基于无人机的植物群落统计监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身、机臂和旋翼；所述机身的底部设有摄像机和机载激光雷达；所述机身的顶部设有气象监测装置；所述机身内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机、机载激光雷达、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。本实用新型专利技术的监测系统解决了现有无人机在执行生物量统计任务时，无法实时监测无人机所在区域的气象数据信息，从而无法预估恶劣天气的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机的植物群落统计监测系统
本技术属于无人机监测
，具体是一种基于无人机的植物群落统计监测系统。
技术介绍
传统的植物群落调查统计方法耗费大量人力物力，且统计困难、计数不准确，将无人机应用于数量统计领域可大大提高统计的准确性和快速性。通过无人机搭载的摄像头采集的数据信息量庞大，通过对数据图像自动分析，提取目标图像，快速准确的实现一定区域内群落物种组成和分布信息，为生态环境评价和管理提供支持。传统的植被调查多采用人工方法，虽然调查详细、准确率高，但人力、财力耗费大且周期长，无法满足植被信息快速更新的需求。无人机遥感具有客观、高效等特点，可在短期内获取较大范围地面信息，加之其影像空间分辨率高，在信息的分类与快速更新方面具有很大优势。近年来很多学者利用无人机数据进行了植被信息提取的相关研究，如田振坤等利用无人机影像，基于农作物波谱特征及归一化差分植被指数一化差分植被指数(normalizeddifferencevegetationindex，NDVI)变化阈值对农作物进行快速分类提取，其结果表明该方法有较高的正确率及普适性；王小钦等利用基于无人机影像生成的可见光波段差异植被指数(Visible-banddifferencevegetationindex，VDVI)和归一化绿红差异指数(normalizedgreen-reddifferenceindex,NGRDI)等提取植被信息，发现VDVI适用于仅含可见光波段无人机遥感影像的健康绿色植被信息提取；杨柳等[1]利用NDRGI提取无人机影像城市绿地信息，精度达到80.23％；井然等从微型无人机数据生成的可见光植被指数中选取最优植被指数提取研究区水生植被，取得较好效果，证明了其可行性；周在明等[5]利用无人机影像构建基于可见光波段的改进型土壤调整植被指数，实现了对入侵物种互花米草植被信息的有效提取，总体精度达到89％。机载激光雷达测量(LightDetectionAndRanging，LIDAR)是一种新兴的主动遥感测量技术，可以直接高效地获取高精度的地面高程信息，且不受天气影响，被广泛应用于测绘、林业应用等领域。机载激光雷达对植被具有很强的穿透能力，因此能够快速、直接、大范围地获取高精度的植被三维信息。而传统光学遥感仅能够提供植被的二维平面信息和光谱信息。两者相较而言，机载激光雷达不但能够提供水平结构的地形信息，而且能提供垂直结构的森林冠层信息。在矿区生态恢复监测中具有广阔的应用前景。申请号为CN208477111U的专利公开了一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，涉及森林树高以及生物量监测领域。本技术通过使用搭载激光雷达扫描设备的无人机组成的无人机数据采集系统，将采集到的点云数据和影像数据传输至地面中心，在地面中心快速生成高精度DEM成果、高精度DOM成果，森林区域三维模型，森林树高提取结果，供进一步做森林生物量反演和监测评估，显著提高了区域森林树高和生物量估算的精度，并突破了时间、空间以及气象条件的限制。现有的无人机在野外执行生物量统计任务时，经常容易遭受到恶劣天气的影响(例如暴风雨、阵雨、强风等天气)，轻则影响数据采集效果，重则容易造成无人机坠毁甚至人员伤亡；现有的无人机无法在执行摄像任务和激光雷达扫描任务的同时实时监测无人机所在区域的气象数据信息，无法预估无人机所在区域的气候信息。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于无人机的植物群落统计监测系统，解决现有无人机在执行生物量统计任务时，无法实时监测无人机所在区域的气象数据信息，从而无法预估恶劣天气的问题。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身、机臂和旋翼；所述机身的底部设有摄像机和机载激光雷达；所述机身的顶部设有气象监测装置；所述机身内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机、机载激光雷达、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。具体地，所述气象监测装置包括筒体，所述筒体底部设有安装座，所述安装座上设有温度传感器、湿度传感器和气压传感器；所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器均分别与数据存储模块、通信模块连接。具体地，所述筒体的侧壁为镂空结构，通过将筒体的侧壁设为镂空结构，可以在保护筒体内部传感器不受损坏的同时，让外界空气进入筒体内部，使得温度传感器、湿度传感器、气压传感器有效监测外界空气的温度、湿度和压强数据，从而为天气预估提供数据支持。具体地，所述筒体的顶端安装有风速风向传感器，所述风速风向传感器分别与数据存储模块、通信模块连接；通过在筒体顶端设置风速风向传感器，当无人机在高空悬停时，风速风向传感器可以有效监测无人机所在位置的风速、风向信息，从而为天气预估提供数据支持。优选地，所述摄像机为高光谱影像摄影机。具体地，所述摄像机通过电动云台安装在机身底部，所述电动云台与机身内部的飞控板电连接，可通过遥控控制电动云台调节摄像机的拍摄角度，从而获取更多的图像数据。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术通过气象监测装置实时监测无人机所在区域的气象数据(包括大气温度、湿度、气压、风速、风向)，并将监测到的气象数据传输给地面测控站，地面测控站根据气象数据预测待测区域的气象信息，当预测到即将遭遇恶劣天气时，可通过地面测控站控制无人机提前返航，避免无人机在恶劣天气中工作，从而提高了无人机工作的可靠性。附图说明图1为本技术一种基于无人机的植物群落统计监测系统的结构示意框图；图2为本技术中无人机的仰视结构示意图；图3为本技术中无人机的俯视结构示意图；图4为本技术中机身的侧视结构示意图；图中：1、机身；2、机臂；3、旋翼；4、摄像机；5、机载激光雷达；6、筒体；7、安装座；8、温度传感器；9、湿度传感器；10、气压传感器；11、风速风向传感器；12、电动云台。具体实施方式下面将结合本技术中的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。如图1至3所示，本实施例提供了一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身1、机臂2和旋翼3；所述机身1的底部设有摄像机4和机载激光雷达5；所述机身1的顶部设有气象监测装置；所述机身1内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机4、机载激光雷达5、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。具体地，如图4所示，所述气象监测装置包括筒体6，所述筒体6底部设有安装座7，所述安装座7上设有温度传感器8、湿度传感器9和气压传感器10；所述温度传感器8、湿度传感器9、气压传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身、机臂和旋翼；其特征在于，所述机身的底部设有摄像机和机载激光雷达；所述机身的顶部设有气象监测装置；所述机身内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机、机载激光雷达、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的植物群落统计监测系统，包括无人机和地面测控站，所述无人机包括机身、机臂和旋翼；其特征在于，所述机身的底部设有摄像机和机载激光雷达；所述机身的顶部设有气象监测装置；所述机身内部设有数据存储模块和通信模块；所述摄像机、机载激光雷达、气象监测装置均分别与数据存储模块、通信模块连接；所述通信模块与地面测控站无线通信连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的植物群落统计监测系统，其特征在于，所述气象监测装置包括筒体，所述筒体底部设有安装座，所述安装座上设有温度传感器、湿度传感器和气压传感器；所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器均分别与数据存储模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，王坎，张中信，文威，莫琼，
申请(专利权)人：中南安全环境技术研究院股份有限公司，安庆师范大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42