CN213985075U - 一种草原植被覆盖监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种草原植被覆盖监测系统，包括：地面监测装置、空中监测装置和监测中心服务器；监测中心服务器根据地面监测装置的数字信号、遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，进行分析处理，实现对草原植被的覆盖监测。该系统组网灵活、传输距离远、可靠性高；基于监测中心服务器加载的现有技术中的分析软件，并采用地面监测装置加空中监测装置，实现快速、高效便捷准确的地空一体化草原植被监测。此系统采用地面监测装置加空中监测装置相结合的手段，很好的实现了地空一体化草原植被监测，获取草原植被时空动态变化特征，认识草原植被变化规律，对于草原植被生态系统保护及治理具有重要意义。

Description

一种草原植被覆盖监测系统

技术领域

本实用新型涉及草原监测技术领域，特别涉及一种草原植被覆盖监测系统。

背景技术

草原是国土资源与生态环境系统的重要组成部分，对维护国家生态安全、食品安全、发展现代草地畜牧业、促进农业产业结构调整和城镇美化绿化具有重要的意义。

目前，在草原资源使用和管理方面，还存在很多问题。如我国每年因草原火灾、病虫害而损失惨重；局部地区乱垦滥占草原地问题严重；草原超载放牧、利用方式不合理、畜牧结构和生产方式不够科学、防灾减灾措施不力等。因此，如何对草原植被的覆盖情况进行有效的监管是目前迫在眉睫的问题。

另一方面，受互联网和物联网的快速发展，目前在用于草原监测时，仅能通过摄像机、围栏等设备，提供视频的有限的技术手段进行监测，无法满足草原植被高效的监测要求，如何更快速、高效便捷的实现对草原植被的监测，是同行从业人员亟待解决的问题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提出了一种草原植被覆盖监测系统，可解决目前用于草原植被覆盖监测的落后方式，采用地面监测装置加空中监测装置，组网灵活、传输距离远、可靠性高；实现快速、高效便捷准确的地空一体化草原植被监测。

本实用新型实施例提供一种草原植被覆盖监测系统，包括：地面监测装置、空中监测装置和监测中心服务器；

其中，所述地面监测装置包括：地面无线传感网络监测点、远程基站、无线电基站；多个所述地面无线传感网络监测点均匀布置安装在被监测的草原区域中；每个所述地面无线传感网络监测点与所述远程基站相连接；每个地面无线传感网络监测点具有唯一ID；

所述远程基站内置无线信号发射模块，用于将所述地面无线传感网络监测点获取的监测数据转换成数字信号发射至所述无线电基站；

所述空中监测装置为遥感图像采集无人机，用于采集被监测草原区域的遥感图像和三维扫描数据；

所述无线电基站内置无线信号接收模块，用于接收所述远程基站发射的数字信号以及接收所述遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，并传送至监测中心服务器；

所述监测中心服务器根据地面监测装置的数字信号、遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，进行分析处理，实现对草原植被的覆盖监测。

在一个实施例中，所述遥感图像采集无人机搭载激光扫描仪和CCD相机；激光扫描仪用于对被监测的草原区域进行三维扫描；CCD相机对被监测的草原区域进行拍照。

在一个实施例中，所述CCD相机的摄像头为转轴式摄像头。

在一个实施例中，所述遥感图像采集无人机还搭载处理模块、通信模块和存储模块；

所述处理模块分别与所述通信模块和存储模块连接；

所述存储模块用以存储遥感图像和三维扫描数据，所述处理模块根据接收的指令将遥感图像和三维扫描数据经通信模块发送至所述无线电基站。

在一个实施例中，所述处理模块为STM32系列单片机。

在一个实施例中，所述地面无线传感网络监测点包括：电源装置、微处理器、布置在草原区域的监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器；

所述电源装置分别与微处理器、监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器电连接；微处理器的三个I/O端口分别与监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器连接；所述微处理器具有射频模块，所述微处理器通过所述射频模块与所述远程基站通讯连接；

所述电源装置的电能由风力发电或太阳能发电装置提供。

在一个实施例中，所述远程基站与距离较近的风力发电或太阳能发电装置电连接。

在一个实施例中，所述微处理器为SoC芯片CC2530。

本实用新型实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本实用新型实施例提供的一种草原植被覆盖监测系统，包括：地面监测装置、空中监测装置和监测中心服务器；监测中心服务器根据地面监测装置的数字信号、遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，进行分析处理，实现对草原植被的覆盖监测。该系统组网灵活、传输距离远、可靠性高；基于监测中心服务器加载的现有技术中的分析软件，并采用地面监测装置加空中监测装置，实现快速、高效便捷准确的地空一体化草原植被监测。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种草原植被覆盖监测系统的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的遥感图像采集无人机的框图。

