位于无人机上的田间旱情采集装置

1.一种位于无人机上的田间旱情采集装置，其特征在于，所述采集装置包括磁盘存储器、无线通信接口、无人机驱动设备、摄像设备、图像处理设备和单片机，所述无线通信接口用于接收地面旱情监控平台发送的控制信号，所述单片机对所述控制信号进行解析，以获得旱情采集的目标区域，所述单片机连接所述无人机驱动设备以驱动所述无人机飞往所述目标区域，所述摄像设备将采集到的所述目标区域图像发送到所述图像处理设备进行图像处理，所述单片机根据图像处理结果确定旱情模拟图，所述磁盘存储器连接所述单片机以存储所述旱情模拟图，
所述采集装置还包括：
用户输入设备，用于根据用户的输入，确定对田间图像的划分模式、田间上限灰度阈值、田间下限灰度阈值、第一总灰度阈值、第二总灰度阈值和第三总灰度阈值，第二总灰度阈值大于第一总灰度阈值且小于第三总灰度阈值；
随机存储器，连接所述用户输入设备，用于存储所述划分模式、所述田间上限灰度阈值、所述田间下限灰度阈值、所述第一总灰度阈值、所述第二总灰度阈值和所述第三总灰度阈值；
GPS定位设备，连接GPS导航卫星，用于接收无人机所在位置的实时GPS数据；
气压高度传感器，用于根据无人机附近的气压变化，检测无人机所在位置的实时高度；
所述图像处理设备将所述目标区域图像中灰度值在所述田间上限灰度阈值和所述田间下限灰度阈值之间的像素识别并组成田间图像，根据所述划分模式将所述田间图像划分为多个田间子图像，每一个田间子图像的像素数相同，累计每一个田间子图像的像素灰度值以获得总灰度值，同时输出每一个田间子图像在所述田间图像中的位置数据；
近红外传感器，连接所述图像处理设备，以所述目标区域中所述田间图像所在的子区域作为遥测区域，基于绿色植被对近红外光的反射能力，检测所述遥测区域中的植被指数；
所述磁盘存储器用于存储所述旱情模拟图和所述植被指数，还用于在存储所述旱情模拟图和所述植被指数之后向所述单片机返回旱情已存储命令；
磁盘读写接口，连接所述磁盘存储器，用于在无人机返航时，读出所述磁盘存储器中存储的所述旱情模拟图和所述植被指数；
所述单片机连接所述随机存储器、所述GPS定位设备、所述气压高度传感器、所述图像处理设备、所述近红外传感器、所述无线通信接口、所述无人机驱动设备、所述摄像设备和所述磁盘存储器，对所述控制信号进行解析以获得所述目标区域的目标GPS数据和目标高度，并控制所述无人机驱动设备以驱动所述无人机飞往所述目标区域，在所述实时GPS数据与所述目标GPS数据一致且所述实时高度与所述目标高度一致时，启动旱情采集模式；
其中，在所述旱情采集模式中，所述单片机启动所述摄像设备、所述图像处理设备和所述近红外传感器，接收所述图像处理设备发送的每一个田间子图像的总灰度值和位置数据，基于每一个田间子图像的总灰度值和位置数据组成与所述田间图像对应的旱情模拟图，在所述旱情模拟图中，根据每一个田间子图像的总灰度值以采用不同颜色代表每一个田间子图像的旱情，当田间子图像的总灰度值在0和所述第一总灰度阈值之间，采用绿色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第一总灰度阈值和所述第二总灰度阈值之间，采用黄色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第二总灰度阈值和所述第三总灰度阈值之间，采用橙色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第三总灰度阈值和255之间，采用红色代表田间子图像，同时所述单片机接收所述近红外传感器发送的植被指数；
