[发明专利]一种作物光谱聚类分析处理方法及其图像采集装置

权利要求书

1.一种作物光谱聚类分析处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：利用无人机(1)将多个图像采集器(3)放置于田间设置的多个系留平台(2)上，借助于系留平台(2)将图像采集器(3)固定，利用图像采集器(3)侧面设置的多个摄像模组(34)采集田间作物的田间反射光谱，并通过图像采集器(3)内部设置的无线收发模块将光谱数据转发至管理中心的分析平台，待采集工作结束后，由无人机(1)再将图像采集器(3)回收至管理中心的设备仓库内保存；

S1.1：借由分析平台将采集的光谱数据进行格式转化，将原始的光谱数据转换为LibSVM格式；

S1.2：将光谱数据进行汇聚，形成需要聚类分析的光谱矩阵；

S2：将光谱数据上传到Hadoop计算平台，进行分布式存储，并编写并行K-Means算法；

S2.1：将转换格式后的光谱数据上传到Hadoop计算平台，采用HDFS方式进行分布式存储；

S2.2：Master节点作为Namenode节点管理整个HDFS文件系统和目录树，剩余5个Datanode节点上存储一个光谱数据集的副本；

S2.3：采用Scala编写基于Hadoop平台的K-Means聚类算法，其中：相似度距离使用欧几里得距离c⁽ⁱ⁾，

c⁽ⁱ⁾：＝argmin||x⁽ⁱ⁾-μ_j||²，式中：x⁽ⁱ⁾为第i个元素，μ_j为第j个质心点；

质心点更新使用平均值法，通过计算前一次聚类簇中所有样本坐标的平均值，确定下一次聚类质心点的坐标，具体如下：

式中：m为聚类元素个数；

S3：进行算法建模，针对作物光谱进行聚类分析；

S3.1：采用70％的数据进行模型训练；

S3.2：剩余30％的数据模型预测，得到预测结果；

图像采集装置包括无人机(1)、系留平台(2)以及图像采集器(3)，所述无人机(1)用于转移图像采集器(3)且其底部设置有电磁铁；

所述图像采集器(3)用于采集田间作物的田间反射光谱信息且其顶部设置有与电磁铁相配合的圆柱状磁性金属块(32)，图像采集器(3)的底部安装有可活动的母连接头(33)；

所述系留平台(2)有多个且安装于田间，系留平台(2)上安装有用于固定图像采集器(3)的锁紧组件(24)以及与母连接头(33)相配合的子连接头(35)，系留平台(2)用于暂时放置所述的图像采集器(3)；

所述图像采集器(3)包括机箱(31)、圆柱状磁性金属块(32)、母连接头(33)以及多个摄像模组(34)，所述机箱(31)为圆柱形，圆柱状磁性金属块(32)安装于机箱(31)的顶部，多个摄像模组(34)安装于机箱(31)的侧面并呈周向排列，机箱(31)的底部设有与母连接头(33)相配合的滑槽一(311)，母连接头(33)滑动连接于滑槽一(311)内，当机箱(31)的底部没有障碍物时，母连接头(33)在自重的作用下相对于机箱(31)位于最下端且延伸至机箱(31)外侧；

所述系留平台(2)包括底座(21)、壳体(22)、立柱(27)、锁紧组件(24)、封堵组件(25)以及吸附组件(26)，所述底座(21)安装于壳体(22)的上端且其几何中心处设有用于设备连接的通孔(221)，壳体(22)借助于立柱(27)安装于田间设置的固定物上，所述锁紧组件(24)安装于壳体(22)内部并用于将放置于底座(21)上的图像采集器(3)固定，所述封堵组件(25)安装于锁紧组件(24)的上端并能够将通孔(221)封堵住，所述子连接头(35)安装于封堵组件(25)内，所述吸附组件(26)滑动连接于底座(21)的下端并与锁紧组件(24)连接，吸附组件(26)产生的吸力能够将封堵组件(25)内的子连接头(35)吸附上来并与母连接头(33)连接以能够将图像采集器(3)内的无线收发模块的天线接头与系留平台(2)上的外置天线(28)连接；

所述锁紧组件(24)包括夹紧块(241)、连杆(242)、连接座(243)以及电推杆(244)，所述底座(21)上设有与夹紧块(241)相配合的滑孔(245)，夹紧块(241)有三个并分别滑动连接于三个滑孔(245)内，夹紧块(241)的下端转动连接有所述的连杆(242)，连杆(242)的另一端转动连接至连接座(243)上，连接座(243)的下端连接至电推杆(244)的输出端，电推杆(244)安装于设置于壳体(22)内部的基座(246)上；

所述封堵组件(25)包括堵头(251)和法兰台阶(252)，所述堵头(251)的下端与连接座(243)连接，法兰台阶(252)固定于堵头(251)的外周，堵头(251)的上端设有供子连接头(35)上下滑动的滑槽二(253)；

所述子连接头(35)包括下连接块(351)、上连接块(352)、环形磁铁(353)以及金属杆(355)，所述上连接块(352)固定于下连接块(351)上，下连接块(351)的上端外周嵌设有所述的环形磁铁(353)，上连接块(352)的上端设有安装槽(354)，所述金属杆(355)安装于安装槽(354)内且安装槽(354)的上端开口处安装有带有十字切口的防水胶塞(356)；

所述母连接头(33)包括滑座(331)和连接套(332)，所述机箱(31)的底部设有供滑座(331)滑动的滑槽三(333)，滑座(331)的底部设有供上连接块(352)穿过的滑槽四(334)，所述连接套(332)与金属杆(355)配合并安装于滑槽四(334)内；

所述滑座(331)的侧面设有环形槽(335)，所述吸附组件(26)包括弧形座(261)和弧形磁铁(262)，所述弧形座(261)有三个并与三个夹紧块(241)一一对应，弧形座(261)的上端借助于滑柱滑动连接于底座(21)下端的导向槽(264)内，弧形座(261)还借助于连接板(263)与夹紧块(241)连接，所述弧形磁铁(262)牵涉于弧形座(261)上，三个弧形磁铁(262)能够组成一个完整的环状磁铁。