【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农田残膜污染的智能监测采样，属于残膜回收监测的智慧农业装备领域。尤其是一种能够进行农田地表采样点的生成和采样路径的规划的农田残膜污染智能采样系统及其应用方法。
技术介绍
1、目前残膜回收监测方法相对较多，其中通过无人机进行拍照，利用深度学习进行快速识别的方法尤为突出，但在无人机采样过程，通过手动遥控采样或人为导航点任务设计具有一定的主观性。
2、当前还没有一种成熟的可供使用的农田残膜污染智能采样系统，此方法相对于目前现有的其他采样方法，具有智能性强、劳动强度低、操作简便、随时可查数据等特点，进而实现地表残膜图像采集的智能化、自动化和信息化，从而减少主观因素对后期残膜污染监测的干扰。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种能够实现针对农田各采样点的地表残膜图像拍摄采集，其结构组成简单实用，用户操作简便，智能化程度高，方便快捷的农田残膜污染智能采样系统；另外提供一种应用方法，通过所述农田残膜污染智能采样系统，可实现采样点的随机生成和采样路径自动规划，并结合无人机低空成像技术，完成各采样点的地表残膜图像拍摄，智能化程度高，数据信息高效存储及查询，经济实用。
2、为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
3、一种农田残膜污染智能采样系统，主要包括无人机、移动端和服务器；
4、所述的无人机上设有飞行控制器、通信链路系统、机载相机与云台，所述飞行控制器用于稳定飞行姿态，执行飞行指令；所述的通信链路系统用于无人机与移动端之间
5、所述移动端装有农田残膜污染智能采样系统的支持应用软件，用于农田中心坐标点的计算、采样方法的选取、随机采样点的生成和采样路径的规划，记录当前地块的位置、农户信息、耕地面积、种植历史、土壤质地、地膜使用及回收方式的基本信息，下载并上传无人机拍摄的农田残膜回收后的地表图像；
6、所述服务器安装有农田残膜污染信息平台，用于记录无人机的采样方法、各采样点的位置及对应的地表图像、无人机的飞行高度，随时可供查验。
7、一种如上所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，利用所述的农田残膜污染智能采样系统，完成农田中心坐标点的计算、农田采样点的自动生成、无人机采样路径的规划以及自动采样，主要包括以下步骤：
8、(1)无人机启动准备,用户利用移动端，获取无人机起始经纬坐标；
9、(2)利用移动端,在地图中标记农田四个拐角点并获取经纬度坐标，通过中心经纬度坐标计算公式获取农田中心坐标点；
10、(3)根据棉田大小、形状和耕种方式选取采样方法：对于面积小、地势平坦的地块，选用对角线采样法或五点采样法，对于面积大、地势不平坦的地块，选用蛇形采样法；将农田中心经纬坐标输入对应的采样点自动生成算法，获得各采样点的经纬度坐标；
11、(4)获得各采样点坐标后，将采样点和无人机起始坐标点的经纬度坐标，输入无人机采样路径规划算法，获得无人机到达各点的先后顺序；
12、(5)通过移动端对无人机下达飞行指令，无人机依先后顺序到达各采样点进行自动拍照采样，将拍摄的照片通过通信链路系统传输移动端并返航；
13、(6)通过移动端登陆农田残膜污染信息平台将该地块的基本信息和采集的图片上传至平台，可供随时查看。
14、所述采样点自动生成算法，通过经纬度推导公式获取各采样点的经纬度，主要包括以下步骤：
15、(1)在无人机起飞前，通过中心经纬度坐标计算公式获取农田中心坐标点；
16、(2)随机生成0°到360°的方位角和0到10m的整数距离；
17、(3)利用经纬度推导公式，计算出第一个随机采样点的经纬度；
18、(4)根据采样方法中采样点分布特点，进行其它采样点的生成和经纬度计算。
19、所述无人机采样路径规划算法，通过模拟退火解决田间采样的旅行商问题得到最短飞行采样路径，主要包括以下步骤：
20、(1)利用距离推导公式，计算起始点、各采样点之间的距离；
21、(2)根据模拟退火算法，解决已知各点坐标和距离，经过所有点并回到起始点的最短距离问题，获得坐标点的先后顺序；
22、所述中心经纬度坐标计算公式：
23、农田中心经度：
24、农田中心纬度：
25、long1，lati1表示第一个拐角的经纬度坐标，long2，lati2表示第二个拐角的经纬度坐标，long3，lati3表示第三个拐角的经纬度坐标，long4，lati4表示第四个拐角的经纬度坐标。
26、所述经纬度推导公式：
27、经度：long2＝long1+360×dis×sin(deg)/(|arc×cos(lati1)×2×π|)；
28、纬度：lati2＝lati1+360×dis×cos(deg)/(arc×2×π)；
29、long1表示起点的经度，lati1表示起点的纬度，long2表示终点的经度，lati2表示起点的纬度，deg表示方位角，arc表示地心到地球的平均半径取6371.393×1000m。
30、所述距离推导公式：
31、
32、d为距离，long1表示起点的经度，lati1表示起点的纬度，long2表示终点的经度，lati2表示起点的纬度，arc表示地心到地球的平均半径取6371.393×1000m。
33、本专利技术使用无人机低空成像和路径自动规划等方法实现对农田地表残膜污染情况的监测，与现有技术相比，由于此方法具有智能化高，成本低和作业简便等特点，非常适合于地表残膜图像数据的随机采集。由于图像获取是通过采样点随机生成和路径的自动规划来完成的，因此采集过程中不需要通过遥控无人机或人为设计导航点任务实现采样，可以减少人为因素对采样过程的影响，为后期地表残膜污染情况监测提供了客观的采样数据。
34、本申请所述的农田残膜污染智能采样系统，整体系统结构组成简单实用，用户操作方便，智能化高，方便快捷。其应用方法经济实用，通过采样点随机生成和采样路径自动规划方法，并结合无人机低空成像技术，实现了各采样点的地表残膜图像拍摄的智能化、自动化和信息化，从而减少主观因素对后期残膜污染监测的干扰。
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1.一种农田残膜污染智能采样系统，其特征在于主要包括无人机、移动端和服务器；
2.一种如权利要求1所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，其特征在于利用所述的农田残膜污染智能采样系统，完成农田中心坐标点的计算、农田采样点的自动生成、无人机采样路径的规划以及自动采样，主要包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，其特征在于所述采样点自动生成算法，通过经纬度推导公式获取各采样点的经纬度，主要包括以下步骤：
4.如权利要求2所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，其特征在于所述无人机采样路径规划算法，其特征在于通过模拟退火解决田间采样的旅行商问题得到最短飞行采样路径，主要包括以下步骤：
5.如权利要求2所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，其特征在于所述中心经纬度坐标计算公式：
6.如权利要求3所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，其特征在于所述经纬度推导公式：
7.如权利要求4所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，其特征在于所述距离推导公式：
【技术特征摘要】
1.一种农田残膜污染智能采样系统，其特征在于主要包括无人机、移动端和服务器；
2.一种如权利要求1所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，其特征在于利用所述的农田残膜污染智能采样系统，完成农田中心坐标点的计算、农田采样点的自动生成、无人机采样路径的规划以及自动采样，主要包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的农田残膜污染智能采样系统的应用方法，其特征在于所述采样点自动生成算法，通过经纬度推导公式获取各采样点的经纬度，主要包括以下步骤：
4.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张若宇，杨健康，李玉林，翟志强，邱发松，吕继东，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：
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