其中，所述单片机在接收到所述旱情已存储命令后，通过所述无线通信接口向所述地面旱情监控平台发送采集完成命令，以便于所述地面旱情监控平台继续向所述无线通信接口发送控制信号以控制无人机飞往下一个目标区域继续旱情采集，
所述无线通信接口还用于接收所述地面旱情监控平台发送的数据请求信号，以在所述单片机的控制下，将所述旱情模拟图和所述植被指数通过所述无线通信接口实时转发给所述地面旱情监控平台，
所述图像处理设备为TMS6000系列的数字处理器DSP。
2.如权利要求1所述的位于无人机上的田间旱情采集装置，其特征在于：
所述单片机、所述随机存储器、所述GPS定位设备、所述图像处理设备、所述无人机驱动设备、所述磁盘存储器、所述用户输入设备和所述磁盘读写接口位于无人机的前端仪表盘内。
3.如权利要求1所述的位于无人机上的田间旱情采集装置，其特征在于：
所述气压高度传感器、所述近红外传感器、所述无线通信接口和所述摄像设备位于无人机的机身上。
4.如权利要求1所述的位于无人机上的田间旱情采集装置，其特征在于：
所述近红外传感器，是基于绿色植被越绿、对近红外光的反射能力越强，执行对所述遥测区域中的植被指数的检测。

位于无人机上的田间旱情采集装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及旱情监控领域，尤其涉及一种位于无人机上的田间旱情采集装置。\n背景技术\n[0002] 旱情是指某个时间段的某个地区干旱的情况，干旱通常指淡水总量少，不足以满足人的生存和经济发展的气候现象，一般是长期的现象，干旱从古至今都是人类面临的主要自然灾害。由于农作物的生长对淡水存在定量需求，少于定量，则农作物无法正常生长，甚至枯萎，从而给农业造成大面积减产，使人们的食品供应无法得到正常保证。因此，为了避免旱情的进一步发展，需要获得第一手的旱情数据，了解各地旱情的严重程度，便于抗旱部门采取定量定向补水的策略，有针对性地消除旱情。\n[0003] 现有技术中存在一些获取旱情数据的方案，主要是通过卫星遥感的方式了解目标区域的旱情分布情况。利用遥感的进行干旱监测是一个研究和应用的热点。作为同时与归一化植被指数和地表温度相关的温度植被干旱指数即TVDI可用于干旱监测，尤其是监测特定年内某一时期整个区域的相对干旱程度，并可用于研究干旱程度的空间变化特征。但是，利用卫星遥感测量旱情的方式存在弊端，首先，卫星遥感的方式决定了不可能实地获得第一手的旱情数据，获得的旱情具体分布状况不够精确，其次，卫星遥感方式造价高，不适合小区域小部分部门进行灵活的旱情监控。\n[0004] 因此，需要一种新的田间旱情采集装置，能够根据监控部门的监控要求，精确获取某一具体区域的旱情状况，同时满足造价低、目标旱情区域访问灵活的需求，及时将面积较小的目标区域的旱情模拟图和植被指数展现给监控部门。\n发明内容\n[0005] 为了解决上述问题，本发明提供了一种位于无人机上的田间旱情采集装置，借用无人机的平台，替换造价偏高的卫星遥感平台，能够灵活对任何需要监控的区域进行精确的旱情数据采集，同时使用摄像装置和近红外传感器结合的监控设备，为监控部门提供多方面的田间采集数据，该田间旱情采集装置精度高、性价比高、更具有灵活性，提供的数据更具有参考价值。\n[0006] 根据本发明的一方面，提供了一种位于无人机上的田间旱情采集装置，所述装置包括磁盘存储器、无线通信接口、无人机驱动设备、摄像设备、图像处理设备和单片机，所述无线通信接口用于接收地面旱情监控平台发送的控制信号，所述单片机对所述控制信号进行解析，以获得旱情采集的目标区域，所述单片机连接所述无人机驱动设备以驱动所述无人机飞往所述目标区域，所述摄像设备将采集到的所述目标区域图像发送到所述图像处理设备进行图像处理，所述单片机根据图像处理结果确定旱情模拟图，所述磁盘存储器连接所述单片机以存储所述旱情模拟图。