一种用于监测农作物长势的遥感监测系统

技术领域

本发明属于航空遥感领域，涉及一种用于监测农作物长势的遥感监测系统。

背景技术

目前采用航空遥感技术对农作物长势进行监控的技术上，利用目前越来越成熟的无人机装载遥感设备采集遥感图像能大大减少采集数据所需的成本，因此现在开始广泛使用。但是在进行长势监测方面，由于单一类型的遥感图像数据所能提取的图像特征有限，在进行反演训练和分析的过程中可靠性和准确性不足，因此现在越来越多地在分析计算中采用多类型遥感图像的多源数据分析方式进行反演模型的训练和实际反演处理，已获得更加准确的监测结果

但是无人机平台自身的载重能力受无人机体积限制，同时无人机续航时间也受载重影响，因此在实际进行遥感图像的采集过程中，一个无人机难以同时搭载多个遥感图像采集设备，因此需要在搭载一种采集设备完成一次采集后，回到无人机的起降处更换不同的遥感图像采集设备在进行下一次遥感图像采集过程。然而不同种类的遥感图像采集设备具有不同的供电需求和数据传输接口，因此无人机每次更换遥感图像采集设备时，都需要人为更换，并设置好各个接口之间的连接关系，同时对数据传输效果进行调试，对接口配置需要修改的现场修改。显然上述更换过程需要操作人员花费相当长的时间和精力，不仅影响图像数据的采集效率，也容易受人为操作失误影响采集数据的成功率，如果是在大片农田同时通过多个无人机进行图像数据采集，因此造成的效率降低和人为失误都不能忽视。

同时由于光学遥感图像数据的采集容易受天气光照因素影响，因此提高现场采集图像的效率对于避免环境因素影响采集效果也很重要。为避免由于效率降低导致天气变化和光照降低，进而影响现场遥感图像数据的采集，我们需要一种能有效提高多源遥感图像在现场采集效率的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于监测农作物长势的遥感监测系统，以解决现有技术中无人机更换不同种类遥感图像采集装置每次都需要人为更换并连接各个接口，更换过程需要操作人员花费相当长的时间和精力，因此造成图像采集的效率和可靠性大大下降的技术问题。

所述的一种用于监测农作物长势的遥感监测系统，包括无人机和数据处理中心，无人机上装载有数据采集模块、数据处理中心设有数据存储模块、数据预处理模块和数据分析模块，无人机和数据处理中心之间通过无线网络通信，所述数据采集模块包括遥感图像采集设备和通用云台系统，所述无人机下部设有云台自动连接机构，所述通用云台系统设有穿过所述无人机的底部洞口插入所述云台自动连接机构进行连接的连接柱，所述云台自动连接机构包括对开式的滑移开合门、设有无人机遥感接口的接口连接机构、对称设在两侧的锁合机构和传动连杆机构，所述传动连杆机构包括主连杆、锁合连杆和开合连杆，所述主连杆下端向外倾斜设置，所述主连杆从上端向下依次与所述接口连接机构上的可升降组件、所述无人机的机体、锁合连杆和开合连杆通过转轴连接，所述锁合连杆与所述锁合机构的上部固定相连，所述开合连杆与所述滑移开合门的门板外侧相铰接，所述可升降组件被所述连接柱上端顶起时通过所述传动连杆机构驱动所述门板向内滑动夹住所述连接柱，并同时驱动所述锁合机构的锁柱移动到所述门板相重叠部分的锁孔位置穿过所述锁孔实现对所述门板的锁合。

优选的，所述通用云台系统包括安装所述遥感图像采集设备的多轴云台和通用供电和数据连接模块，所述连接柱设于通用供电和数据连接模块上，所述通用供电和数据连接模块设有适配不同遥感图像采集设备的多种供电接口和数据接口并与所述连接柱上的统一供电通信接口连接，所述云台自动连接机构包括与所述统一供电通信接口可拆卸连接的无人机遥感接口和与所述云台连接结构自动实现连接和拆卸的自动连接机构，所述通用供电和数据连接模块还包括供电控制模块和通信接口配置模块，所述供电控制模块用于对不同供电接口进行供电控制，所述通信接口配置模块用于设置不同通信接口的配置信息。

