CN104298245A - 基于无人机的监控林木生长状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的监控林木生长状态的方法，所述的监控林木生长状态的方法通过林木自身的生长高度来实现的，主要方法是通过无人机在特定的高度上飞行，通过无人机携带的距离测量仪和的成像设备进行定点测量和拍摄，通过计算机进行分析得出林木生长状态；本发明通过将无人机遥感系统和现代林林业的检测技术结在一起，针对现代林业的大规模集成化林场，无需农民进行下田观察林木的生长状况，节省了大量的用工成本和时间，同时经过计算机记录的图片数据，方便随时查看和前后对比，更精准的分析出林木的实际生长状况，方便对大规模林场进行统一规划和管理。

Description

基于无人机的监控林木生长状态的方法

技术领域

本发明涉及自动化林业的监控设备领域，尤其涉及一种基于无人机的监控林木生长状态的方法。

背景技术

    现代林业是指保护生态环境保持生态平衡，培育和保护森林以取得木材和其他林产品、利用林木的自然特性以发挥防护作用的生产部门；林业在人和生物圈中，通过先进的科学技术和管理手段，从事培育、保护、利用森林资源，充分森林的多种效益，且能持续经营森林资源，促进人口、经济、社会、环境和资源协调发展的基础性产业和社会公益事业。

无人机遥感系统多使用小型数字相机（或扫描仪）作为机载遥感设备，与传统的航片相比，存在像幅较小、影像数量多等问题，针对其遥感影像的特点以及相机定标参数、拍摄（或扫描）时的姿态数据和有关几何模型对图像进行几何和辐射校正，同时还有影像自动识别和快速拼接软件，实现影像质量、飞行质量的快速检查和数据的快速处理，以满足整套系统实时、快速的技术要求。

随着林业的发展，现代林业均以大规模集成化的多树种的栽培方法栽培林木，种植任何会在一篇区域内栽种大批量多种林木，但是在同一区域内栽种单种林木；同时为了方便现代化城市绿化建设，种植的林木均为快速生长型，能够在较短的时间获得较大植株，对于此类植物需要达到一定的高度才能满足城市绿化的需求，因此对于林木的生长需要实时监控，传统的监控林木的生长状态仅仅通过测量林木的直径和肉眼观察来判断，但是针对于现代化的大规模的林木生产，通过人工测量或者肉眼判断需要工作人员进入林木区实地测量和观察，由于林区本身的面积较大，单次的测量和检查工作需要耗费大量的人力物力，不利于现代化林业的扩大化生产。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种适用于大规模集成化快速生长类树木的林场，方便统一规划和管理，检测精准的基于无人机的监控林木生长状态的方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于无人机的监控林木生长状态的方法，所述的监控林木生长状态是通过监测林木自身的生长高度来实现的，主要方法是通过无人机在特定的高度上飞行，通过无人机携带的距离测量仪和的成像设备进行定点测量和拍摄，通过计算机进行分析得出林木生长状态，具体包括以下几个步骤：

a)    根据通过匀速飞行的无人机沿着待测林场的边沿飞行，根据实际的飞行时间计算得出待检测林场内不同种类林木的区域的实际占地面积；

b)    根据林场内不同种类的林木栽种区域以及不同种类林木的高度，制定出不同无人机的定向巡航的预飞行路线；

c)    连通无人机进行试飞，试飞过程中，无人机搭载成像设备和距离测量设备，全程拍摄和测量飞行区域内的地面与无人机的实际飞行高度；

d)    根据试飞过程中摄制的录像对比距离测量设备记录的数据，将无人机飞行的试飞高度，将无人机航拍获取的多张影像或图片导入三维仿真软件中，根据不同种类林木的占地面积，配合不同种类林木的高度，通过计算机规划实际的飞行路线和飞行高度H _机 ；

e)    无人机沿实际飞行路线飞行，到达制定的拍摄点后，无人机悬停飞行，首先通过距离测量仪测得无人机的实际飞行高度H _高 ，同时测得并记录无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 ，在测量的同时配合机载成像设备进行定点拍摄；

f)    将步骤e）获得的图像数据录入信息处理计算机，进行建模和统一分析后得到林木的生长状况，林木的实际生长高度：H _林 =H _高 -H _差 。

本发明所述的步骤d）中制定无人机实际飞行的路线和时间飞行高度H _机 时，在不同种类的林区飞行时，需要根据不同种类林木的生长高度调节无人机的时间飞行高度，期间保持无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 ≤1.5米。

