[发明专利]基于无人机多光谱遥感的病虫害监测系统

说明书

技术领域

本发明为基于无人机多光谱遥感的病虫害监测系统，这一系统涉及到了电动无人机、无人机飞行控制、无线通信、通信信号处理、嵌入式系统、电磁兼容(EMC)、多光谱、计算机图像处理、化工和农学相关技术领域。

背景技术

随着无人机技术研究的深入，人们深深地认识到无人机在社会生产和生活各个方面的作用将日益显著。在部分高危行业使用现代化高新技术集成的无人飞机，不仅能够提高工作效率和质量，还能降低作业成本，更重要的是能够降低人员作业的风险，保护生命财产安全。随着科技的进步和经济的发展，无人机代替传统人力从事高风险、高难度和高强度的工作已经成为必然趋势。研发具有低成本、高稳定性和广泛应用性的无人机，已经成为一种迫切的需要。

传统的植物病虫害监测主要通过实地调查，采用有效基数预测法，需要进行多次、大面积的野外实地监测，费时费力，可靠性不高。如能利用有效技术监测到病虫害发生的空间位置、强度和时间，将对及时采取有效措施减少经济损失具有重要意义。无人机遥感具有操作简单、成本低、灵活性大、作业效率高、漂移小及成像稳定等优势。在众多的遥感技术手段中，多光谱遥感具有识别精度高的特点，可用于病虫害的预防检测。在此背景下，我们以无人机为平台搭载光谱仪，实现病虫害的监测，为病虫害的预防及治理提供依据。

发明内容

本发明的主要功能是通过无人机上搭载多光谱遥感系统，实现病虫害的监测。该系统以无人机为平台，结合多光谱遥感和模式识别技术实现大面积病虫害的监测，以及灾后植被的成像评估等。

为了解决以上技术问题，本发明主要采用的技术方案为：

一种基于无人机多光谱遥感的病虫害监测系统，包括机载端和地面端，机载端包括无人机系统、多光谱遥感系统和数据链系统的机载端，无人机系统主要为空中的飞行平台，用于搭载遥感和通信设备，多光谱遥感系统是整个大系统的数据采集端，完成海量数据的收集和压缩；地面端包括地面控制系统、应用系统、和数据链系统的地面端，地面控制系统是整个无人机系统和多光谱遥感系统的总控中心，各种指令均由此处发出，应用系统是整个遥感系统的数据处理中心，多光谱遥感系统采集的数据将在此处进行精确的处理，给出需要的数据值，数据链系统的机载端和地面端构成通信系统，主要实现空中平台和地面系统的通信。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现：

1)无人机系统。与以油机为动力的无人机相比以锂电为动力的无人机具有环保、噪音小，能够接近做近距离的数据采集，以及采取近距离的灭虫手段。无人机系统配有飞行控制系统，能够实现无人机的自动起降和飞行过程中的全自动驾驶，具有GPS定位和惯性导航功能，能够实现无人机的精准定位和精确导航。

2)多光谱遥感系统。多光谱系统光谱范围覆盖可见光至近红外，各谱段均可根据不同需求灵活配置；该设备将稳定平台与多光谱成像单元高度集成，隔离载机扰动，实现相机垂直或倾斜稳定成像；自带大容量存储器，搭载于无人机平台时，由内部综合管理控制器自主控制其进行数据采集及存储；地面工作站可通过无线链路与机上设备进行通讯，查看机上设备工作状态。

3)数据链系统。数据链包括飞控数据链和任务数据链两大类，其中飞控数据链具有实时性高、通信质量好、抗干扰能力强和传输距离远的特点，能够实现超视距范围的有效传输。任务数据链又包括数据传输设备和图像传输设备，数据传输设备具有与飞控数据链相同的性能指标，图像传输设备以下行传输为主，基于COFDM的图像传输设备能够在高速移动和非通视条件下实现高质量图像的稳定传输。

4)地面控制系统。地面控制系统兼容有人工操作台和计算机自动控制地面站，人工操作台能够实现飞行平台的远程遥控飞行和光谱仪的三轴360°旋转；计算机自动控制地面站能够依靠设定的航线自动控制飞机的飞行，可以预先设定飞机的航向、高度、维度、经度、速度和飞机的动作等。光谱仪能够实现计算机的自动控制。

5)应用系统。应用系统包含大量的光谱模型，是整个系统的数据中心，同时要能实时地接收并显示下传的光谱图像。应用系统具有较高的计算处理能力，能够快速地将光谱图像与海量的光谱模型进行比对，并能对光谱信息做到快速的识别和定位，并指导无人机和光谱仪进行实时地的跟踪监测。

附图说明

图1是本发明方案示意图；

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

具体实施方式

以下结合附图对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功能详细说明。

本发明整体上采用模块化的设计思路，整个系统包含无人机系统、多光谱遥感系统、数据链系统、地面控制系统和应用系统几个子系统。无人机系统实现无人机的飞行控制；多光谱遥感系统机械性搭载于无人机上，独立于无人机单独运行，完成遥感数据的采集；数据链系统的机载端与无人机系统和多光谱遥感系统进行数据通信连接；数据链系统的地面端与地面控制系统和应用系统进行数据通信连接；地面控制系统通过数据链系统发送控制指令，控制无人机系统和多光谱遥感系统完成相应的动作；应用系统通过数据链系统接收多光谱遥感采集的数据并进行处理，发送给最终用户。