本發(fā)明涉及畜牧技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無人機(jī)草場管理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前有一些牧民使用遙控器對無人機(jī)控制進(jìn)行牧牲畜作業(yè)，或獨(dú)機(jī)式牧牲畜犬系統(tǒng)。目前的主要問題是：單獨(dú)的無人機(jī)進(jìn)行牧牲畜作業(yè)時(shí)，因只能在畜牧群的一面進(jìn)行驅(qū)趕，不能很好的將畜牧群趕往需要的方向。當(dāng)有畜牧逃走或者遺失時(shí)，如若無人機(jī)去驅(qū)趕逃走或者遺失的畜牧回來，那牲畜將處于無人看管的狀態(tài)，容易出現(xiàn)問題；而若不去驅(qū)趕回逃走或者遺失的畜牧，那將會造成損失；同時(shí)需要牧戶實(shí)時(shí)對其進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)當(dāng)牲畜放牧距離較遠(yuǎn)，一旦放牧距離較遠(yuǎn)，牧戶很難對其盡心給管理無法保證其在放牧過程中。如中國專利cn106647811a公開了一種基于無人機(jī)集群的放牧系統(tǒng)，包括地面站和無人機(jī)集群系統(tǒng)，所述地面站中設(shè)有航線規(guī)劃系統(tǒng)和無人機(jī)控制系統(tǒng)，所述無人機(jī)控制系統(tǒng)與無人機(jī)集群系統(tǒng)通訊連接，所述無人機(jī)集群系統(tǒng)由若干組飛控系統(tǒng)組成，所述任意一組飛控系統(tǒng)均由若干無人機(jī)本體組成，所述飛控系統(tǒng)與無人機(jī)本體內(nèi)的動力裝置電性連接，所述無人機(jī)本體上設(shè)有監(jiān)控裝置和音響，所述音響與無人機(jī)控制系統(tǒng)通訊連接，由于采用了集群控制、航線規(guī)劃及自主起飛等技術(shù)，簡化了對無人機(jī)的操作流程，提高了牧民對牲畜放養(yǎng)的管理效率。放牧系統(tǒng)中僅涉及到了驅(qū)趕過程，但在放牧過程中還存在牧群在同一區(qū)域內(nèi)進(jìn)食時(shí)間過長，不僅破壞植被，同時(shí)牲畜進(jìn)食的植被質(zhì)量差，影響牲畜健康；另外在驅(qū)趕過程中為未如何驅(qū)趕牧群至優(yōu)良牧草區(qū)域的方法，僅單一的作出驅(qū)趕動作。猶如中國專利cn205029771u公開了一種智能放牧系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含：航拍無人機(jī)、用于控制所述航拍無人機(jī)飛行路線的飛控中心、遠(yuǎn)程服務(wù)器、佩戴于頭牲畜的主設(shè)備、以及佩戴于若干從牲畜的從設(shè)備，所述從設(shè)備的個數(shù)與從牲畜的個數(shù)相同；所述主設(shè)備與從設(shè)備相連接，所述主設(shè)備與所述從設(shè)備組建為無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)mesh網(wǎng)絡(luò)；所述主設(shè)備與所述遠(yuǎn)程服務(wù)器通信連接；所述遠(yuǎn)程服務(wù)器與所述飛控中心通信連接；所述飛控中心與所述航拍無人機(jī)連接。通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且能使牧民輕松查看牧群的生存狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)無人放牧。該系統(tǒng)中并未考慮到如何根據(jù)牧群位置選擇合適的進(jìn)食區(qū)域，保證牧群進(jìn)食區(qū)域內(nèi)牧草質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法同時(shí)對草場植被、鼠洞、土壤情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且不能根據(jù)吃草區(qū)域植被情況自動放牧問題，本發(fā)明提供了一種無人機(jī)草場管理系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明提供了一種無人機(jī)草場管理系統(tǒng)，該無人機(jī)草場管理系統(tǒng)安裝于無人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，該無人機(jī)草場植被分析系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集單元、檢測單元、分析單元、執(zhí)行單元與控制站，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：