图3为本实用新型实施例提供的地面无线传感网络监测点的框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，一种草原植被覆盖监测系统，包括：地面监测装置、空中监测装置和监测中心服务器；采用地空一体化的组网方式，通过传输网络传输到监测中心服务器。其中，传输网络有多种类型可选择，可以是专用网络(如光纤、微波、WiFi、卫星等)，运营商网络，或综合应用多种网络，采用混合组网的方式来实现数据的传输。

具体地，该地面监测装置包括：地面无线传感网络监测点11、远程基站12、无线电基站13；多个地面无线传感网络监测点11均匀布置安装在被监测的草原区域中；具体的可根据监测范围进行合理布局，比如当采用可旋转360°的监控探头时，以监控半径100米为例，则监控面积可达3000多平方米。

每个地面无线传感网络监测点11与远程基站12相连接；每个地面无线传感网络监测点具有唯一ID；用以表示位置，即经纬度。远程基站12内置无线信号发射模块，用于将地面无线传感网络监测点11获取的监测数据转换成数字信号发射至无线电基站13；

上述空中监测装置为遥感图像采集无人机14，用于采集被监测草原区域的遥感图像和三维扫描数据；

无线电基站13内置无线信号接收模块，用于接收远程基站12发射的数字信号以及接收遥感图像采集无人机14采集的遥感信息和三维扫描数据，并传送至监测中心服务器15；监测中心服务器15根据地面监测装置的数字信号、遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，加载现有技术的GIS软件，将运算和控制都基于一张电子地图来实现，把时间序列、大范围的获取地面植被覆盖信息，计算其归一化植被指数(NormalizedDifference Vegetation Index，NDVI)，用于表征植被覆盖状况的监测指标，可整合到一张图中。其中，分析、控制所涉及的过程皆为现有技术已存在的算法软件，实现对草原植被的覆盖监测。比如可采用现有的两种样线法、巢式样方法和1m×1m样方法等4种方法监测草原植物物种丰富度，在草原植被监测，尤其是长期监测过程中，宜将物种丰富度的监测与生产力的监测分离开来。在以物种丰富度为监测目的时，样线法为宜，最小样线长度为400m；在以监测羊草草原群落地上生物量为目的时，1m×1m样方法为宜，最少样方数为10。这样既可以缩小长期固定监测样地的面积，又可以节省人力、物力和财力。而本实用新型重点在于对硬件系统的保护，采用地面监测装置加空中监测装置，将监测信息传输至监测中心服务器；硬件部分组网灵活、传输距离远、可靠性高，可实现快速、高效便捷准确的地空一体化草原植被监测。对其中监测中心服务器加载的服务软件不做限定。

上述无线发射模块采用PLC电路板集成装置，通过电子元件能够将地面无线传感网络监测点检测到的信息转化成高带宽的数字信号，并能够将高带宽数字信号进行无线传输；无线信号接收模块采用PLC电路板集成装置，通过电子元件能够将高带宽的数字信号进行接收并转换，通过监测中心服务器将地面监测装置的数字信号、遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，进行分析处理，可在显示设备上进行显示，从而实现草原植被覆盖的监测。

在一个实施例中，参照图2所示，上述遥感图像采集无人机14搭载激光扫描仪和CCD相机；激光扫描仪用于对被监测的草原区域进行三维扫描；CCD相机对被监测的草原区域进行拍照。

上述遥感图像采集无人机14可以采用市面上常见的四、六旋翼无人机，利用多旋翼无人机飞行稳定，易于操作，动作灵活等优势，并且可以用于悬停。比如无人机可采用11.2V、3300mAh锂电池作为提供动力的能源。

该遥感图像采集无人机14还搭载处理模块、通信模块和存储模块。

该无人机在工作时，根据被监测的草原区域，飞行到上空后，可根据提前设置好的路径进行飞行采集遥感图像，以及三维数据采集；另外，可根据自带的GPS系统和惯性导航系统，处理模块对遥感图像以及三维数据赋予地理参数。处理模块分别与通信模块和存储模块连接；存储模块用以存储带有地理参数的遥感图像和三维扫描数据，处理模块根据接收的指令(来自地面控制中心、或是自带的预设指令)将遥感图像和三维扫描数据经通信模块发送至无线电基站。

本实施例中，上述激光扫描仪的激光发射方向垂直于无人机且水平射向无人机前进方向的右侧；包括采集点坐标和空间大地坐标等数据。

进一步地，上述CCD相机的摄像头为转轴式摄像头，可拍摄多角度的图像。上述处理模块为STM32系列的单片机或为SoC芯片CC2530；

当处理模块为STM32系列单片机时，通信模块为无线信号发射模块，可将存储模块存储的数据发送至无线电基站。当处理模块为SoC芯片CC2530时，该通信模块为CC2530型Zigbee通讯模块，此时无人机可直接与监测中心服务器通信。

