一种基于无人机的林草生态综合自动化监测装置的制作方法

本发明属于生态监测，具体是一种基于无人机的林草生态综合自动化监测装置。

背景技术：

1、林草生态系统是地球上最大的生态系统，整体结构较为复杂且物种较多，为对其进行有效保护，需要采用多种技术，通过生态监测、遥感监测等多种方式进行综合分析评估。同时林草调查监测是掌握全省森林、草原、湿地资源现状和变化情况，科学评价其质量和生态状况的重要支撑，是生态文明建设目标评价考核的重要科学依据。

2、无人机遥感技术可快速获取地理、资源、环境等空间遥感信息，其具有结构简单、机体重量轻、使用成本低、数字化和智能化程度高等优势。其应用可以有效提高工作效率，节省大量时间及费用。目前，无人机遥感技术广泛应用于自然资源调查、精细农业、地图测绘、自然灾害监测与评估、森林病虫害监测等领域，为各应用需求提供了最新、有效、现代化的途径，弥补了其他传统监测方法的缺陷。随着无人机遥感技术的不断完善与成熟，在林草生态遥感监测中，无人机技术也得到了大范围的应用，对于草原生态监测以及生态保护发挥着重要的作用。利用无人机遥感手段能获得大尺度、高空间分辨率、高时间分辨率的观测数据，为评价林草地健康状态提供了更快捷的技术手段。

3、现有的林草生态综合自动化监测则是直接利用无人机在林草地高空进行对应的巡检已拍摄或者或许相关的数据信息，并进行分析，但是在实际的无人机采集信息环境中，会有各种干扰因素干扰无人机进行对应的数据采集，例如此时光线太暗等情况时，无人机所拍摄的图片则不太清晰，或者林地或者草地不同的特性，无人机在兼顾拍摄清晰草地的同时还需注意林木的高度，以减少无人机被意外碰掉等问题。为此有必要提出一种基于无人机的林草生态综合自动化监测装置。

技术实现思路

1、为了解决上述无人机采集数据时，光线暗进而影响无人机采集数据准确性和发生无人机误撞林木的问题，本发明的目的是提供一种基于无人机的林草生态综合自动化监测装置，通过无人机和监测系统的协作，实现补光灯补光的同时利用光线折射对无人机的高度进行判断，减少无人机误撞林木的可能性。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于无人机的林草生态综合自动化监测装置，包括无人机和监测系统，无人机和监测系统信号连接；

3、无人机包括机体，机体底部设有功能块，功能块内顶壁固定连接有电机，电机的输出轴同轴固定连接有竖杆，竖杆一侧固定连接有移动片，功能快内壁固定连接有挡板，挡板上设有按压式启闭的开关，开关位于移动片的运动轨迹中；

4、竖杆穿过功能块底部延伸至功能块下方，竖杆底端固定连接有开关控制启闭的补光灯，竖杆位于功能块下方的部分设有连接杆，连接杆远离竖杆一端固定连接有光线传感器；

5、监测系统包括采集模块、采集分类模块、采集处理模块、预处理模块和监测分析模块；

6、采集模块，用于与无人机信号连接，且采集林地和草地内的各信息；

7、采集分类模块，用于对所采集的信息进行分类；

8、采集处理模块，用于对所采集的图片和光线信息进行处理，以得到对应的数据信息并控制无人机变化进行采集不同的数据；

9、预处理模块，用于对所采集的图像信息进行预处理，包括几何校正、辐射校正和大气校正；

10、监测分析模块，用于对图像信息进行分析，并得到监测信息且对林地和草地进行分类；

11、控制模块，用于对处理后的信息进行收集，并根据处理后信号将对应的控制指令传送至无人机处。

12、基础方案的原理是：在对林草地进行自动化检测时，首先控制无人机飞行至合适的位置处进行巡查和监测，在监测时，无人机的相机镜头处则对着林地和草地拍摄若干的相片，并将其相片发送至监测系统内，监测系统内的采集模块则对其图片进行收集，同时采集分类模块将所采集的图片信息进行分类，进而便于后续提取相关的信息，然后采集处理模块则对所采集的图片信息进行处理，处理后预处理模块对图片矫正，后续监测分析模块再对处理后的信息进行监测分类，最后控制模块针对分析后的信息控制无人机进行对应的运动；

13、其中当采集处理模块对所采集的图片信息进行处理时，根据无人机所拍摄的清晰度的不同，能够对无人机此时的高度进行对应的判读，若是此时所拍摄的图片过于不清晰，则可以判断此时无人机的高度较高，此时为了使所拍摄的图片更加的清晰，能够利用控制模块控制无人机的高度进行一定的降低，在降低的过程中不断的拍摄相应的图片并反馈至监测系统内，直到监测系统分析到此时图片为合适的清晰度时，则对无人机的高度锁定，并且根据无人机所拍摄的不同林地处的林地距离无人机的高度，能够对无人机的高度进行对应控制，进而减少无人机与林木枝干相撞的情况；

14、同时当采集处理模块对所采集的图片信息进行处理时，若是出现所拍摄的图片的较暗光线不足时，利用控制模块控制电机转动，竖杆随之进行转动，移动片进而逐渐靠近开关，当移动片接触到开关后，补光灯开启，进而能够提供相应的光线，此时再次进行拍摄，同时此时光线传感器能够接收到相应的折射，由此采集处理模块根据折射光线的不同，对无人机的高度进行判断，进而利用控制模块控制无人机的高度，进而使无人机高度位于合适的高度从从而使所拍摄的图片较清晰，进而便于后续充分的对林草地进行完善的监测。

