[发明专利]基于小型无人机群的棉花虫害立体监测方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于小型无人机群的棉花虫害立体监测方法与系统，包括：包括：在地面站的地图模块上划定监测的棉田区域，根据无人机群的飞机数量划分若干个监测单元；通过数传模块将每个监测点位置发送给对应的无人机，无人机群根据任务规划飞行至监测点；无人机基于立体视觉技术，获得冠层的深度及正下方垄沟的深度，依据深度信息飞行至棉花植株的上、中、下部；无人机采集棉花植株的侧面图像并且进行虫害侵蚀分类，同时将虫害信息发送至地面站；地面站在接收到所有监测点的虫害信息之后，基于贪心算法生成施药无人机的作业路径规划。本发明可近距离有效监测棉花中部和底部出现的虫害信息，快速有效监测大范围棉田的虫害分布情况。

技术领域

本发明涉及无人机遥感的技术领域，尤其是指一种基于小型无人机群的棉花虫害立体监测方法与系统。

背景技术

蚜虫和红蜘蛛等虫害侵蚀是棉花生产管理过程中面临的主要问题，对棉花的产量和质量有重要影响。采用无人机遥感监测棉田的虫害分布情况，可以为虫害防控的施药作业提供决策依据，有望在保证药效的前提下减少化学药剂的使用。然而，蚜虫和红蜘蛛等主要棉花害虫大多位于棉花的中部和下部，传统无人机遥感仅能采集到棉花顶部冠层的信息，因此无法对位于棉花中部和下部的虫害信息进行评估。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于小型无人机群的棉花虫害立体监测方法与系统，克服传统无人机遥感无法获取棉花中下层信息的不足，可以同时对棉花上中下层的虫害信息进行监测，从而客观全面评估棉花所遭受的虫害胁迫程度。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

基于小型无人机群的棉花虫害立体监测方法，包括以下步骤：

S1、在地面站的地图模块上划定监测的棉田区域，根据无人机群的无人机数量划分若干个监测单元；对每个监测单元，地面站划分等间距的二维监测点，通过数传模块将每个监测点位置发送给对应的无人机，所述无人机的机载芯片驱动无人机以统一高度飞行至指定位置；

S2、到达指定位置后，所述无人机将云台双目相机垂直向下，采集正下方的棉田图像，所述无人机的机载芯片通过有线连接实时获取云台双目相机采集的图片，基于SSD模型检测出棉花冠层和棉田垄沟的位置，所述无人机的机载芯片控制无人机飞行至距离最近的棉田垄沟，使得棉田垄沟的位置位于所采集图像的正中间；

S3、所述无人机基于立体视觉技术，获得冠层的深度及正下方垄沟的深度，依据深度信息飞行至棉花植株的上部、中部、下部；

S4、所述无人机在到达棉花植株的每个位置时，将云台双目相机水平放置，采集棉花植株的侧面图像，所述无人机的机载芯片根据所采集的棉花侧面图像，基于卷积神经网络进行虫害侵蚀分类；

S5、所述无人机在完成棉花虫害的立体监测之后，上升至下降前的高度，通过机载数传模块将监测点的GPS坐标、棉花上中下层的虫害侵蚀类别发送给地面站；所述地面站在接收到监测单元中所有无人机的监测报告之后，该监测单元的监测任务完成，开始下一个监测单元的监测任务；

S6、在所有监测单元的监测任务完成之后，所述地面站接收到所有监测点的虫害信息，仅保留出现虫害的监测点的位置信息，基于贪心算法生成施药无人机的作业路径规划，至此，无人机群的棉花虫害立体监测任务完成。

进一步，所述步骤S1包括以下步骤：

S101、在地面站的地图模块上划定整个待监测的棉田区域，计算棉田区域的宽度和高度；其中，所述待监测的棉田区域仅包含航空植保作业中常见的矩形区域；

S102、地面站根据小型无人机群的无人机数量及单个无人机的监测范围，计算监测单元的面积；所述监测单元的面积按下面公式计算：

w_unit＝a×w_plane