本发明所述无人机上携带有定位设备，所述的定位设备为GPS定位系统。

本发明所述的无人机同时携带有无线发射设备，当无人机到达测量点进行悬停飞行时，将测得的实际飞行高度H _高 和无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 发送到信息处理计算机，接着机载成像设备启动进行拍摄。

本发明所述步骤e)无人机飞行的过程中，在同一种类林木的区域内，在制定的飞行路线上随机选择5个悬停测量点，通过测得的随机的计算平均高度，该高度为该种林木的实际生长高度。

本发明所述的无人机巡航飞行的过程中保持匀速前进，相邻的两个悬停测量点的前进飞行路线为弧形；本发明的主体思路是根据确定的巡航飞行路线来随机选取悬停的测量点，因此巡航飞行的路线必须要基本覆盖林场内的所有范围，方便随机选取，通过匀速飞行的无人机配合GPS定位设备，方便确认无人机的正确位置，控制精准。

本发明所述的无人机机载成像设备设置在机身外部，照相设备的像素≥1800万，具有光学防抖装置。

本发明所述的无人机机载成像设备固定和距离测量仪固定安装在无人机底部，其竖直方向上的固定角度为－90°；为了保证准确测量无人机的实际飞行高度和无人机与无人机距离正下方树木顶端的高度差，其距离测量仪在垂直方向上的安装角度固定，同时固定的成像设备方便拍摄待测树木的位置，方便和距离测量仪的数据形成对比。

本发明的优点在于，本发明通过将无人机遥感系统和现代林林业的检测技术结在一起，针对现代林业的大规模集成化林场，无需农民进行下田观察林木的生长状况，节省了大量的用工成本和时间，同时经过计算机记录的图片数据，方便随时查看和前后对比，更精准的分析出林木的实际生长状况，方便对大规模林场进行统一规划和管理。

附图说明

图1为本发明无人机飞行预设图。

其中，○为随机设定的悬停拍摄点；                                                标示为无人机规划的飞行路线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例1：如图1所示的一种基于无人机的监控林木生长状态的方法，所述的监控林木生长状态是通过监测林木自身的生长高度来实现的，主要方法是通过无人机在特定的高度上飞行，通过无人机携带的距离测量仪和的成像设备进行定点测量和拍摄，所述无人机上携带有定位设备，所述的定位设备为GPS定位系统。无人机巡航飞行的过程中保持匀速前进，相邻的两个悬停测量点的前进飞行路线为弧形。通过计算机进行分析得出林木生长状态，具体包括以下几个步骤：

a)根据通过匀速飞行的无人机沿着待测林场的边沿飞行，根据实际的飞行时间计算得出待检测林场内不同种类林木的区域的实际占地面积；

b)根据林场内不同种类的林木栽种区域以及不同种类林木的高度，制定出不同无人机的定向巡航的预飞行路线；

c)连通无人机进行试飞，试飞过程中，无人机搭载成像设备和距离测量设备，全程拍摄和测量飞行区域内的地面与无人机的实际飞行高度；

d)根据试飞过程中摄制的录像对比距离测量设备记录的数据，将无人机飞行的试飞高度，将无人机航拍获取的多张影像或图片导入三维仿真软件中，根据不同种类林木的占地面积，配合不同种类林木的高度，通过计算机规划实际的飞行路线和飞行高度H _机 ；

其中制定无人机实际飞行的路线和时间飞行高度H _机 时，在不同种类的林区飞行时，需要根据不同种类林木的生长高度调节无人机的时间飞行高度，期间保持无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 =1.0米；

e)无人机沿实际飞行路线飞行，到达制定的拍摄点后，无人机悬停飞行，首先通过距离测量仪测得无人机的实际飞行高度H _高 ，无人机飞行的过程中，在同一种类林木的区域内，在制定的飞行路线上随机选择5个悬停测量点，通过测得的随机的计算平均高度，该高度为该种林木的实际生长高度。同时测得并记录无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 ，在测量的同时配合机载成像设备进行定点拍摄；

f)无人机同时携带有无线发射设备，当无人机到达测量点进行悬停飞行时，将测得的实际飞行高度H _高 和无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 发送到信息处理计算机，进行建模和统一分析后得到林木的生长状况，林木的实际生长高度：H _林 =H _高 -H _差 。

