一种农田重金属光谱数据的采集方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种农田重金属光谱数据的采集方法及系统。该采集方法通过无人机在农田上方飞行采样，并通过第一装置进行多角度测距，通过第二装置获取农田的遥感图像，通过第三装置采集土壤的重金属污染数据。进一步的，实时调整第二装置的扫描角，确保获取最佳的遥测效果，并实时调整第三装置的功率参数，确保获取最佳的重金属污染数据。本发明专利技术的这种重金属污染数据采集方法能够全面提升农田重金属污染数据的采集效率，并实现了更高密度的全面采样。采样。采样。

【技术实现步骤摘要】
一种农田重金属光谱数据的采集方法及系统


[0001]本专利技术涉及非接触式重金属污染采集的
，尤其涉及一种农田重金属光谱数据的采集方法及系统。

技术介绍

[0002]重金属不利于农作物生长，长期食用对人体健康产生极大的负面影响。对农田中的重金属污染数据进行测度是农业科学中常用的技术手段。现有技术中，对农田水源进行采样，经过化学实验判断重金属污染程度的局限性较强，需要大量样本数据，且最终结果也不能反应全部农田状态。因此，基于非接触式的重金属污染采集方法得到了广泛应用，例如，CN113155880A公开了一种采用无人机和XRF技术对土壤重金属污染的检测方法。该方法的缺陷在于定点悬停、定点采样，实际应用效果不佳。现有技术希望连续扫描获得多点检测数据。农田之间的高度不一致，激光诱导击穿光谱技术的精度与测量距离直接相关，当测量距离发生改变的情况下，需要增强激光能量密度与聚焦方式以达到最佳的检测效果。因此需要一种根据农田情况自适应调整测量参数的重金属光谱数据的采集方法。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提出了一种农田重金属光谱数据的采集方法。该采集方法通过测量农田的遥感图像与诱导击穿光谱数据生成用于表达重金属污染的重金属污染云图，并根据飞行设备与待测农田的距离改变数据采集装置的工作参数。进一步的，本专利技术还提供了一种用于实现该农田重金属光谱数据的采集方法的采集系统。
[0004]本申请的专利技术目的可通过以下技术手段实现：一种农田重金属光谱数据的采集方法，包括以下步骤：步骤1：飞行设备按规划路径扫描农田区，飞行设备的第一装置发射与水平面垂直的第一测距信号，飞行设备根据第一测距信号生成第一高度参数L1，飞行设备的第二装置与第三装置预设的扫描角为α；步骤2：飞行设备的第二装置基于第一高度参数L1扫描农田区并生成遥感图像，飞行设备的第三装置以功率参数P扫描农田区并生成光谱数据；步骤3：飞行设备将遥感图像与光谱数据发送至控制站，控制站基于虚拟坐标将光谱数据匹配至遥感图像，生成重金属污染云图；步骤4：飞行设备发射与水平面构成锐角的第二测距信号，根据第二测距信号生成第二高度参数L2，若，进入步骤5，反之，进入步骤2，其中，δ为误差阈值，L3为根据第一高度参数生成的斜面长度值；步骤5：飞行设备将第二高度参数发送至控制站，控制站预测环境光偏角并根据该环境光偏角与第二高度参数生成扫描角α'；步骤6：进入校准周期，第一装置周期性发射第一测距信号，飞行设备根据第一测距信号重新生成第一高度参数L1'，若，进入步骤7，校准周期结束，
反之，则继续发射第一测距信号；步骤7：第二装置的扫描角调整为α'，第三装置根据第一高度参数L1'调整功率参数P，第三装置以调整后的功率参数P扫描农田区，返回至步骤3。
[0005]在本专利技术中，第一高度参数、第二高度参数为飞行设备与农田区的距离，遥感图像为正射影像。
[0006]在本专利技术中，控制站基于第一高度参数确定飞行设备在大地坐标系的位置坐标，并将该位置坐标转换为虚拟坐标。
[0007]在本专利技术中，第三装置发射激光光束至农田区并收集农田区反射的光谱数据，提取所述光谱数据的多个吸收峰，控制站将吸收峰匹配至遥感图像，生成一个包含多个污染点的三维空间点云，所述污染点的横坐标与纵坐标为虚拟坐标，点云的高度为污染点的污染值，通过点云分割算法将点云分成多个区域，计算出每个区域内的平均污染值，构成重金属污染云图。
[0008]在本专利技术中，第一测距信号、第二测距信号为能量密度恒定的激光光束，第二测距信号与水平面的夹角为β，L3= L1/sinβ。
[0009]在本专利技术中，调整后的扫描角α'=(π/4)
‑
(γ/2)，γ为环境光偏角。
[0010]一种用于实现所述农田重金属光谱数据的采集方法的采集系统，所述采集系统包括控制站和飞行设备，飞行设备包括第一装置、第二装置以及第三装置，其中，第一装置被配置为发射第一测距信号与第二测距信号，根据第一测距信号生成第一高度参数L1，根据第二测距信号生成第二高度参数L2；第二装置被配置为基于第一高度参数L1扫描农田区并生成遥感图像；第三装置被配置为以功率参数P扫描农田区并生成光谱数据；控制站接收遥感图像与光谱数据，生成重金属污染云图，其中，飞行设备将第二高度参数发送至控制站，控制站预测环境光偏角并根据该环境光偏角与第二高度参数调整第二装置与第三装置的扫描角α'。