优选的，所述锁合机构包括连接板、导柱、锁合压簧、压板、所述锁柱和解锁板，所述锁合连杆固定在所述连接板顶部，所述导柱垂直固定在所述压板上并与所述连接板上的通孔滑动配合，所述锁合压簧两端连接在所述连接板和所述压板上，所述锁柱垂直固定在所述压板底部，所述无人机降落时向上顶起的解锁件上固定有所述解锁板，所述解锁板平行设置于所述压板的下面，解锁时，所述解锁板向上顶起所述压板实现所述锁柱的解锁。

优选的，所述无人机包括底部支架和可伸缩支腿，所述可伸缩支腿包括伸缩杆和固定在所述伸缩杆下端的支撑底板，所述底部支架包括一端朝所述压板方向设置的套管，所述伸缩杆上部滑动插接在所述套管中，所述解锁件为所述伸缩杆，所述伸缩杆的下部与所述套管同向延伸的部分固定有挡板，所述挡板与所述套管下端之间通过缓冲弹簧连接。

优选的，所述门板朝内一侧设有与所述连接柱配合的弧形夹紧面和阶梯状结构，一侧门板的阶梯状结构由上至下分为有槽层、夹紧层和伸出层三层层级结构，另一侧门板的阶梯状结构的层级结构设置顺序与之相反，所述伸出层包括从所述弧形夹紧面两侧伸出的伸出部，所述有槽层设有与相对侧的伸出部插接配合的插接槽，一对所述伸出部内侧之间的间距朝所述弧形夹紧面方向逐渐减小形成定位引导槽。

优选的，所述接口连接机构包括所述可升降组件和垂直固定在所述机体内的导向管，所述可升降组件包括中间导管、下铰接板、接口压簧和滑动连接在所述中间导管中的无人机遥感接口，所述中间导管垂直固定在所述下铰接板上并与所述下铰接板上的通孔连通，所述中间导管上部滑动插接在所述导向管下端，所述下铰接板与所述主连杆铰接相连，所述无人机遥感接口用于与通用云台系统连接供电和通信。

优选的，本系统还包括无人机停放平台，所述无人机停放平台包括多个对应不同遥感图像采集设备的承载台和多个拆卸槽，所述拆卸槽的口部大于装有遥感图像采集设备的通用云台系统同时所述口部的宽度小于所述无人机上一对支撑底板之间的间距，所述承载台的宽度小于一对支撑底板之间间距且中间设有采集设备设置槽，所述采集设备设置槽中设有装有相应遥感图像采集设备的通用云台系统，所述通用云台系统的连接柱高度高于所述承载台。

优选的，本系统采用的遥感监测方法如下：

步骤一、控制空载状态的无人机飞行到对应本次采用的遥感图像采集设备所对应承载台上降落，让其中通用云台系统的连接柱插入云台自动连接机构实现自动连接；

步骤二、控制无人机到达监测区域进行图像采集获取第一种遥感图像并发送到数据处理中心进行预处理，预处理后的数据存储为对应的图像数据；

步骤三、控制采集图像数据后的无人机到达无人机停放平台上的拆卸槽，利用降落时可伸缩支腿被压缩将前一次采集所用的遥感图像采集设备卸下，无人机变为空载状态；

在没有采集所需的所有种类遥感图像前重复步骤一至步骤三，当采集完所有种类遥感图像后停止采集，并进行步骤四；

步骤四、从存储的多个图像数据中提取对应的特征数据，将特征数据时序化并进行融合形成包含多种遥感图像特征的多维特征数据集；

步骤五、将多维特征数据集输入训练好的农作物长势反演模型，经过模型反演后得到农作物长势的监测结果。

本发明的技术效果：1、本方案通过设置具有多种供电接口和通信接口的通用云台系统，让操作员能在进行航空遥感采集数据前提前完成不同遥感图像采集设备与通用云台系统的连接安装，而实际进行遥感图像数据采集时，通过无人机上具有的云台自动连接机构仅仅通过无人机的起降自动实现装载不同遥感图像采集设备的通用云台系统与无人机的连接和更换，通用云台系统与无人机的连接和更换的动作均一致，而不受遥感图像采集设备种类影响。这样能避免现场更换遥感图像采集设备并连接调试各个接口导致的多源遥感图像数据采集效率不足，有效减少采集数据所需的时间，并避免现场更换时发生人为失误的可能性，有效保证了现场采集遥感图像的数量、效率和可靠性满足要求。