在一个实施例中，该系统的地面无线传感网络监测点高度集成化，且采用拓扑结构，图3为本实用新型的地面无线传感网络监测点设计整体框图，包括：包括：电源装置、微处理器、布置在草原区域的监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器。

电源装置分别与微处理器、监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器电连接；微处理器的三个I/O端口分别与监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器连接；微处理器具有射频模块，微处理器通过射频模块与远程基站通讯连接；该电源装置的电能由风力发电或太阳能发电装置提供。

监测摄像头可采用旋转摄像头，拍摄监控范围内的视频数据；另外，温湿度传感器可监测环境的温度和湿度信息，风速风向传感器监测季风变化数据；建立视频数据与环境参数的映射关系，便于监测中心服务器分析植被指数与季节变化的关系。

上述微处理器的核心处理芯片可采用低功耗SoC芯片CC2530，其提供了改进的RF性能，多达256KB的闪存以支持更大的应用，强大的地址识别和数据包处理引擎，能够很好地匹配RF前端，封装更小。电源装置的电能由风力发电或太阳能发电装置提供，可充分利用草原地区的风力发电或太阳能发电装置，减少野外架设电源线。

同样地，远程基站的电源，也可采用草原地区的风力发电或太阳能发电装置，与距离较近的风力发电或太阳能发电装置电连接即可。

本实用新型提供的一种草原植被覆盖监测系统，包括：地面监测装置、空中监测装置和监测中心服务器；监测中心服务器根据地面监测装置的数字信号、遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，进行分析处理，实现对草原植被的覆盖监测。该系统组网灵活、传输距离远、可靠性高；基于监测中心服务器加载的现有技术中的分析软件，并采用地面监测装置加空中监测装置，实现快速、高效便捷准确的地空一体化草原植被监测。

此系统采用地面监测装置加空中监测装置相结合的手段，很好的实现了地空一体化草原植被监测，获取草原植被时空动态变化特征，认识草原植被变化规律，对于草原植被生态系统保护及治理具有重要意义。

该系统无线扩频传输稳定，宽带高，传输距离远：根据地形的不同，使用常用设备和天线时，视距传输可达30公里以上，还可以通过无线中继和接力传输更远的距离，可有效解决草原地区监控点图像远距离传输的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种草原植被覆盖监测系统，其特征在于，包括：地面监测装置、空中监测装置和监测中心服务器；

其中，所述地面监测装置包括：地面无线传感网络监测点、远程基站、无线电基站；多个所述地面无线传感网络监测点均匀布置安装在被监测的草原区域中；每个所述地面无线传感网络监测点与所述远程基站相连接；每个地面无线传感网络监测点具有唯一ID；

所述远程基站内置无线信号发射模块，用于将所述地面无线传感网络监测点获取的监测数据转换成数字信号发射至所述无线电基站；

所述空中监测装置为遥感图像采集无人机，用于采集被监测草原区域的遥感图像和三维扫描数据；

所述无线电基站内置无线信号接收模块，用于接收所述远程基站发射的数字信号以及接收所述遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，并传送至监测中心服务器；

所述监测中心服务器根据地面监测装置的数字信号、遥感图像采集无人机采集的遥感信息和三维扫描数据，进行分析处理，实现对草原植被的覆盖监测。

2.如权利要求1所述的一种草原植被覆盖监测系统，其特征在于，所述遥感图像采集无人机搭载激光扫描仪和CCD相机；激光扫描仪用于对被监测的草原区域进行三维扫描；CCD相机对被监测的草原区域进行拍照。

3.如权利要求2所述的一种草原植被覆盖监测系统，其特征在于，所述CCD相机的摄像头为转轴式摄像头。

4.如权利要求2所述的一种草原植被覆盖监测系统，其特征在于，所述遥感图像采集无人机还搭载处理模块、通信模块和存储模块；

所述处理模块分别与所述通信模块和存储模块连接；

所述存储模块用以存储遥感图像和三维扫描数据，所述处理模块根据接收的指令将遥感图像和三维扫描数据经通信模块发送至所述无线电基站。

5.如权利要求4所述的一种草原植被覆盖监测系统，其特征在于，所述处理模块为STM32系列单片机。

6.如权利要求1所述的一种草原植被覆盖监测系统，其特征在于，所述地面无线传感网络监测点包括：电源装置、微处理器、布置在草原区域的监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器；

所述电源装置分别与微处理器、监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器电连接；微处理器的三个I/O端口分别与监测摄像头、温湿度传感器和风速风向传感器连接；所述微处理器具有射频模块，所述微处理器通过所述射频模块与所述远程基站通讯连接；

所述电源装置的电能由风力发电或太阳能发电装置提供。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种草原植被覆盖监测系统，其特征在于，所述远程基站与距离较近的风力发电或太阳能发电装置电连接。

8.如权利要求6所述的一种草原植被覆盖监测系统，其特征在于，所述微处理器为SoC芯片CC2530。

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