一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查系统及方法
- 国知局
- 2024-10-21 14:52:13
本发明涉及耕地保护,特别是涉及一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查系统及方法。
背景技术:
1、随着城市化进程的加快和工业的发展,耕地资源面临着严重的挑战。例如,耕地占用、污染以及过度开垦等现象普遍存在,导致耕地面积不断减少、质量下降。尤其是偏远山区,由于地广人稀,通讯基站信号覆盖能力较为不足,加上地形复杂、气候多变,耕地保护难度更大,传统的耕地保护方法已难以满足需求。
2、当前,耕地保护主要依赖于以下几种方法:卫星遥感监测、“田长制”网格化管理和集中连片化地区的定点监测。卫星遥感监测虽然可以提供大范围的耕地信息,但在多云雾地区效果不佳,且监测周期较长;“田长制”网格化管理依赖大量人力,效率低且成本高,在通讯信号不佳的片碎化耕地中效果不理想;集中连片的定点监测设备在山区安装和维护成本高,覆盖范围有限。这些方法在实际应用中存在不同程度的局限性,难以有效满足耕地保护的需求。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查系统及方法解决了现有方法存在不同程度的局限性,难以有效满足耕地保护需求的问题。
2、为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查系统,包括多旋翼无人机,所述多旋翼无人机搭载有光学相机、北斗短报文通信模块、树莓派、单片机和北斗定位模块,所述树莓派存有point based yolox-nano模型,所述树莓派分别与光学相机和单片机连接,所述单片机分别与北斗短报文通信模块和北斗定位模块连接;
3、所述光学相机用于获取耕地实时影像数据;
4、所述北斗短报文通信模块用于实现数据传输;
5、所述树莓派中point based yolox-nano模型用于对耕地实时影像数据进行图像识别和处理;
6、所述单片机用于将位置信息和非农化信息进行整合;
7、所述北斗定位模块用于获取位置信息。
8、上述方案的有益效果是:本发明提供了一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,通过轻量化、高效性的point based yolox-nano模型对影像进行分析,yolox-nano采用无锚点设计,结合mosaic数据增强,在计算资源受限的环境中保持较高的检测精度。通过北斗短报文通信模块实现无人机与地面监控站之间的信号与信息传递,能够在数字信号蜂窝网络信号接收能力较弱的偏远山区等复杂气候条件下有效提高巡查效率,消除由于遥感监测受影响或蜂窝网络信号不好等问题产生的人力和财力浪费,解决了现有方法存在不同程度的局限性,以及难以有效满足耕地保护需求的问题。
9、除此之外,本发明还采用的技术方案为:一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,包括以下步骤:
10、s1:利用多旋翼无人机根据巡航路线对耕地进行巡视,并基于光学相机获取耕地实时影像数据;
11、s2:利用point based yolox-nano模型,对耕地实时影像数据进行图像识别和处理,获得非农化信息;
12、s3:利用北斗定位模块获取当前位置信息,并利用单片机将位置信息和非农化信息进行整合;
13、s4:利用北斗短报文通信模块将整合后的信息传输至终端监控中心,并利用终端监控中心对信息进行分析处理,制定相应的保护方案,完成基于北斗短报文通信的耕地保护巡查。
14、上述方案的有益效果是:本发明提供了一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,通过point based yolox-nano模型对影像进行分析,通过北斗短报文通信模块实现无人机与地面监控站之间的信号与信息传递,能够在信号接收能力较弱的山区等复杂气候条件下有效提高巡查效率,实现对农田的持续、高频次监测,以确保监测不受遥感技术干扰或蜂窝网络信号不稳定的影响,解决了现有方法存在不同程度的局限性,以及难以有效满足耕地保护需求的问题。
15、进一步地,s2中包括以下分步骤:
16、s2-1:收集耕地影像的数据集,并使用标注软件对数据集进行标注;
17、s2-2:对标注后的数据集进行划分和预处理,并将预处理后的数据集输入pointbased yolox-nano模型中进行训练;
18、s2-3:将光学相机实时获取的影像数据传输至训练后的point based yolox-nano模型中进行识别和处理,获得非农化信息。
19、上述进一步方案的有益效果是:通过对模型进行训练,不断优化模型参数,使其能够准确识别非农地区。