2、本方案通过滑移开合门夹紧连接柱保证通用云台系统连接可靠的同时，还通过与滑移开合门联动的锁合机构保证在关闭的同时自动完成两侧门板之间的锁合，避免在飞行过程中因为摇晃、风力推动以及震动等因素导致门板意外打开，因此能最大程度地保证遥感图像采集设备采集数据的可靠性稳定性。而卡合式的夹紧结构配合定位引导槽和下铰接板在门板打开时允许连接柱与云台自动连接机构的中心有一定误差，大大提高自动连接的可行性，避免对无人机降落精度提出过高要求，影响实际应用的可行性。

3、本方案中接口连接结构与滑移开合门联动一方面让本方案能在实现无人机遥感接口与统一供电通信接口的同时驱动滑移开合门关闭，无需外界操控就完成连接过程。而无人机降落位置总有一定误差，设置定位引导槽和下铰接板便能在门板打开时允许连接柱与云台自动连接机构的中心有一定误差。连接柱通过顶动下铰接板令整个接口连接结构上升驱动云台自动连接机构，而定位引导槽则在此时通过门板的合拢逐渐将连接柱引导向云台自动连接机构的中心，最终通过弧形夹紧面从两侧夹住。

4、本方案进行解锁时利用可伸缩支腿的上升实现解锁，解锁的同时又能利用锁合压簧提供的压力自动打开滑移开合门，实现解锁、开门、卸下通用云台系统的一系列动作，而缓冲弹簧不仅能在可伸缩支腿着陆时起到缓冲作用，还能在上述动作完成后令解锁件复位，为下次解锁准备。这里缓冲弹簧产生的向上的压力大于锁合压簧产生的向下压力，因此能推动压板上移实现解锁。

附图说明

图1为本发明一种用于监测农作物长势的遥感监测系统中无人机停放平台使用中的结构示意图。

图2为本发明中通用云台系统的通用供电和数据连接模块的模块结构图。

图3为图1所示结构中无人机的结构示意图。

图4为图3所示结构的剖视图。

图5为图3所示结构内云台自动连接机构在连接通用云台系统时的结构示意图。

图6为图5所示结构的主视图。

图7为图6所示结构中A区域的放大图。

图8为图7所示结构中云台自动连接机构未连接通用云台系统时的结构示意图。

图9为图8所示结构中接口连接机构的结构示意图。

图10为图8所示结构在连接柱插入时滑移开合门与连接柱的结构示意图。

附图中的标记为：1、无人机，11、机体，12、起落架，121、底部支架，122、可伸缩支腿，1221、伸缩杆，1222、支撑底板，13、滑移开合门，131、门板，1311、伸出部，1312、阶梯状结构，1313、插接槽，1314、锁孔，1315、弧形夹紧面，1316、定向缺口，14、传动连杆机构，141、主连杆，142、锁合连杆，143、开合连杆，15、锁合机构，151、连接板，152、压板，153、解锁板，154、导柱，155、锁合压簧，156、锁柱，16、接口连接机构，161、下铰接板，162、导向管，163、中间导管，164、接口压簧，165、无人机遥感接口，2、无人机停放平台，21、拆卸槽，22、承载台，23、采集设备设置槽，3、数据采集模块，31、多轴云台，32、遥感图像采集设备，33、连接柱，331、止转凸棱，332、定向板，34、通用供电和数据连接模块，35、统一供电通信接口。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-10所示，本发明提供了一种用于监测农作物长势的遥感监测系统，包括无人机1和数据处理中心，无人机1上装载有数据采集模块3、数据处理中心设有数据存储模块、数据预处理模块和数据分析模块，无人机1和数据处理中心之间通过无线网络通信，其特征在于，所述数据采集模块3包括遥感图像采集设备32和通用云台系统，所述无人机1的机体11下部设有云台自动连接机构，所述通用云台系统设有穿过所述机体11的底部洞口插入所述云台自动连接机构进行连接的连接柱33，所述云台自动连接机构包括对开式的滑移开合门13、设有无人机遥感接口165的接口连接机构16、对称设在两侧的锁合机构15和传动连杆机构14，所述传动连杆机构14包括主连杆141、锁合连杆142和开合连杆143，所述主连杆141下端向外倾斜设置，所述主连杆141从上端向下依次与所述接口连接机构16上的可升降组件、所述机体11、锁合连杆142和开合连杆143通过转轴连接，所述锁合连杆142与所述锁合机构15的上部固定相连，所述开合连杆143与所述滑移开合门13的门板131外侧相铰接，所述可升降组件被所述连接柱33上端顶起时通过所述传动连杆机构14驱动所述门板131向内滑动夹住所述连接柱33，并同时驱动所述锁合机构15的锁柱156移动到所述门板131相重叠部分的锁孔1314位置穿过所述锁孔1314实现对所述门板131的锁合。