\n[0007] 更具体地，所述位于无人机上的田间旱情采集装置中，所述采集装置还包括用户输入设备，用于根据用户的输入，确定对田间图像的划分模式、田间上限灰度阈值、田间下限灰度阈值、第一总灰度阈值、第二总灰度阈值和第三总灰度阈值，第二总灰度阈值大于第一总灰度阈值且小于第三总灰度阈值；随机存储器，连接所述用户输入设备，用于存储所述划分模式、所述田间上限灰度阈值、所述田间下限灰度阈值、所述第一总灰度阈值、所述第二总灰度阈值和所述第三总灰度阈值；GPS定位设备，连接GPS导航卫星，用于接收无人机所在位置的实时GPS数据；气压高度传感器，用于根据无人机附近的气压变化，检测无人机所在位置的实时高度；所述图像处理设备将所述目标区域图像中灰度值在所述田间上限灰度阈值和所述田间下限灰度阈值之间的像素识别并组成田间图像，根据所述划分模式将所述田间图像划分为多个田间子图像，每一个田间子图像的像素数相同，累计每一个田间子图像的像素灰度值以获得总灰度值，同时输出每一个田间子图像在所述田间图像中的位置数据；近红外传感器，连接所述图像处理设备，以所述目标区域中所述田间图像所在的子区域作为遥测区域，基于绿色植被对近红外光的反射能力，检测所述遥测区域中的植被指数；\n所述磁盘存储器用于存储所述旱情模拟图和所述植被指数，还用于在存储所述旱情模拟图和所述植被指数之后向所述单片机返回旱情已存储命令；磁盘读写接口，连接所述磁盘存储器，用于在无人机返航时，读出所述磁盘存储器中存储的所述旱情模拟图和所述植被指数；所述单片机连接所述随机存储器、所述GPS定位设备、所述气压高度传感器、所述图像处理设备、所述近红外传感器、所述无线通信接口、所述无人机驱动设备、所述摄像设备和所述磁盘存储器，对所述控制信号进行解析以获得所述目标区域的目标GPS数据和目标高度，并控制所述无人机驱动设备以驱动所述无人机飞往所述目标区域，在所述实时GPS数据与所述目标GPS数据一致且所述实时高度与所述目标高度一致时，启动旱情采集模式；\n其中，在所述旱情采集模式中，所述单片机启动所述摄像设备、所述图像处理设备和所述近红外传感器，接收所述图像处理设备发送的每一个田间子图像的总灰度值和位置数据，基于每一个田间子图像的总灰度值和位置数据组成与所述田间图像对应的旱情模拟图，在所述旱情模拟图中，根据每一个田间子图像的总灰度值以采用不同颜色代表每一个田间子图像的旱情，当田间子图像的总灰度值在0和所述第一总灰度阈值之间，采用绿色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第一总灰度阈值和所述第二总灰度阈值之间，采用黄色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第二总灰度阈值和所述第三总灰度阈值之间，采用橙色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第三总灰度阈值和255之间，采用红色代表田间子图像，同时所述单片机接收所述近红外传感器发送的植被指数；所述单片机在接收到所述旱情已存储命令后，通过所述无线通信接口向所述地面旱情监控平台发送采集完成命令，以便于所述地面旱情监控平台继续向所述无线通信接口发送控制信号以控制无人机飞往下一个目标区域继续旱情采集。\n[0008] 更具体地，所述位于无人机上的田间旱情采集装置中，所述无线通信接口还用于接收所述地面旱情监控平台发送的数据请求信号，以在所述单片机的控制下，将所述旱情模拟图和所述植被指数通过所述无线通信接口实时转发给所述地面旱情监控平台。