所述數(shù)據(jù)采集單元分別電性連接檢測單元和分析單元，用于采集放牧區(qū)域遙感圖像和土壤信息；

所述檢測單元接收遙感圖像采集單元中的遙感圖像，用于在遙感圖像上區(qū)分牧草區(qū)域和非牧草區(qū)域，并且將上述相同遙感圖像根據(jù)牧群所在位置區(qū)分吃草區(qū)域和非吃草區(qū)域，另外根據(jù)鼠洞特征在遙感圖像上標(biāo)記鼠洞；

所述分析單元分別電性連接所述檢測單元和數(shù)據(jù)采集單元，該分析單元接收檢測單元遙感圖像并對其分析，同時(shí)分析由數(shù)據(jù)采集單元直接傳輸?shù)耐寥佬畔⒑褪蠖葱畔ⅲ瑢⒎治鼋Y(jié)果傳輸至執(zhí)行單元和控制站；

所述執(zhí)行單元響應(yīng)接收到的分析單元發(fā)出的遙感圖像分析結(jié)果執(zhí)行相對應(yīng)的無人機(jī)動作。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集單元包含遙感圖像采集單元和土壤采集單元；遙感圖像采集單元電性連接所述檢測單元，采集牧群吃草區(qū)域和以吃草區(qū)域?yàn)橹行南蛲廨椛涞姆浅圆輩^(qū)域的遙感圖像；土壤采集單元電性連接分析單元，測定放牧區(qū)域內(nèi)土壤水分含量和土壤溫度。

進(jìn)一步的，所述檢測單元將遙感圖像上牧草與吃草/非吃草區(qū)域相互配對成相應(yīng)的檢測單位，分別為：第一檢測單位，即牧草+吃草區(qū)域遙感圖像；第二檢測單位，即牧草+非吃草區(qū)域遙感圖像；在遙感圖像的非牧草區(qū)域上標(biāo)記鼠洞的遙感圖像為第三檢測單位。

進(jìn)一步的，所述分析單元包含遙感圖像分析單元、土壤分析單元和鼠洞分析單元；遙感圖像分析單元接收檢測單元的遙感圖像分析得不同位置處植被的基本信息；土壤分析單元分析土壤采集單元的土壤信息；鼠洞分析單元接收檢測單元的遙感圖像，并判定害鼠危害程度等級并發(fā)送至控制站。

本發(fā)明還披露一種無人機(jī)草場管理方法，運(yùn)用于無人機(jī)草場管理系統(tǒng)中，無人機(jī)安裝遙感攝像機(jī)和土壤檢測傳感器，管理步驟包括：

步驟100，采集步驟，遙感攝像機(jī)拍攝放牧區(qū)域遙感圖像；無人機(jī)降落至地面通過土壤檢測傳感器檢測土壤水分含量和土壤溫度。

步驟200，檢測步驟，將放牧區(qū)域遙感圖像采用最大類間方差自動閾值檢測方法區(qū)分牧草區(qū)域和非牧草區(qū)域，并且根據(jù)牧群所在位置將上述遙感圖像區(qū)分為吃草區(qū)域和非吃草區(qū)域，同時(shí)根據(jù)鼠洞特征標(biāo)記非牧草區(qū)域鼠洞；將牧草區(qū)域遙感圖像與吃草/非吃草區(qū)域遙感圖像相互結(jié)合配對成檢測單位，檢測單位為：第一檢測單位，即牧草+吃草區(qū)域；第二檢測單位，即牧草+非吃草區(qū)域；另外，在遙感圖像上非牧草區(qū)域根據(jù)鼠洞特征標(biāo)記鼠洞，該遙感圖像為第三檢測單位。

步驟300，分析步驟，分析第一檢測單位和第二檢測單位中相應(yīng)區(qū)域內(nèi)牧草覆蓋度，并在第三檢測單位中判定害鼠危害程度等級，同時(shí)根據(jù)采集的土壤水分含量和土壤溫度分析土壤情況，分析結(jié)果發(fā)送控制站。

步驟400，執(zhí)行步驟，選擇第二檢測單位遙感圖像中草場植被覆蓋度最大值的待測區(qū)域，根據(jù)待測區(qū)域方位，控制無人機(jī)朝向該待測區(qū)域做驅(qū)趕動作。

進(jìn)一步的，所述步驟300包括，

步驟310，通過第一檢測單位的遙感圖像分析得當(dāng)前牧群吃草區(qū)域牧草質(zhì)量；通過第二檢測單位的遙感圖像分析得非吃草區(qū)域內(nèi)牧草質(zhì)量；分析單元將第一檢測單位遙感圖像分析結(jié)果結(jié)合第二檢測單位遙感圖像分析結(jié)果得到最終分析結(jié)果，執(zhí)行單元接收該分析結(jié)果。

