述安装盒53的下表面的左部开设有视频摄像机相机安装孔位，所述安装盒53的下表面的右部开设有高光谱相机安装孔位；所述视频摄像机安装孔位固定连接有球形视频摄像机8，所述补光灯安装孔位固定连接有补光灯7，所述高光谱相机安装孔位固定连接有高光谱相机6，通过升降机5运转带动安装盒53上下运行来控制数据采集设备（高光谱相机6与球形视频摄像机8）和补光灯7相对植被的高；所述信息传输模块包括安装在所述安装盒53内的第一工业AP 9、交换机10，所述第一工业AP 9无线连接有第二工业AP 11，所述第二工业AP 11有线连接有工控机12，所述工控机12和第二工业AP 11安装于地面，所述工控机12置于配电箱13内；所述高光谱相机6、球形视频摄像机8、补光灯7、第一工业AP 9和轨道机器人4与交换机10通过网线连接；工控机12上运行控制软件用于控制轨道机器人4的运动、球形视频摄像机的工作控制与数据显示、高光谱相机6的工作控制与数据存储、补光灯7的控制与状态监测，两个工业AP对接实现高光谱相机6、球形视频摄像机8和轨道机器人4控制信号的发送，采集数据的接收，设备反馈信息的接收，补光灯7的控制；较佳的轨道机器人为挂轨式轨道机器人。

请参阅图1、图4、图5，本实用新型一实施例中，所述轨道机器人4的前端面和后端面均安装有一个电磁感应器3，所述运动轨道的前端和末端设置有金属挡板（未图示），通过电磁感应器3感应金属让轨道机器人4停下来，防止轨道机器人4冲出运动轨道。

本实用新型一实施例中，所述补光灯7为卤素钨补光灯；在环境光线不充足时工控机发送指令打开卤素钨补光灯照亮正在进行数据采集处的植株，保障数据的正常采集，实现数据能够全天候24小时采集。

请参阅图1至图4，本实用新型一实施例中，所述运动轨道上铺设有齿条（未图示），所述轨道机器人4通过齿轮齿条传动，实现轨道机器人沿着运动轨道前后运动，仅为较佳实施例，并不以此为限。

请参阅图1至图4，所述升降机5包括电动缸51，所述电动缸51固定在所述轨道机器人4的下端面的中部，所述电动缸51的推杆的下端连接所述安装盒53，所述安装盒53上表面的四角均安装有一根导向伸缩杆52，导向伸缩杆52的上端固定在所述轨道机器人4的下表面；电动缸51转动带动安装盒53上下运行来控制数据采集设备（高光谱相机6与球形视频摄像机8）和补光灯7相对植被的高。

本实用新型另一实施例中，所述升降机的电动缸还可替换为伸缩气缸或液压缸。

本实用新型另一实施例中，所述升降机还可采用市面现有的剪叉式升降机等并不以此为限。

请参阅图1至图5，本实用新型一实施例中，所述运动轨道内铺设有滑线（未图示），用于为轨道机器人4供电，通过轨道机器人4内部的供电接口为球形视频摄像机8、高光谱相机6、第一工业AP 9、交换机10、电动缸51、电磁感应器3和补光灯7供电；交换机10作为所有设备通讯的枢纽，通过网线连接第一工业AP 9、高光谱相机6、视频相机以及轨道机器人4，较佳的电动缸51可以为多节式伸缩电动缸51；使各部分都能够正常供电；需要说明的是本实用新型所要求保护的是具体的机械结构，至于轨道机器人4、球形视频摄像机8、高光谱相机6、第一工业AP 9、交换机10、电动缸51、工控机12、第二工业AP 11、电磁感应器3和补光灯7以及如何控制均为现有技术，这里不作保护要求。

本实用新型具有以下工作原理：

挂轨式的轨道机器人4的机器人包括在轨道上的水平运动部分与升降机5，通过升降机5的电动缸51的转动进而带动安装盒53上下运行来控制数据采集设备（高光谱相机6与球形视频摄像机8）和补光灯7相对植被的高度。

高光谱相机6：高光谱相机6可通过拍摄白板进行自动曝光，确定数据采集的曝光时间，当光线不足时，开启钨补光灯7进行补光。高光谱相机6通过网线进行控制与数据传输，采集的数据通过信息传输模块传输至工控机12并存储。通过螺钉固定在安装盒53下与轨道机器人4的升降机5固定。通过升降机5控制数据采集时距离农作物的距离。