15、基础方案的有益效果是：1、与现有技术相比，本发明利用无人机和监测系统协作，能够实现充分的对光线较暗的地方进行对应的补光，同时利用光线的折射还能够实现对无人机和林木的高度进行对应的判断，进而减少无人机误撞林木的情况。

16、2、通过光线折射这个参数能够丰富无人机所采集的参数信息，进而为林木的不同高度进行多数据较精准的判断，由此减少单一数据的片面性，由此能够实现所采集的数据较准确和充分。

17、3、采集模块、采集分类模块和采集处理模块的协作，能够实现对所采集的数据的快速处理，进而输出对应的信号使无人机进行对应的操作，同时还能对采集数据进行分类，从而便于后续直接提取对应的数据。

18、进一步，采集处理模块包括清晰度处理单元、光线处理单元和分析输出单元；

19、清晰度处理单元，用于接收所采集的图片信息，并对图片的清晰度进行分析和处理，并根据不同图片的清晰度判断出此时无人机的高度；

20、光线处理单元，用于接收光线折射信息，并计算光束反射回来的时间，得到无人机到地面的距离，从而得到无人机高度和林木的高度信息；

21、分析输出单元，用于根据清晰度和光线折射信息，进行综合处理，并将处理后信息传送至监测系统处，利用监测系统控制无人机进行驱动以进行采集信息。

22、基础方案的有益效果是：图片的清晰度直接受到无人机与地面目标物之间的距离影响。一般来说，无人机距离地面越近，采集到的图片清晰度越高；距离越远，清晰度越低。因此，通过分析图片的清晰度，可以间接判断出此时无人机的高度，进而通过实时监测无人机的飞行高度和图片清晰度，可以优化无人机的飞行路径和采集策略，确保在最佳高度和角度进行数据采集，从而获取最清晰、最有价值的图片信息；

23、通过测量光线往返的时间，结合光速的已知值，可以精确计算出无人机到地面的距离，进而得到无人机的高度信息。同时，结合地面参照物(如林木)的高度信息，还可以推算出林木的高度，进而光线处理单元提供的高度信息可以与清晰度处理单元的结果相互验证，提高数据准确性。此外，通过实时监测光线条件，还可以优化无人机的采集时间和角度，避免在光线不佳的条件下进行数据采集。

24、进一步，竖杆位于功能块下方一侧设有横杆，横杆远离竖杆一端固定连接有放大镜，放大镜能够位于无人机相机镜头下方，且横杆与连接杆之间的夹角大于60°。

25、基础方案的有益效果是：当竖杆进行转动后，横杆进行对应的转动，由此放大镜将会被移动至相机镜头下方，进而能够使较远处的草地均被拍摄的较为清晰，并且能够使无人机在估计林木高度的同时实现对较低处的草地进行拍摄，进而实现草地内各种虫害等均被拍摄清晰。

26、进一步，连接杆和横杆之间固定连接有清洁杆，清洁杆顶部设有若干的清洁刷毛，清洁刷毛能够接触无人机的无人机相机镜头。

27、基础方案的有益效果是：当开启和关闭补光灯和转动放大镜至相机镜头下时，清洁刷毛能够接触到相机，进而实现对相机表面进行清理，进而减少灰尘堆积在镜头表面进而导致拍摄不清晰的问题。

28、进一步，采集分类模块包括植被覆盖单元、生物量单元、树种识别单元、病虫害单元、火灾风险单元、地形地貌单元和气象数据单元；

29、植被覆盖单元，用于获取植被的覆盖情况，包括植被类型、分布范围和覆盖度；

30、生物量单元，用于通过分析遥感图像和激光雷达数据，估算林草生态系统的生物量，包括树木、灌木和草本植物的生物量；

31、树种识别单元，用于利用遥感图像和机器学习算法，识别不同树种的分布和组成；

32、病虫害单元，用于通过无人机搭载的高清相机和光谱仪器，检测林草生态系统中的病虫害发生情况；

33、火灾风险单元，用于利用红外和热成像技术，监测林草生态系统中的火灾风险区域，包括温度异常和烟雾；

34、地形地貌单元，用于通过激光雷达和高清相机，获取林草生态系统的地形地貌数据，包括高程、坡度和坡向；

35、气象数据单元，用于通过气象传感器，包括温湿度计和风速风向计，实时监测林草生态系统中的气象数据。

36、基础方案的有益效果是：通过集成多种技术和方法，实现了对林草生态系统的全面、准确监测。实时监测气象数据的好处在于能够及时掌握生态系统的气象条件和变化，为生态保护和管理提供决策依据。

37、进一步，监测分析模块包括特征提取单元、分类器设计单元和分类结果验证单元；

38、特征提取单元，用于接收无人机所采集的信息，并利用遥感技术提取草地和林地的特征；

39、分类器设计单元，用于训练一个分类器，以区分林地和草地特征，并对采集的图像信息中对林地和草地进行分类；

40、分类结果验证单元，用于采用交叉验证和训练测试集验证方法来评估分类器的性能。

41、基础方案的有益效果是：通过特征提取、分类器设计和分类结果验证步骤，实现了对林草生态的有效监测和分析。采用交叉验证和训练测试集验证方法评估分类器性能的好处在于能够全面评估分类器的性能，发现潜在问题并进行调整，从而提高监测结果的准确性和可靠性。

42、进一步，竖杆与功能块底部连接处设有密封圈。

43、基础方案的有益效果是：通过密封圈的设计，能够实现竖杆转动时，减少功能块产生漏孔的问题，进而减少垃圾灰尘等流动至功能块内进而导致影响功能块内部结构的问题。

44、进一步，电机外部设有保护壳，保护壳固定连接于功能块内壁。

45、基础方案的有益效果是：能够增加对电机的保护作用，减少电机的损坏。