CN107192678A - 一种基于多传感器成像光谱的自走式低空遥感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于多传感器成像光谱的自走式低空遥感装置，包括行走车体，所述行走车体设有通过升降机构支撑的载物台，该载物台上装载有多自由度伸缩旋转机构，所述多自由度伸缩旋转机构上设有遥感平台，并设有安装在遥感平台底部的多种光谱成像相机传感器；所述的多自由度伸缩旋转机构包括活动安装在载物台上的旋转基座，固定在旋转基座上的竖直伸缩杆，以及连接在竖直伸缩杆顶部的水平伸缩杆；所述的遥感平台固定在水平伸缩杆的端部。本发明实现了农情信息的全自动全方位实时监测，具有自动化程度高、监测范围广、获取数据全面、安全性强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及作物光谱成像技术，特别涉及一种基于多传感器成像光谱的自走式低空遥感装置。
背景技术
遥感是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息(如电场、磁场、电磁波、地震波等信息)，并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。将遥感技术与农学各学科及其技术结合起来，成为为农业发展服务的一门综合性很强的技术。利用遥感技术监测农作物种植面积、农作物长势信息，快速监测和评估农业干旱和病虫害等灾害信息，估算全球范围、全国和区域范围的农作物产量，为粮食供应数量分析与预测预警提供信息。
多光谱、高光谱和叶绿荧光成像是光谱成像常用的三种技术，近年来在农业中得到越来越多的应用。高光谱遥感在农业中的应用，主要表现在快速、精确地进行作物生长信息的提取、作物长势监测、作物胁迫监测、估算植被(作物)初级生产力与生物量、估算光能利用率和蒸散量以及作物品质遥感监测预报。从而相应调整投入物资的投入量，达到减少浪费，增加产量，改善品质，保护农业资源和环境质量的目的。叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，具有特异性、高灵敏度的特点，能快速反映植物生理生态状况，并且能够实现无损检测，在遗传育种、突变株筛选、病虫害检测等众多领域都有着广泛的应用。
近年来随着无人机技术的发展，运用无人机搭载光谱相机的无人机遥感技术有了显著的发展。低空无人机可以弥补传统监测设备作业范围小、实时监测难等问题，同时弥补了卫星遥感的成本高、受天气状况影响大等问题。无人机遥感可以获取土壤养分、作物长势、病虫害监测等农业生产信息，通过数据解析，进行变量施肥、科学施药、预测病虫害、预测作物产量等。现阶段，无人机的载重量有限，无法搭载多种相机，同时飞行稳定性的还需提高，有安全隐患。电池能源供给和高效利用也是无人机应用过程中亟待科研的重要环节。
为了弥补原有技术手段的不足，该基于多传感器成像光谱的自走式低空遥感装置和方法，通过配有GPS导航***的自主行走车体解决了无人机稳定性差和续航时间短的问题，同时搭载多自由度伸缩旋转装置可平移、升降、旋转，适应多种检测需求。利用相机搭载平台搭载多种光谱成像相机和叶绿荧光成像***，可以获得多层面的信息数据。该装置和检测方法可以稳定、实时、大范围和全面地监测农情信息，对于指导农业生产具有重大意义。
发明内容
本发明公开了一种基于多传感器成像光谱的自走式低空遥感装置，实现了农情信息的全自动全方位实时监测，对于指导农业生产具有重大意义。本装置解决了传统监测设备作业范围小、实时监测难等问题，同时弥补了无人机遥感稳定性差，续航时间短和载重小的问题。具有自动化程度高、监测范围广、获取数据全面、安全性强等特点。具体技术方案如下：
