[发明专利]一种基于多旋翼无人机平台的作物生长监测方法及装置

权利要求书

1.一种基于多旋翼无人机平台的作物生长监测方法，其特征是包括如下步骤：

步骤1、将多光谱作物生长传感器固定于云台支架上；

步骤2、操作飞控，使无人机悬停作物冠层h高度处，多光谱作物生长传感器实时采集作物冠层反射光谱；

步骤3、操作地面接收器“开启”按键，地面接收器初始化，通信LED模块启动与载荷的无线连接，红光LED以1KHz频率闪烁，连接成功后，红光LED点亮；

步骤4、操作地面接收器“测量”按键，蓝光LED闪烁以1KHz频率闪烁，数据通过无线接收模块进入数据处理模块中，液晶屏实时显示冠层NDVI值、RVI值，再次操作“测量”按键，液晶屏锁定NDVI值和RVI值；

步骤5、操作地面接收器“监测”按键，调用作物生长监测模型，液晶屏显示叶层氮含量、叶层氮积累量、叶面积指数和叶干重指标；

步骤6、操作地面接收器“诊断”按键，调用作物生长诊断模型，液晶屏显示氮肥匮缺程度及调控量；

所述步骤1的将多光谱作物生长传感器固定于云台支架上，其位置按照如下方法确定：

1）无人机旋翼及机身曲面三维造型：

对于不同类型多旋翼无人机，借助三维扫描对旋翼及机身实体进行数字化，得出旋翼及机身曲面空间坐标数据，然后分别对旋翼及机身进行逆向造型，最后按照实体图组装旋翼和机身；

2）无人机实体网格划分及数据求解：

根据无人机工作状态及下洗气流流动状态，建立流体运动控制方程组，并确定初始条件与边界条件；划分静止与转动区域，确定结点，进行区域离散化；对离散区域进行网格的划分；

3）流场数值计算及分析：

对无人机悬停时产生的流场进行数值计算，获取旋翼诱导速度场的基本形态和不同高度面的速度场和压力场分布；

4）多光谱作物生长传感器固定位置确定：

测量无人机距离作物冠层悬停高度h，依据气流速度场在冠层表面的分布范围，云台支架长度确定为大于冠层表面气流速度场直径长度，将多光谱作物生长传感器安装于支架一端，支架另一端安装与传感器同重量配重，多光谱传感器测量冠层目标物在气流速度场以外。

2.一种基于多旋翼无人机平台的作物生长监测装置，其特征是包括多旋翼无人机、载荷和地面接收器；

所述载荷部件，包括依次相连接的多光谱作物生长传感器模块、信号放大模块、控制器模块、无线数据发送模块，以及用于供电的电源模块A和电源控制模块A；还包括云台；其中：所述电源模块A供电给电源控制模块A；所述电源控制模块A分别连接传感器模块、信号放大模块、控制器模块、无线数据发送模块；所述云台包括支架、固定卡扣以及传感器配重；所述多光谱作物生长传感器模块、信号放大模块A、控制器模块、无线数据发送模块、电源模块A和电源控制模块A集成固定于云台支架一端；所述传感器配重固定于云台支架另一端；所述云台通过固定卡扣紧固于飞行器上；

所述地面接收器部件，包括依次相连接的无线数据接收模块、信号放大模块B、数据处理模块、通信LED模块、按键控制模块、液晶屏显示模块以及用于供电的电源模块B和电源控制模块B；还包括接收器外壳；其中：所述电源模块B供电给电源控制模块B；所述电源控制模块B分别连接无线数据接收模块、信号放大模块、数据处理模块、通信LED模块、按键控制模块、液晶屏显示模块；所述电源模块B、电源控制模块B、无线数据接收模块、信号放大模块、数据处理模块、通信LED模块、按键控制模块、液晶屏显示模块封装于接收器外壳中；

所述多光谱作物生长传感器安装于云台支架的位置是通过多旋翼无人机工作时下洗流场的水平分布与多光谱生长传感器视场角范围确定；具体确定方法如下：

1）无人机旋翼及机身曲面三维造型：

对于不同类型多旋翼无人机，借助三维扫描对旋翼及机身实体进行数字化，得出旋翼及机身曲面空间坐标数据，然后分别对旋翼及机身进行逆向造型，最后按照实体图组装旋翼和机身；

2）无人机实体网格划分及数据求解：

根据无人机工作状态及下洗气流流动状态，建立流体运动控制方程组，并确定初始条件与边界条件；划分静止与转动区域，确定结点，进行区域离散化；对离散区域进行网格的划分；

3）流场数值计算及分析：

对无人机悬停时产生的流场进行数值计算，获取旋翼诱导速度场的基本形态和不同高度面的速度场和压力场分布；

4）多光谱作物生长传感器固定位置确定：

测量无人机距离作物冠层悬停高度h，依据气流速度场在冠层表面的分布范围，云台支架长度确定为大于冠层表面气流速度场直径长度，将多光谱作物生长传感器安装于支架一端，支架另一端安装与传感器同重量配重，多光谱传感器测量冠层目标物在气流速度场以外。

3.如权利要求2所述的一种基于多旋翼无人机平台的作物生长监测装置，其特征是所述通信LED模块包括蓝光LED和红光LED两种。