20、进一步地,所述point based yolox-nano模型是在弱监督学习中,通过点级别的标注信息进行监督,对所述point based yolox-nano模型的yolo检测头进行解耦,分阶段执行不同任务,包括第一阶段完成回归任务,第二阶段借助跨阶段卷积模块协助完成分类任务。
21、进一步地,point based yolox-nano模型的损失函数包括分类损失函数、目标损失函数和定位损失函数。
22、上述进一步方案的有益效果是:本发明对point based yolox-nano模型采用分类损失函数、目标损失函数和定位损失函数,进一步提高模型精度。
23、进一步地,分类损失函数为:
24、
25、其中,为实际标签,为模型输出的概率值。
26、进一步地,目标损失函数为:
27、
28、其中,为模型预测样本属于第类别的概率,为类别总数,为平衡因子,为调整因子。
29、进一步地,定位损失函数为:
30、
31、其中,为预测框与真实框的交并比,为图像数量,为点标签数量,为提议框数量,为nom分数,为欧几里得距离,为预测框中心点,为真实框中心点,为同时包含预测框和真实框的最小封闭区域的对角线距离,为平衡因子,为归一化距离分数,为权重系数,为形状一致性度量,为第张图像第个点标签第个提议框的归一化分数;
32、
33、
34、其中,和分别为真实框的宽度和高度,和分别为预测框的宽度和高度;
35、所述nom分数的计算公式为:
36、。
37、上述进一步方案的有益效果是:为了平衡伪框标签带来的影响,本发明采用了改进后的定位损失函数。
技术特征:1.一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查系统,其特征在于,包括多旋翼无人机,所述多旋翼无人机搭载有光学相机、北斗短报文通信模块、树莓派、单片机和北斗定位模块,所述树莓派存有point based yolox-nano模型,所述树莓派分别与光学相机和单片机连接,所述单片机分别与北斗短报文通信模块和北斗定位模块连接;
2.一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,其特征在于,包括以下步骤:
3.根据权利要求2所述的基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,其特征在于,所述s2中包括以下分步骤:
4.根据权利要求2所述的基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,其特征在于,所述point based yolox-nano模型是在弱监督学习中,通过点级别的标注信息进行监督,对所述point based yolox-nano模型的yolo检测头进行解耦,分阶段执行不同任务,包括第一阶段完成回归任务,第二阶段借助跨阶段卷积模块协助完成分类任务。
5.根据权利要求2所述的基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,其特征在于,所述point based yolox-nano模型的损失函数包括分类损失函数、目标损失函数和定位损失函数。
6.根据权利要求5所述的基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,其特征在于,所述分类损失函数为:
7.根据权利要求5所述的基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,其特征在于,所述目标损失函数为:
8.根据权利要求5所述的基于北斗短报文通信的耕地保护巡查方法,其特征在于,所述定位损失函数为:
技术总结本发明公开了一种基于北斗短报文通信的耕地保护巡查系统及方法,涉及耕地保护技术领域,系统包括多旋翼无人机,所述多旋翼无人机搭载有光学相机、北斗短报文通信模块、树莓派、单片机和北斗定位模块,树莓派分别与光学相机和单片机连接,单片机分别与北斗短报文通信模块和北斗定位模块连接;光学相机用于获取耕地实时影像数据;北斗短报文通信模块用于实现数据传输;树莓派中的point based yoloX‑Nano模型用于对耕地实时影像数据进行图像识别和处理;单片机用于将位置信息和非农化信息进行整合;北斗定位模块用于获取位置信息。本发明解决了现有方法存在不同程度的局限性,难以有效满足耕地保护需求的问题。技术研发人员:李优优,方裕翔,颜磊鲁受保护的技术使用者:中国民用航空飞行学院技术研发日:技术公布日:2024/10/17本文地址:https://www.jishuxx.com/zhuanli/20241021/319608.html
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