\n[0009] 更具体地，所述位于无人机上的田间旱情采集装置中，所述图像处理设备为TMS6000系列的数字处理器DSP。\n[0010] 更具体地，所述位于无人机上的田间旱情采集装置中，所述单片机、所述随机存储器、所述GPS定位设备、所述图像处理设备、所述无人机驱动设备、所述磁盘存储器、所述用户输入设备和所述磁盘读写接口位于无人机的前端仪表盘内。\n[0011] 更具体地，所述位于无人机上的田间旱情采集装置中，所述气压高度传感器、所述近红外传感器、所述无线通信接口和所述摄像设备位于无人机的机身上。\n[0012] 更具体地，所述位于无人机上的田间旱情采集装置中，所述近红外传感器，是基于绿色植被越绿、对近红外光的反射能力越强，执行对所述遥测区域中的植被指数的检测。\n附图说明\n[0013] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：\n[0014] 图1为根据本发明实施方案示出的位于无人机上的田间旱情采集装置的结构方框图。\n具体实施方式\n[0015] 下面将参照附图对本发明的位于无人机上的田间旱情采集装置的实施方案进行详细说明。\n[0016] 干旱是指长期无雨或少雨，使土壤水分不足、作物水分平衡遭到破坏而减产的气象灾害。干旱从古至今都是人类面临的主要自然灾害。即使在科学技术如此发达的今天，他们造成的灾难性后果仍然比比皆是。追究干旱造成的原因，干旱灾害的形成原因大致可以归结成三个方面。\n[0017] 首先，是降水方面的因素。一般来说，降水量低于平均值就容易出现干旱。例如在我国不同地区的降水季节变化时形成全国季节性易干旱地区分布的基础。长江以南地区，由于夏季风来得早，去的晚，雨季早而且时间长，若7-8月雨量较少，容易产生伏旱。华北东北地区雨季在6-9月，春旱和春夏连旱特别严重。西南地区主要依靠西南季风带来的降水，\n11-次年4月为旱季。干旱常常以其延续时间长、波及范围广、造成饥荒等特点而成为一种严重的自然灾害。干旱可分为相互联系的土壤干旱和大气干旱两个方面。土壤干旱和气候干旱的主要表现都是降水不足。因此，降水不足是干旱问题的症结所在，是干旱的根本原因。\n[0018] 降水量是直接影响土地是否干旱的关键因素，发生干旱的几率和降雨量是成正比的。降水不足的气候成因有以下四个方面：1、持续宽广的下沉气流；2、局地下沉气流；3、缺乏气压扰动；4、缺乏潮湿气流。\n[0019] 其次，是水资源方面的因素。例如，我国南方水多，耕地少，北方水少，耕地多。这种地区之间水资源的不平衡状况，是造成我国干旱灾害的重要因素。\n[0020] 再次，是社会经济方面的因素，主要是指近几十年来工农业生产用水的提高。主要表现在：1、耕地复种指数(一个农业生产地区一年内作物播种面积与耕地面积的百分比)的增加，灌溉面积的扩大，造成农田需水量的增加；2、世界人口的增加，导致生活用水量的吃去增大，而工业的发展，又造成工业用水量、需水量的增多。\n[0021] 当前，对旱情分布情况的监控主要集中为卫星遥感方式。这种方式虽然能够快速获得一定分辨率的旱情数据，但是由于卫星遥感造价高，不能全时段满足监控部门的实时监控要求，同时局地气象的影响，对卫星拍摄的旱情图片容易造成误差，导致旱情图片精度不高。\n[0022] 本发明的位于无人机上的田间旱情采集装置，通过无人机采集数据的方式，能够满足监控部门全时段、自选区域的实时性要求，同时，因为是实地监控，旱情数据更逼近实际田间情况，精度较卫星遥感方式高，从而能够获得第一手的监控资料，便于防旱部门设定更有针对性的抗旱策略，保证了抗旱救灾的效果，为农业生产保驾护航。