[发明专利]放牧无人机及牧群跟踪方法

说明书

本发明公开了一种放牧无人机及牧群跟踪方法，能够通过摄像机摄取牧群的图像，根据算法计算出图像中整个牧群的质点，并对该点进行跟踪。如果发现有牲畜失踪，则找出相对移动的牲畜，并对它们进行贴标签及编号，通过标签及编号判断哪只牲畜失踪，计算失踪牲畜最后出现在无人机视野中的位置及逃离方向和速度，最后无人机将计算出的失踪牲畜可能出现的区域发送给牧民。本发明中的放牧无人机既可以跟随牧群移动，帮助牧民检测牧群的安全状态，又能够实时检测到逐渐离开牧群的个体，帮助牧民实时监查牧群中是否有牲畜跟丢或者走失。本发明还适用于大型牧群，在背景较为简单且没有遮挡的放牧环境中效果非常好，能够应用在大规模的牛/羊群养殖业上。

技术领域

本发明涉及一种无人机以及跟踪方法，尤其涉及一种放牧无人机以及牧群跟踪方法。

背景技术

羊有着很大的经济价值，羊肉能吃、羊毛能用、羊奶能喝，尤其是西北地区的人民主要以畜牧业为生，放羊使西北地区的人民的生活美好富足。

传统的人工放羊，牧民需要拿着鞭子跟着羊群走，而且为了防止羊群走丢或混到别人家的羊群，人们还得每过一小时出去看一遍。特别是当羊群里羊的数目极大，动辄达到几百只，所以一个人难以发现跟丢的羊，需要几个人同时完成这项工作，一旦稍不注意，有羊丢失，便需要漫山遍野的找，这就耗费了极大的人力物力。

经广泛的调查研究，现有的跟踪方案给出了在牲畜身上安装电子标签及GPS模块来跟踪牧群，防止牲畜丢失，但为每只牲畜佩戴电子标签和GPS模块不仅需要极大的人力物力财力，而且由于牲畜的运动，可能造成电子标签和GPS模块掉落，便无法达到预期的效果。另外有公开方案采用的是在无人机上设置围栏来限制牧群，或者使用无人机作出类似于人工放牧的驱赶声音或行为来管制牧群。但是这两种方法的缺陷也非常明显，一方面对牧群的正常移动有干扰，还可能造成牲畜受惊逃跑；另一方面在牧群散开的半径较大的情况下，无人机的移动速度有限，无法满足不同方向上的管制需求，因此不适用于大型的牧群。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种用于放牧的无人机以及牧群跟踪方法，能够帮助牧民实时监查牧群中是否有牲畜跟丢或者走失，一旦发现有牲畜走失情况，无人机便会将走失的牲畜可能出现的位置区域实时发送给牧民，该方法能够从整体获知牧群状态，适用于大型牧群。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于无人机的牧群跟踪方法，包括以下步骤：

(1)通过摄取的整个牧群的图像，对图像进行分析处理，计算牧群的质心，并对牧群的质心进行跟踪；其中，计算牧群的质心包括以下过程：

(1.1)将彩色图像转化为二值图像，然后运用Sobel算法检测出边缘特征点C₁＝{x₁,x₂,...x_m}；其中x_i(i＝1,2,…m)是边缘特征点的位置向量；

(1.2)利用提取出的边缘特征点计算图像的质心，质心μ₁的计算公式为，

其中，|C₁|代表边缘特征点的个数。

对牧群的质心进行跟踪，采用的是标准卡尔曼滤波算法对目标位姿进行滤波，通过状态转移矩阵对目标下一个时刻的位姿进行估计和检测，再通过飞控部分调整无人机的飞行参数来实现跟踪。

(2)对相对牧群有移动的目标牲畜设置标签及编号；具体包括以下过程：

(21)将彩色图像转化为二值图像，采用Sobel算法检测出边缘特征点，然后计算出边缘特征点的光流矢量；