步驟320，將鼠洞危害面積依據(jù)草原主要害鼠危害分級表判定害鼠危害程度等級，將判定的害鼠危害等級發(fā)送至控制站。

步驟330，將土壤水分含量、土壤溫度信息分別與設(shè)定的相對應(yīng)閾值對比得到土壤信息對比結(jié)果，將土壤信息對比結(jié)果發(fā)送至控制站。

進(jìn)一步的，所述步驟310中分析第一檢測單位的遙感圖像步驟為：

步驟311，根據(jù)經(jīng)緯度分別在第一檢測單位和第二檢測單位相對應(yīng)遙感圖像上選取監(jiān)測點(diǎn)；

步驟312，對每個監(jiān)測點(diǎn)植被分析草場植被覆蓋度，得監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度；

步驟313，對比第一檢測單位監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋度和植被覆蓋度閾值得到對比結(jié)果，將對比結(jié)果傳輸于執(zhí)行單元。

進(jìn)一步的，步驟312中，第一檢測單位監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度由第一檢測單位中各監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度求和平均得到的植被覆蓋度均值。

進(jìn)一步的，所述步驟310中分析第二檢測單位遙感圖像步驟為：

步驟314，以吃草區(qū)域?yàn)榛c(diǎn)向外輻射的輻射區(qū)域，根據(jù)東南西北四個方向劃分出四個待測區(qū)域，在每個待測區(qū)域內(nèi)均勻選取待測區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)；

步驟315，對每個待測區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)植被分析草場植被覆蓋度，得待測區(qū)域草場植被覆蓋度；

步驟316，對比各待測監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋度和植被覆蓋度閾值得到對比結(jié)果，對比四個待測區(qū)域的草場植被覆蓋度均值得待測區(qū)域草場植被覆蓋度最大值。

進(jìn)一步的，步驟315中，第二檢測單位監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度由第二檢測單位中各監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度求和平均得到的植被覆蓋度均值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、通過該系統(tǒng)以無人機(jī)為媒介，同時(shí)對草場植被、鼠洞、土壤情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)在放牧過程中，無人機(jī)還可通過牧群吃草區(qū)域植被情況進(jìn)行自動放牧。

二、通過遙感圖像采集單元采集牧群吃草區(qū)域和非吃草區(qū)域，以吃草區(qū)域?yàn)榛c(diǎn)向外輻射并設(shè)定輻射半徑得到輻射區(qū)域，在輻射區(qū)域內(nèi)根據(jù)東南西北四個方向劃分出四個待測區(qū)域，對每個待測區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)植被分析草場植被覆蓋度，當(dāng)吃草區(qū)域植被覆蓋度低于閾值，則分析單元選取非吃草區(qū)域中四個待測區(qū)域的草場植被覆蓋度均值得待測區(qū)域草場植被覆蓋度最大值，由執(zhí)行單元控制無人機(jī)朝向該區(qū)域作驅(qū)趕動作。

附圖說明

圖1是無人機(jī)草場管理系統(tǒng)的功能單元圖；

圖2是無人機(jī)草場管理方法流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，是本發(fā)明無人機(jī)草場管理系統(tǒng)的功能單元圖。所述無人機(jī)草場管理系統(tǒng)安裝于無人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，該無人機(jī)草場植被分析系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集單元、檢測單元、分析單元、執(zhí)行單元與控制站。

所述數(shù)據(jù)采集單元分別電性連接檢測單元和分析單元，用于采集放牧區(qū)域遙感圖像和土壤信息，該數(shù)據(jù)采集單元包含遙感圖像采集單元和土壤采集單元；其中，所述遙感圖像采集單元電性連接所述檢測單元，用于采集牧群吃草區(qū)域和以吃草區(qū)域?yàn)橹行南蛲廨椛涞姆浅圆輩^(qū)域的遙感圖像以及采集放牧區(qū)域內(nèi)鼠洞情況；所述土壤采集單元電性連接分析單元，該土壤采集單元中設(shè)定有安裝于無人機(jī)底部的土壤檢測傳感器，用于測定放牧區(qū)域內(nèi)土壤水分含量和土壤溫度。