球形视频摄像机8：通过螺钉固定在安装盒53下，通过网线进行控制与数据传输，回传的数据可在工控机12上可视化显示。

补光灯7：通过螺钉固定在安装盒53下表面中间位置，通过继电器控制开关，在环境光线不充足时打开卤素钨补光灯，保障数据的正常采集。

信息传输模块：信息传输模块由一对工业AP组成，其中第一工业AP 9通过交换机10与高光谱相机6、轨道机器人4和球形视频摄像机8相连，用于高光谱相机6、轨道机器人4和球形视频摄像机8的控制信号接收、数据采集发送、反馈信息的发送。第二工业AP 11与工控机12相连，用于高光谱相机6、轨道机器人4和球形视频摄像机8控制信号的发送、采集数据的接收、反馈信息的接收和补光灯7的控制；工控机12上运行控制软件用于控制轨道机器人4、以及升降机5（也就是电动缸51等）的运动，视频相机的工作控制与数据显示，高光谱相机6的工作控制与数据存储，补光灯7的控制与状态监测。

使用时，可将本系统的运动轨道架设在种植大棚01内使用或是架设在露天的田野上，并不以此为限，吊挂时需要保证运动轨道的直轨1分布在每垄植物的正上方，弯轨2用于相邻两根直轨1的连接。通过工控机12控制轨道机器人4沿着所述运动轨道运动至指定的位置；之后通过升降机5的电动缸51运转控制球形视频摄像机8和高光谱相机6与植株的拍摄采集距离；之后根据环境光线情况开启或者关闭补光灯7；之后轨道机器人4沿着轨道向前运动，球形视频摄像机和高光谱相机6开始采集该段运动轨道的直轨1下方的植株的数据；之后高光谱相机6与球形视频摄像机采集的数据传输至交换机10，交换机10传输给第一工业AP 9，第一工业AP 9通过无线通信模块传输给地面的第二工业AP 11，再经第二AP有线传输给工控机12；

最后工作人员通过工控机12查看采集的数据，根据采集的数据判断植株的生长情况。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，不能理解为对本申请的限制，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，包括信息传输模块和轨道机器人，其特征在于：还包括架设在植株种植床正上方的多根直轨，相邻的两根直轨之间通过弯轨连接组合形成运动轨道，所述运动轨道下挂设所述轨道机器人；所述轨道机器人的下表面安装有升降机，所述升降机的下部设置有安装盒；所述安装盒的下表面的中部开设有补光灯安装孔位，所述安装盒的下表面的左部开设有视频摄像机相机安装孔位，所述安装盒的下表面的右部开设有高光谱相机安装孔位；所述视频摄像机安装孔位固定连接有球形视频摄像机，所述补光灯安装孔位固定连接有补光灯，所述高光谱相机安装孔位固定连接有高光谱相机；所述信息传输模块包括安装在所述安装盒内的第一工业AP、交换机，所述第一工业AP无线连接有第二工业AP，所述第二工业AP有线连接有工控机，所述工控机和第二工业AP安装于地面；所述高光谱相机、球形视频摄像机、补光灯、第一工业AP和轨道机器人与交换机通过网线连接。

2.根据权利要求1所述的一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，其特征在于：所述轨道机器人的前端面和后端面均安装有一个电磁感应器，所述运动轨道的前端和末端设置有金属挡板。

3.根据权利要求1所述的一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，其特征在于：所述运动轨道内铺设有滑线，用于为轨道机器人供电，通过轨道机器人内部的供电接口为球形视频摄像机、高光谱相机、第一工业AP、交换机和补光灯供电。

4.根据权利要求1所述的一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，其特征在于：所述补光灯为卤素钨补光灯。

5.根据权利要求1所述的一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，其特征在于：所述运动轨道上铺设有齿条，所述轨道机器人通过齿轮齿条传动。

6.根据权利要求1所述的一种挂轨式植被高光谱数据采集系统，其特征在于：所述升降机包括电动缸，所述电动缸固定在所述轨道机器人的下端面的中部，所述电动缸的推杆的下端连接所述安装盒，所述安装盒上表面的四角均安装有一根导向伸缩杆，导向伸缩杆的上端固定在所述轨道机器人的下表面。

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