[发明专利]基于无人机风场的棉花虫害监测方法与系统

权利要求书

1.基于无人机风场的棉花虫害监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在地面站的地图模块上划定棉田的监测范围，设定无人机的飞行高度、航向重叠率和旁向重叠率；所述地面站根据参数设置自动规划航点，所述无人机基于飞控模块控制飞行至规划航点；其中，所述无人机的飞行高度为无人机与棉花冠层的距离；

S2、所述无人机保持悬停状态，驱动云台相机采集正下方的棉花图像；所述无人机的机载芯片通过有线连接方式，实时获取棉田图像，调用第一图像模型，获取棉花图像中的棉花冠层密度；其中，所述第一图像模型是一个语义分割模型，该模型包含编码层和解码层，输入为无人机棉田图像，输出为类别图像；统计输出图像中棉花类别所占比重，即可获得棉花密度；

S3、所述无人机根据飞行高度和棉花密度，调整机载的PWM电路占空比，调节无人机底部的机载风扇的输入电压，改变所述机载风扇输出到正下方棉花冠层的风力大小；其中，所述机载风扇的风力大小应使得无人机正下方的棉花叶片发生翻叶；其包括以下步骤：

S301、无人机飞行高度、棉花密度与机载风扇输入电压的关系，在任务开始前通过实地测试获取；记录在不同飞行高度和棉花密度条件下，需要实现棉花叶片翻转的最小风扇输入电压；构建无人机飞行高度、棉花密度与机载风扇输入电压的映射函数，函数输入为无人机飞行高度、棉花密度，输出为机载风扇最小输入电压；在实验数据基础上，基于最小二乘法调整函数中的参数；

S302、在任务执行过程中，所述无人机根据拟合好的映射函数，由飞行高度和棉花密度获得机载风扇最小输入电压；根据机载风扇最小输入电压计算PWM电路的占空比，如下所示：

ratio=U_min/ U₁₀₀

式中，ratio代表计算得到的PWM电路占空比，U_min代表机载风扇最小输入电压，U₁₀₀代表PWM电路在占空比100%下机载PWM电路的输出电压；所述无人机根据计算得到的占空比，调整机载PWM电路的输出电压及机载风扇的输出风力，使得无人机下方的棉花叶片发生翻转；

S4、所述无人机控制云台相机采集正下方棉花在机载风扇风力作用下发生翻叶的图像；所述无人机的机载芯片通过有线连接，实时获取棉花在风扇风力作用下的图片，调用第二图像模型消除运动模糊；其中，所述第二图像模型是一个图像转换模型，由编码层、残差层、解码层组成，该模型输入一幅运动模糊的图像，输出一张对应的清晰图像；

S5、所述无人机的机载芯片调用第三图像模型，对消除运动模糊后的图像进行分类，判别其虫害侵蚀等级；其中，所述第三图像模型是一个图像分类模型，输入为无人机图像，输出为该图像的虫害等级；

S6、所述无人机将该航点的GPS位置、虫害等级发送给地面站；至此，所述无人机在该航点的监测任务完成；所述无人机基于飞控模块，飞行至下一航点进行虫害监测。

2.根据权利要求1所述的基于无人机风场的棉花虫害监测方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S101、所述地面站的地图模块根据参数设置自动生成航点序列，所述无人机基于飞控模块，以统一高度飞行至航点位置；

S102、所述无人机在到达航点位置之后，进入悬停状态，基于机载毫米波雷达，测量无人机与棉花冠层的距离，基于飞控模块调节无人机的飞行高度，使得无人机与棉花冠层的距离等于所设置的飞行高度。