一种基于多传感器成像光谱的自走式低空遥感装置，包括行走车体，所述行走车体设有通过升降机构支撑的载物台，该载物台上装载有多自由度伸缩旋转机构，所述多自由度伸缩旋转机构上设有遥感平台，并设有安装在遥感平台底部的多种光谱成像相机传感器；
所述的多自由度伸缩旋转机构包括活动安装在载物台上的旋转基座，固定在旋转基座上的竖直伸缩杆，以及连接在竖直伸缩杆顶部的水平伸缩杆；所述的遥感平台固定在水平伸缩杆的端部。
作为优选的，所述的行走车体搭载有GPS导航***，可以根据预定规划路线或由遥控实时操控在田间自主行走，定位精度高，实现农田全面覆盖。利用差分GPS***，能够实现及时调整行走路线，提高定位、行走的准确度。
作为优选的，所述的升降机构为液压千斤顶，通过驱动操控其顶起上方的载物台和其上方的所有装置，起到起重、支撑和调整高度的作用，结构轻巧坚固、灵活可靠。
本发明中，多自由度伸缩旋转装置由底部旋转基座，竖直伸缩杆和水平伸缩杆构成。圆柱底座可以实现顺逆时针不同方向，不同速度旋转。竖直伸缩杆可上下伸缩移动，高度可达20米，可根据作物生长周期的高度来调整，保持检测***离作物冠层高度一致。水平伸缩杆可左右伸缩移动，距离可达10米以上，因其多自由度灵活操作，有效实现大面积的农田信息监测。
作为优选的，所述多种光谱成像相机传感器包括搭载在遥感平台底部的RGB相机、25波段多光谱相机、ADC相机和高光谱相机。
遥感平台与多自由度伸缩旋转装置相连接，底部通过四个机械增稳云台搭载RGB相机(Sony NEX-7)，25波段多光谱相机(XIMEA工业相机xiQ系列，CMV2K)，ADC相机(Tetracam公司)和高光谱相机(Aisa KESTREL)。搭载不同传感器可以获得多层面的信息数据，不仅可以记录几何轮廓数据，还可以采集图片信息、激光背散射强度、高光谱数据。机械增稳云台能满足相机的三个活动自由度：绕X、Y、Z轴旋转，每个轴心内都安装有电机，当无人机倾斜时，同样会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动，保证画面清晰稳定。通过遥感平台的旋转和机械增稳云台的翻转实现全方位、多角度信息获取。
遥感平台还配有叶绿素荧光成像***，包括LEDs光源板、CCD镜头(C8484-05,Hamamatsu,Hamamatsu City,Japan)，可对整株植物及多株植物进行叶绿素荧光分析，同时配有成像分析模块，用于作物形态测量分析。
遥感平台底部配有的LEDs光源板可根据需求激发不同的光源组合，并根据不同的作物选择测量光，光化光，饱和光等强度。
遥感平台受主控计算机控制，遥感平台装配有差分GPS和惯导元件，可准确获得相机位置与姿态信息，便于控制相机云台对相机姿态进行修正。多种相机传感器实时采集图像光谱信息，再将姿态参数与拍摄的图像数据整合传回计算机，存入储存设备中，供后期对于遥感数据修正处理。通过不同相机传感器全面获取土壤养分、作物长势、病虫害监测等农业生产信息，继而通过数据解析，进行变量施肥、科学施药、预测病虫害、预测作物产量等。
作为优选的，所述遥感平台的底部设有安装板，该安装板与遥感平台间设有缓震球，所述的多种光谱成像相机传感器设置在安装板的底部。具体为橡胶缓震球，减缓由于车体颠簸而造成多种光谱成像相机传感器的震动。
附图说明
图1为基于光谱成像技术的自走式在线检测装置；
图2为相机搭载平台；
图3为叶绿荧光成像***；
图4为遥感平台设计架构图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
如图1-3所示，本发明中的基于光谱成像技术的自走式在线检测装置和方法包括：自主行走车体1，GPS导航***2，载物台3，旋转基座4，竖直伸缩杆5，水平伸缩杆6，遥感平台7，橡胶缓震球8，机械增稳云台9，多种光谱成像相机10，CCD镜头11，LEDs光源板12。