\n[0023] 图1为根据本发明实施方案示出的位于无人机上的田间旱情采集装置的结构方框图，如图1所示，所述采集装置包括无线通信接口1、用户输入设备2、随机存储器3、磁盘读写接口4、磁盘存储器5、供电设备6、单片机7、无人机驱动设备8、气压高度传感器9、GPS定位设备10、近红外传感器11、图像处理设备12和摄像设备13，具体设备连接关系为，单片机7分别与无线通信接口1、用户输入设备2、随机存储器3、磁盘读写接口4、磁盘存储器\n5、无人机驱动设备8、气压高度传感器9、GPS定位设备10、近红外传感器11、图像处理设备\n12和摄像设备13连接，图像处理设备12分别与近红外传感器11和摄像设备13连接，磁盘读写接口4与磁盘存储器5连接，随机存储器3与用户输入设备2连接，无线通信接口1通过无线通信网络与远端的地面旱情监控平台14连接，供电设备6为田间旱情采集装置内除了供电设备6以外的设备提供电源供应。\n[0024] 接着，对本发明的田间旱情采集装置的结构进行更具体的说明。\n[0025] 所述采集装置中，无线通信接口1用于接收地面旱情监控平台14发送的控制信号，单片机7对所述控制信号进行解析，以获得旱情采集的目标区域，单片机7控制无人机驱动设备8以驱动所述无人机飞往所述目标区域，摄像设备13将采集到的所述目标区域图像发送到图像处理设备12进行图像处理，单片机7根据图像处理结果确定旱情模拟图，磁盘存储器5用于存储所述旱情模拟图。\n[0026] 所述采集装置还包括用户输入设备2，用于根据用户的输入，确定对田间图像的划分模式、田间上限灰度阈值、田间下限灰度阈值、第一总灰度阈值、第二总灰度阈值和第三总灰度阈值，第二总灰度阈值大于第一总灰度阈值且小于第三总灰度阈值；随机存储器3，连接所述用户输入设备2，用于存储所述划分模式、所述田间上限灰度阈值、所述田间下限灰度阈值、所述第一总灰度阈值、所述第二总灰度阈值和所述第三总灰度阈值。\n[0027] 所述采集装置还包括GPS定位设备10，连接GPS导航卫星，用于接收无人机所在位置的实时GPS数据；气压高度传感器9，用于根据无人机附近的气压变化，检测无人机所在位置的实时高度。\n[0028] 所述图像处理设备12将所述目标区域图像中灰度值在所述田间上限灰度阈值和所述田间下限灰度阈值之间的像素识别并组成田间图像，根据所述划分模式将所述田间图像划分为多个田间子图像，每一个田间子图像的像素数相同，累计每一个田间子图像的像素灰度值以获得总灰度值，同时输出每一个田间子图像在所述田间图像中的位置数据。\n[0029] 所述采集装置还包括近红外传感器11，连接所述图像处理设备12，以所述目标区域中所述田间图像所在的子区域作为遥测区域，基于绿色植被对近红外光的反射能力，检测所述遥测区域中的植被指数。\n[0030] 所述磁盘存储器5用于存储所述旱情模拟图和所述植被指数，还用于在存储所述旱情模拟图和所述植被指数之后向所述单片机7返回旱情已存储命令。\n[0031] 所述采集装置还包括磁盘读写接口4，连接所述磁盘存储器5，用于在无人机返航时，读出所述磁盘存储器5中存储的所述旱情模拟图和所述植被指数。\n[0032] 所述单片机7对所述控制信号进行解析以获得所述目标区域的目标GPS数据和目标高度，并控制所述无人机驱动设备8以驱动所述无人机飞往所述目标区域，在所述实时GPS数据与所述目标GPS数据一致且所述实时高度与所述目标高度一致时，启动旱情采集模式。