[0011]在本专利技术中，所述飞行设备为无人机，该飞行设备具有固定云台和可动云台，所述第一装置安装在固定云台上，所述第二装置和第三装置安装在可动云台上，可动云台通过一步进电机调整扫描角。
[0012]实施本专利技术的一种农田重金属光谱数据的采集方法及系统，有益效果在于：通过飞行设备遥测的方式实现了非接触式自动化测量梯田的重金属污染数据，可以大幅提高采样效率。飞行设备可以在短时间内覆盖大面积的农田，实现广泛化的重金属污染数据采样。另外，针对农田环境复杂，本专利技术通过改变第二装置和第三装置的参数，确保飞行设备在扫描过程中重金属污染数据的采样精度。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的农田重金属光谱数据的采集方法的流程图；图2为本专利技术的飞行设备在农田区移动的示意图；图3为本专利技术的飞行设备在农田区移动的另一示意图；图4为本专利技术的飞行设备在农田区移动的又一示意图；图5为本专利技术的采集遥感图像的示意图；
图6为本专利技术的用于实现农田重金属光谱数据的采集方法的采集系统的硬件框图；图7为本专利技术的飞行设备的示意图。
具体实施方式
[0014]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
[0015]本专利技术的农田重金属光谱数据的采集方法，通过测量农田的遥感图像与光谱数据生成用于表达重金属污染的重金属污染云图。在该采集方法中，飞行设备上配置有第一装置、第二装置以及第三装置。第一装置具备发射第一测距信号、第二测距信号的功能，实现多角度测距。第二装置按照一定的比例尺采集遥感图像。第三装置上配备有激光发射器及光谱数据收集模块，能够基于高频脉冲激光激发土壤产生等离子体生成光谱数据。应当理解，第一装置、第二装置、第三装置均具有数据处理能力，其中应包含有适用于其功能以及功能实现的计算机可读存储介质或控制算法。参照图1，本实施例的农田重金属光谱数据的采集方法，包括以下步骤。
[0016]步骤1：飞行设备按规划路径扫描农田区，飞行设备的第一装置发射与水平面垂直的第一测距信号，飞行设备根据第一测距信号生成第一高度参数L1，飞行设备的第二装置与第三装置预设的扫描角为α。预设的扫描角可以是π/6。本专利技术的农田区包含多个种植块，种植块间地高度不一致。在更具体的实施例中，种植块为梯田。第一高度参数L1为飞行设备与农田区的距离。第一高度参数可以根据实际需要确定，通常第一高度参数越大，实施本专利技术的技术方案所获取的结果精度更低但是扫描速度更快。规划路径应该覆盖目标区域的所有梯田，路径规划算法可以参照现有技术，在此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农田重金属光谱数据的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：飞行设备按规划路径扫描农田区，飞行设备的第一装置发射与水平面垂直的第一测距信号，飞行设备根据第一测距信号生成第一高度参数L1，飞行设备的第二装置与第三装置预设的扫描角为α；步骤2：飞行设备的第二装置基于第一高度参数L1扫描农田区并生成遥感图像，飞行设备的第三装置以功率参数P扫描农田区并生成光谱数据；步骤3：飞行设备将遥感图像与光谱数据发送至控制站，控制站基于虚拟坐标将光谱数据匹配至遥感图像，生成重金属污染云图；步骤4：飞行设备发射与水平面构成锐角的第二测距信号，根据第二测距信号生成第二高度参数L2，若，进入步骤5，反之，进入步骤2，其中，δ为误差阈值，L3为根据第一高度参数生成的斜面长度值；步骤5：飞行设备将第二高度参数发送至控制站，控制站预测环境光偏角并根据该环境光偏角与第二高度参数生成扫描角α'；步骤6：进入校准周期，第一装置周期性发射第一测距信号，飞行设备根据第一测距信号重新生成第一高度参数L1'，若，进入步骤7，校准周期结束，反之，则继续发射第一测距信号；步骤7：第二装置的扫描角调整为α'，第三装置根据第一高度参数L1'调整功率参数P，第三装置以调整后的功率参数P扫描农田区，返回至步骤3。2.根据权利要求1所述的农田重金属光谱数据的采集方法，其特征在于，第一高度参数、第二高度参数为飞行设备与农田区的距离，遥感图像为正射影像。3.根据权利要求1所述的农田重金属光谱数据的采集方法，其特征在于，控制站基于第一高度参数确定飞行设备在大地坐标系的位置坐标，并将该位置坐标转换为虚拟坐标。4.根据权利要求1所述的农田重金属光谱数据的采集方法，其特征在于，第三装置发射激光光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗微，张晶，章海亮，刘雪梅，范国柱，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：