所述通用云台系统包括安装所述遥感图像采集设备32的多轴云台31和通用供电和数据连接模块34，所述连接柱33设于通用供电和数据连接模块34上，所述通用供电和数据连接模块34设有适配不同遥感图像采集设备32的多种供电接口和数据接口并与所述连接柱33上的统一供电通信接口35连接，所述统一供电通信接口35与无人机遥感接口165可拆卸连接，所述通用供电和数据连接模块34还包括供电控制模块和通信接口配置模块，所述供电控制模块用于对不同供电接口进行供电控制，所述通信接口配置模块用于设置不同通信接口的配置信息。

所述锁合机构15包括连接板151、导柱154、锁合压簧155、压板152、所述锁柱156和解锁板153，所述锁合连杆142固定在所述连接板151顶部，所述导柱154垂直固定在所述压板152上并与所述连接板151上的通孔滑动配合，所述锁合压簧155两端连接在所述连接板151和所述压板152上，所述锁柱156垂直固定在所述压板152底部，所述无人机1降落时向上顶起的解锁件上固定有所述解锁板153，所述解锁板153平行设置于所述压板152的下面，解锁时，所述解锁板153向上顶起所述压板152实现所述锁柱156的解锁。

所述无人机1的起落架12包括底部支架121和可伸缩支腿122，所述可伸缩支腿122包括伸缩杆1221和固定在所述伸缩杆1221下端的支撑底板1222，所述底部支架121包括一端朝所述压板152方向设置的套管，所述伸缩杆1221上部滑动插接在所述套管中，所述解锁件为所述伸缩杆1221，所述伸缩杆1221的下部与所述套管同向延伸的部分固定有挡板，所述挡板与所述套管下端之间通过缓冲弹簧连接。

所述门板131朝内一侧设有与所述连接柱33配合的弧形夹紧面1315和阶梯状结构1312，一侧门板131的阶梯状结构1312由上至下分为有槽层、夹紧层和伸出层三层层级结构，另一侧门板131的阶梯状结构1312的层级结构设置顺序与之相反，所述伸出层包括从所述弧形夹紧面1315两侧伸出的伸出部1311，所述有槽层设有与相对侧的伸出部1311插接配合的插接槽1313，一对所述伸出部内侧之间的间距朝所述弧形夹紧面方向逐渐减小形成定位引导槽。所述滑移开合门13闭合状态下，两侧所述弧形夹紧面1315组合成夹紧所述连接柱33的夹紧孔，一侧伸出部1311上的锁孔1314与另一侧插接槽1313下面的锁孔1314重叠。

定位引导槽和下铰接板161在门板打开时允许连接柱33与云台自动连接机构的中心有一定误差，连接柱33通过顶动下铰接板161令整个接口连接结构16上升驱动云台自动连接机构，而定位引导槽则在此时通过门板131的合拢逐渐将连接柱33引导向云台自动连接机构的中心，最终通过弧形夹紧面1315从两侧夹住。

所述连接柱33上沿周向设有若干止转凸棱331，所述弧形夹紧面1315上设有与止转凸棱331。两侧的有槽层中至少有一个具有定向缺口1316，所述定向缺口1316位于对应所述弧形夹紧面1315的位置，所述连接柱33上垂直固定有定向板332，所述定向板332与所述伸出部1311平行且所述定向板332两侧具有与所述伸出部1311内侧平行的斜面，所述定向缺口1316与对应的伸出部1311围成一个定向空槽，所述定向空槽与所述定向板332形状配合，用于实现对统一供电通信接口35上各个引脚的位置确定，防止引脚发生位置偏斜错误。

所述接口连接机构16包括所述可升降组件和垂直固定在所述机体11内的导向管162，所述可升降组件包括中间导管163、下铰接板161、接口压簧164和滑动连接在所述中间导管163中的无人机遥感接口165，所述中间导管163垂直固定在所述下铰接板161上并与所述下铰接板161上的通孔连通，所述中间导管163上部滑动插接在所述导向管162下端，所述下铰接板161与所述主连杆141铰接相连，所述无人机遥感接口165用于与通用云台系统连接供电和通信。