行走车体1搭载GPS导航***2，可以根据预定规划路线或由遥控实时操控在田间自主行走，定位精度高，实现农田全面覆盖。利用差分GPS***，能够实现及时调整行走路线，提高定位、行走的准确度。
载物台3和台下的液压千斤顶起重设备，通过驱动操控其顶起上方的载物台和其上方的所有装置，起到起重、支撑和调整高度的作用，结构轻巧坚固、灵活可靠。
多自由度伸缩旋转装置由底部旋转基座4，竖直伸缩杆和水平伸缩杆构成。圆柱底座可以实现顺逆时针不同方向，不同速度旋转。竖直伸缩杆5可上下伸缩移动，高度可达20米，可根据作物生长周期的高度来调整，保持检测***离作物冠层高度一致。水平伸缩杆6可左右伸缩移动，距离可达10米以上，因其多自由度灵活操作，有效实现大面积的农田信息监测。
遥感平台7与多自由度伸缩旋转装置相连接，底部通过四个机械增稳云台搭载RGB相机(Sony NEX-7)，25波段多光谱相机(XIMEA工业相机xiQ系列，CMV2K)，ADC相机(Tetracam公司)和高光谱相机(Aisa KESTREL)10。搭载不同传感器可以获得多层面的信息数据，不仅可以记录几何轮廓数据，还可以采集图片信息、激光背散射强度、高光谱数据。机械增稳云台9能满足相机的三个活动自由度：绕X、Y、Z轴旋转，每个轴心内都安装有电机，当无人机倾斜时，同样会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动，保证画面清晰稳定。通过遥感平台的旋转和机械增稳云台的翻转实现全方位、多角度信息获取。
遥感平台还配有叶绿素荧光成像***，包括LEDs光源板、CCD镜头11(C8484-05,Hamamatsu,Hamamatsu City,Japan)，可对整株植物及多株植物进行叶绿素荧光分析，同时配有成像分析模块，用于作物形态测量分析。遥感平台底部配有的LEDs光源板12可根据需求激发不同的光源组合，并根据不同的作物选择测量光，光化光，饱和光等强度。
如图4所示，遥感平台受主控计算机控制，遥感平台装配有差分GPS和惯导元件，可准确获得相机位置与姿态信息，便于控制相机云台对相机姿态进行修正。多种相机传感器实时采集图像光谱信息，再将姿态参数与拍摄的图像数据整合传回计算机，存入储存设备中，供后期对于遥感数据修正处理。通过不同相机传感器全面获取土壤养分、作物长势、病虫害监测等农业生产信息，继而通过数据解析，进行变量施肥、科学施药、预测病虫害、预测作物产量等。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于多传感器成像光谱的自走式低空遥感装置，其特征在于，包括行走车体，所述行走车体设有通过升降机构支撑的载物台，该载物台上装载有多自由度伸缩旋转机构，所述多自由度伸缩旋转机构上设有遥感平台，并设有安装在遥感平台底部的多种光谱成像相机传感器；
所述的多自由度伸缩旋转机构包括活动安装在载物台上的旋转基座，固定在旋转基座上的竖直伸缩杆，以及连接在竖直伸缩杆顶部的水平伸缩杆；所述的遥感平台固定在水平伸缩杆的端部。
2.如权利要求1所述的自走式低空遥感装置，其特征在于，所述的行走车体搭载有GPS导航***。
3.如权利要求1所述的自走式低空遥感装置，其特征在于，所述的升降机构为液压千斤顶。
4.如权利要求1所述的自走式低空遥感装置，其特征在于，所述多种光谱成像相机传感器包括搭载在遥感平台底部的RGB相机、25波段多光谱相机、ADC相机和高光谱相机。
5.如权利要求1所述的自走式低空遥感装置，其特征在于，所述遥感平台还配有叶绿素荧光成像***，包括LEDs光源板和CCD镜头。
6.如权利要求1所述的自走式低空遥感装置，其特征在于，所述遥感平台的底部设有安装板，该安装板与遥感平台间设有缓震球，所述的多种光谱成像相机传感器设置在安装板的底部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170922 |