实施例2：针对单批次林木的生长状态制作对比表格，对比表格示例如下：

 由上表可以针对林业的大规模集成化林场，单块林地的树苗生长状况作出的对比分析表格，该表格经过计算机记录的图片数据，方便随时查看和前后对比，更精准的分析出林木的实际生长状况，方便对大规模林场进行统一规划和管理；给下一批次林木的种植和生长提供理论依据；大大提高了现代林业的生产效率。

 需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上所作出的等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于无人机的监控林木生长状态的方法，其特征在于，所述的监控林木生长状态是通过监测林木自身的生长高度来实现的，主要方法是通过无人机在特定的高度上飞行，通过无人机携带的距离测量仪和的成像设备进行定点测量和拍摄，通过计算机进行分析得出林木生长状态，具体包括以下几个步骤：

a）根据通过匀速飞行的无人机沿着待测林场的边沿飞行，根据实际的飞行时间计算得出待检测林场内不同种类林木的区域的实际占地面积；

b）根据林场内不同种类的林木栽种区域以及不同种类林木的高度，制定出不同无人机的定向巡航的预飞行路线；

c）连通无人机进行试飞，试飞过程中，无人机搭载成像设备和距离测量设备，全程拍摄和测量飞行区域内的地面与无人机的实际飞行高度；

d）根据试飞过程中摄制的录像对比距离测量设备记录的数据，将无人机飞行的试飞高度，将无人机航拍获取的多张影像或图片导入三维仿真软件中，根据不同种类林木的占地面积，配合不同种类林木的高度，通过计算机规划实际的飞行路线和飞行高度H _机 ；

e）无人机沿实际飞行路线飞行，到达制定的拍摄点后，无人机悬停飞行，首先通过距离测量仪测得无人机的实际飞行高度H _高 ，同时测得并记录无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 ，在测量的同时配合机载成像设备进行定点拍摄；

f）将步骤e）获得的图像数据录入信息处理计算机，进行建模和统一分析后得到林木的生长状况，林木的实际生长高度：H _林 =H _高 -H _差 。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的监控林木生长状态的方法，其特征在于，所述的步骤d）中制定无人机实际飞行的路线和时间飞行高度H _机 时，在不同种类的林区飞行时，需要根据不同种类林木的生长高度调节无人机的时间飞行高度，期间保持无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 ≤1.5米。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的监控林木生长状态的方法，其特征在于，所述无人机上携带有定位设备，所述的定位设备为GPS定位系统。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的监控林木生长状态的方法，其特征在于，所述的无人机同时携带有无线发射设备，当无人机到达测量点进行悬停飞行时，将测得的实际飞行高度H _高 和无人机距离正下方树木顶端的高度差H _差 发送到信息处理计算机，接着机载成像设备启动进行拍摄。

5.根据权利要求1所述的基于无人机的监控林木生长状态的方法，其特征在于，所述步骤e)无人机飞行的过程中，在同一种类林木的区域内，在制定的飞行路线上随机选择5个悬停测量点，通过测得的随机的计算平均高度，该高度为该种林木的实际生长高度。

6.根据权利要求1所述的基于无人机的监控林木生长状态的方法，其特征在于，所述的无人机巡航飞行的过程中保持匀速前进，相邻的两个悬停测量点的前进飞行路线为弧形。

7.根据权利要求1所述的基于无人机的监控农田作物生长的方法，其特征在于，所述的无人机机载成像设备设置在机身外部，照相设备的像素≥1800万，具有光学防抖装置。

8.根据权利要求7所述的基于无人机的监控农田作物生长的方法，其特征在于，所述的无人机机载成像设备固定和距离测量仪固定安装在无人机底部，其竖直方向上的固定角度为－90°。