進(jìn)一步優(yōu)選的，檢測單元接收遙感圖像采集單元中的遙感圖像，用于在遙感圖像上區(qū)分牧草區(qū)域和非牧草區(qū)域，并且將上述相同遙感圖像根據(jù)牧群所在位置區(qū)分吃草區(qū)域和非吃草區(qū)域，另外根據(jù)鼠洞特征在該遙感圖像上標(biāo)記鼠洞。所述檢測單元將遙感圖像上牧草與吃草/非吃草區(qū)域相互對配成相應(yīng)的檢測單位，分別為：第一檢測單位，即牧草+吃草區(qū)域遙感圖像；第二檢測單位，即牧草+非吃草區(qū)域遙感圖像；標(biāo)記鼠洞的遙感圖像為第三檢測單位。

所述分析單元分別電性連接所述檢測單元和數(shù)據(jù)采集單元，該分析單元接收檢測單元遙感圖像并對其分析，同時(shí)分析由數(shù)據(jù)采集單元直接傳輸?shù)耐寥佬畔?，將分析結(jié)果傳輸至執(zhí)行單元和控制站。

進(jìn)一步優(yōu)選的，分析單元包含遙感圖像分析單元、土壤分析單元和鼠洞分析單元；遙感圖像分析單元用于接收來自所述檢測單元的遙感圖像，并且分析接收到的遙感圖像以得知遙感圖像上不同位置處植被的基本信息，進(jìn)而根據(jù)該遙感圖像上植被基本信息及相對應(yīng)的植被位置輸出執(zhí)行信號。

其中遙感圖像分析單元由與第一檢測單位電性連接的第一分析單元和與第二檢測單位電性連接的第二分析單元構(gòu)成，第一分析單元接收并分析第一檢測單位的遙感圖像，得到第一檢測單位遙感圖像分析結(jié)果；第二分析單元接收并分析第二檢測單位的遙感圖像，得到第二檢測單位遙感圖像分析結(jié)果。

土壤分析單元接收土壤采集單元的土壤水分含量和土壤溫度信息，將土壤水分含量、土壤溫度信息分別與牧戶設(shè)定的相對應(yīng)閾值對比得到土壤信息對比結(jié)果，將土壤信息對比結(jié)果發(fā)送至控制站?？刂普究蓪?shí)時(shí)監(jiān)測草場是否出現(xiàn)旱情，具有預(yù)警預(yù)報(bào)功能。

鼠洞分析單元接收檢測單元的遙感圖像并得到遙感圖像上標(biāo)記鼠洞危害面積，將鼠洞危害面積依據(jù)草原主要害鼠危害分級表判定害鼠危害程度等級，將判定的害鼠危害等級發(fā)送至控制站。

所述執(zhí)行單元響應(yīng)接收到的分析單元發(fā)出的遙感圖像分析結(jié)果執(zhí)行相對應(yīng)的無人機(jī)動作。

圖2是本發(fā)明的無人機(jī)草場管理方法流程圖。無人機(jī)安裝遙感攝像機(jī)和土壤檢測傳感器，無人機(jī)草場管理方法，主要包含以下步驟：

步驟100，遙感攝像機(jī)以放牧過程中取牧群所在位置處的靜態(tài)物體為聚焦點(diǎn)拍攝放牧區(qū)域遙感圖像，遙感攝像裝置將放牧區(qū)域遙感圖像傳輸至檢測單元。無人機(jī)降落至地面通過土壤檢測傳感器檢測土壤水分含量和土壤溫度，并將土壤檢測信息傳輸于分析單元。

步驟200，所述檢測單元將放牧區(qū)域遙感圖像采用最大類間方差自動閾值檢測方法區(qū)分牧草區(qū)域和非牧草區(qū)域，并且根據(jù)牧群所在位置將上述遙感圖像區(qū)分為吃草區(qū)域和非吃草區(qū)域，同時(shí)根據(jù)鼠洞特征標(biāo)記非牧草區(qū)域鼠洞。將牧草區(qū)域遙感圖像與吃草/非吃草區(qū)域遙感圖像相互結(jié)合配對成檢測單位，檢測單位為：第一檢測單位，即牧草+吃草區(qū)域；第二檢測單位，即牧草+非吃草區(qū)域；另外，在遙感圖像上非牧草區(qū)域根據(jù)鼠洞特征標(biāo)記鼠洞，該遙感圖像為第三檢測單位。