\n[0033] 在所述旱情采集模式中，所述单片机7启动所述摄像设备13、所述图像处理设备\n12和所述近红外传感器11，接收所述图像处理设备12发送的每一个田间子图像的总灰度值和位置数据，基于每一个田间子图像的总灰度值和位置数据组成与所述田间图像对应的旱情模拟图，在所述旱情模拟图中，根据每一个田间子图像的总灰度值以采用不同颜色代表每一个田间子图像的旱情，当田间子图像的总灰度值在0和所述第一总灰度阈值之间，采用绿色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第一总灰度阈值和所述第二总灰度阈值之间，采用黄色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第二总灰度阈值和所述第三总灰度阈值之间，采用橙色代表田间子图像，当田间子图像的总灰度值在所述第三总灰度阈值和255之间，采用红色代表田间子图像，同时所述单片机7接收所述近红外传感器11发送的植被指数。\n[0034] 所述单片机7在接收到所述旱情已存储命令后，通过所述无线通信接口1向所述地面旱情监控平台14发送采集完成命令，以便于所述地面旱情监控平台14继续向所述无线通信接口1发送控制信号以控制无人机飞往下一个目标区域继续旱情采集。\n[0035] 其中，所述无线通信接口1还可以用于接收所述地面旱情监控平台14发送的数据请求信号，以在所述单片机7的控制下，将所述旱情模拟图和所述植被指数通过所述无线通信接口1实时转发给所述地面旱情监控平台14；所述图像处理设备12可选为TMS6000系列的数字处理器DSP；所述单片机7、所述随机存储器3、所述GPS定位设备10、所述图像处理设备12、所述无人机驱动设备8、所述磁盘存储器5、所述用户输入设备2和所述磁盘读写接口4可设置在无人机的前端仪表盘内，所述气压高度传感器9、所述近红外传感器11、所述无线通信接口1和所述摄像设备13可设置在无人机的机身上；所述近红外传感器11，是基于绿色植被越绿、对近红外光的反射能力越强，执行对所述遥测区域中的植被指数的检测。\n[0036] 另外，植被指数，是能反映植物生长状况的指数。植物叶面在可见光红光波段有很强的吸收特性，在近红外波段有很强的反射特性，这是植被遥感监测的物理基础，他对土壤背景变化敏感，能较好地识别植被和水体。\n[0037] 植被指数随生物量的增加而迅速增大。在植被处于中、低覆盖度时，该指数随覆盖度的增加而迅速增大，当达到一定覆盖度后增长缓慢，所以适用于植被早、中期生长阶段的动态监测。蓝光、红光和近红外通道的组合可大大消除大气中气溶胶对植被指数的干扰，所组成的抗大气植被指数可大大提高植被长势监测和作物估产精度。\n[0038] 灰度值，指黑白图像中点的颜色深度，范围一般从0到255，白色为255，黑色为0，故黑白图片也称灰度图像，在医学、图像识别领域有很广泛的用途。所谓灰度值是指色彩的浓淡程度。灰度直方图是指一幅数字图像中，对应每一个灰度值统计出具有该灰度值的像素数。对黑白图像，RGB值均相等，称为灰度值，每一个像素有一个灰度值。对于8位的灰度图像，其灰度值范围为0～255。\n[0039] 灰度也可认为是亮度，简单的说就是色彩的深浅程度。实际上在日常生活中，通过三原色色彩深浅的组合，可以组成各种不同的颜色。产品能够展现的灰度数量越多，也就意味着这款产品的色彩表现力更加丰富，能够实现更强的色彩层次。例如三原色16级灰度，能显示的颜色就是16×16×16＝4096色。\n[0040] 采用本发明的位于无人机上的田间旱情采集装置，针对现有旱情采集装置造价高、监控不够灵活、准确度易受影响的技术问题，通过将田间旱情采集装置设置在无人机上，借用无人机的可控制性、低空飞行的特点，能够出现在任何监控部门需要监控的区域，执行实时、准确、灵活的旱情数据采集，为防旱部门提供更为可靠的监控数据。\n[0041] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。