本系统还包括无人机停放平台2，所述无人机停放平台2包括多个对应不同遥感图像采集设备32的承载台22和多个拆卸槽21，所述拆卸槽21的口部大于装有遥感图像采集设备32的通用云台系统同时所述口部的宽度小于所述无人机1上一对支撑底板1222之间的间距，所述承载台22的宽度小于一对支撑底板1222之间间距且中间设有采集设备设置槽23，所述采集设备设置槽23中设有装有相应遥感图像采集设备32的通用云台系统，所述通用云台系统的连接柱33高度高于所述承载台22。

本系统采用的遥感监测方法如下：

步骤一、控制空载状态的无人机1飞行到对应本次采用的遥感图像采集设备32所对应承载台22上降落，让其中通用云台系统的连接柱33插入云台自动连接机构实现自动连接；

步骤二、控制无人机1到达监测区域进行图像采集获取第一种遥感图像并发送到数据处理中心进行预处理，预处理后的数据存储为对应的图像数据；

步骤三、控制采集图像数据后的无人机1到达无人机停放平台2上的拆卸槽21，利用降落时可伸缩支腿122被压缩将前一次采集所用的遥感图像采集设备32卸下，无人机1变为空载状态；

在没有采集所需的所有种类遥感图像前重复步骤一至步骤三，当采集完所有种类遥感图像后停止采集，并进行步骤四；

步骤四、从存储的多个图像数据中提取对应的特征数据，将特征数据时序化并进行融合形成包含多种遥感图像特征的多维特征数据集；

步骤五、将多维特征数据集输入训练好的农作物长势反演模型，经过模型反演后得到农作物长势的监测结果。

本方案中，当空载状态的无人机1降落到通用云台系统时，首先让无人机1降落到设有相应通用自动云台的承载台22上，承载台22只可能让无人机1的底部支架121停靠在上面，通用云台系统的连接柱33从打开的滑移开合门13中间向上插入所述机体11底部，连接柱33上端插到所述下铰接板161中心的通孔，并推动可升降组件上升。这样可升降组件通过传动连杆机构14能同时带动锁合机构15和门板131向内移动，这一过程直至门板131闭合、伸出部1311与插接槽1313插接到底，实现伸出部1311上的锁孔1314与插接槽1313底面的锁孔1314重合后停止。与此同时，锁合机构15的移动一方面挤压了锁合压簧155而另一方面将锁柱156移动到上述已经重合的锁孔1314上，于是锁柱156在锁合压簧155作用下插入重合的两个锁孔1314中，实现了对门板131的锁合。这时可升降组件不再上移，而接口压簧164作用于所述无人机遥感接口165使其下压，与连接柱33上端的统一供电通信接口35相插接相连，实现供电和通信。

此时合起的门板131，一方面通过组成定向槽与连接柱33上的定向板332形状配合，从而完成通用云台系统的定向工作，另一方面通过弧形夹紧面1315相对拼合形成了与连接柱33侧面止转凸棱331相配合的夹紧结构，有效保证连接柱33侧面的夹紧和止转效果，保证连接后的结构强度可靠，能适应飞行和起降过程中多个方向对通用自动云台的冲击。

而更换通用自动云台时，无人机1停靠到拆卸槽21，并且是通过可伸缩支腿122降落到拆卸槽21的口部两侧，此时通过降落带来的冲击令伸缩杆1221向上滑动，由此通过解锁板153向上顶起压板152，压板152与解锁板153能相对水平滑动。压板152被顶起时，锁柱156从锁孔1314中被顶出，由于这是锁合压簧155处于连接板151不动而压板152上升的压紧状态，当锁柱156被顶出后，由于锁柱156相对两侧的门板131能够移动，因此锁合压簧155能将压板152顶起，而当锁柱156脱离各锁孔1314后，会通过锁合压簧155进一步导致连接板151和主连杆141的上端上移，这同时导致可升降组件上移和主连杆141的下端向内转动一定角度，主连杆141通过开合连杆143驱动一对门板131朝相反方向移动打开，打开的过程令连接柱33能够下移，因此无人机遥感接口165与统一供电通信接口35能够分离，而接口压簧164形成向下推动通用云台系统的力量。

上述过程可伸缩支腿122同时通过移动和缓冲弹簧作用同时实现了缓冲和解锁两个效果，并利用锁合压簧155的作用在解锁后立即实现对主连杆141的驱动，自动实现对已装载的通用云台系统的拆卸，一举多得，避免在空间和载重量有限的小型无人机1上装设新的动力装置，同时构成结构的部件数量和体积均较小，因此适用于小型无人机1上，以保证能仅依靠无人机1的起降自动完成通用云台系统的装卸过程。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。