步驟300，所述分析單元接收檢測單位分析相應(yīng)區(qū)域內(nèi)牧草基本信息和判定害鼠危害程度等級，同時(shí)接收數(shù)據(jù)采集單元的土壤采集信息分析土壤情況。

步驟400，選擇第二檢測單位遙感圖像中草場植被覆蓋度最大值的待測區(qū)域，根據(jù)待測區(qū)域方位，執(zhí)行單元控制無人機(jī)朝向該待測區(qū)域做驅(qū)趕動作。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟300包括，

步驟310，分析第一檢測單位的遙感圖像目的是分析當(dāng)前牧群吃草區(qū)域牧草質(zhì)量；分析第二檢測單位的遙感圖像目的是分析非吃草區(qū)域內(nèi)牧草質(zhì)量。當(dāng)牧草質(zhì)量低于牧戶設(shè)定的牧草質(zhì)量閾值時(shí)，分析單元將第一檢測單位遙感圖像分析結(jié)果結(jié)合第二檢測單位遙感圖像分析結(jié)果得到最終分析結(jié)果，執(zhí)行單元接收該分析結(jié)果，針對該分析結(jié)果下的無人機(jī)執(zhí)行相應(yīng)動作。

步驟320，將鼠洞危害面積依據(jù)草原主要害鼠危害分級表判定害鼠危害程度等級，將判定的害鼠危害等級發(fā)送至控制站。

步驟330，將土壤水分含量、土壤溫度信息分別與牧戶設(shè)定的相對應(yīng)閾值對比得到土壤信息對比結(jié)果，將土壤信息對比結(jié)果發(fā)送至控制站。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟310中所述分析單元分析第一檢測單位的遙感圖像步驟為：

步驟311，根據(jù)經(jīng)緯度分別在第一檢測單位和第二檢測單位相對應(yīng)遙感圖像上選取選取監(jiān)測點(diǎn)；

其中第一檢測單位監(jiān)測點(diǎn)以陣列方式在第一檢測單位遙感圖像上選取。

步驟312，對每個監(jiān)測點(diǎn)植被分析草場植被覆蓋度，得監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度；

其中，第一檢測單位監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度由第一檢測單位中各監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度求和平均得到的植被覆蓋度均值。

步驟313，對比第一檢測單位監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋度和植被覆蓋度閾值得到對比結(jié)果，當(dāng)?shù)谝粰z測單位監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋度低于植被覆蓋度閾值時(shí)，對比結(jié)果為負(fù)；當(dāng)?shù)谝粰z測單位監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋度高于植被覆蓋度閾值時(shí)，對比結(jié)果為正，將對比結(jié)果傳輸于執(zhí)行單元。

所述分析單元分析第二檢測單位遙感圖像方法為：

步驟314，以吃草區(qū)域?yàn)榛c(diǎn)向外輻射并設(shè)定輻射半徑的到輻射區(qū)域，在輻射區(qū)域內(nèi)根據(jù)東南西北四個方向劃分出四個待測區(qū)域，在每個待測區(qū)域內(nèi)均勻選取待測區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)；

步驟315，對每個待測區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)植被分析草場植被覆蓋度，得待測區(qū)域草場植被覆蓋度；

其中，每個待測區(qū)域草場植被覆蓋度由每個待測區(qū)域中各監(jiān)測點(diǎn)草場植被覆蓋度求和平均得到的草場植被覆蓋度均值。

步驟316，對比各待測監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋度和植被覆蓋度閾值得到對比結(jié)果，當(dāng)待測區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋度低于植被覆蓋度閾值時(shí)，對比結(jié)果為負(fù)；當(dāng)待測監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋度高于植被覆蓋度閾值時(shí)，對比結(jié)果為正。對比四個待測區(qū)域的草場植被覆蓋度均值得待測區(qū)域草場植被覆蓋度最大值。

當(dāng)分析單元得到的第一檢測單位監(jiān)測點(diǎn)對比結(jié)果為正時(shí)，無人機(jī)繼續(xù)采集放牧區(qū)域遙感圖像；當(dāng)對比結(jié)果為負(fù)時(shí)，執(zhí)行單位控制無人機(jī)作驅(qū)趕步驟400。

上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。