专利名称：一种大熊猫栖息地飞播造林系统及方法
技术领域：
本发明涉及飞播技术，尤其涉及在大熊猫栖息地进行飞播造林的系统和方法。
背景技术：
云杉和冷杉是构成大熊猫栖息地的主要建群物种，由于砍伐等干扰，云杉林和冷杉林遭到大量破坏，由于缺乏母树，种源匮乏成为采伐迹地无法恢复的主要因子。这些地区多处于高山峡谷，人力往往难以企及，而且这些地区天气复杂多变，即使人力能够达到也非常危险，因此需要一种自动播种造林的方法，促进受到破坏的云杉林和冷杉林的恢复
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种飞播造林系统和方法，以能够在地形复杂、人员不易到达的区域开展云杉和冷杉播种，从而增加云杉和冷杉母树，进而避免大熊猫因栖息地云杉和冷杉母树不足导致生存环境受到威胁。为了实现上述目的，本发明提供了一种包括飞行装置和地面控制装置的飞播造林系统，其中，所述飞行装置包括动力模块，其包括水平方向上的四个电机、电子调速器和螺旋桨，用以使所述飞行装置飞行；全球定位系统模块，其用以在所述飞行装置飞行时导引所述飞行装置到达需要进行飞播的地区；遥感模块，其用以在所述飞行装置飞行时对需要进行飞播的地区进行扫描并确认目标播种区域；种子携带和释放模块，其在所述飞行装置到达所述目标播种区域上空并处于指定高度时，开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子；以及控制模块，其接收来自所述地面控制装置的起飞指令和需要进行飞播的地区，并基于所接收到的数据对所述动力模块、所述全球定位系统模块、所述遥感模块以及所述种子携带和释放模块进行控制。对于上述飞播造林系统，优选地，所述控制模块包括三轴陀螺仪，其用以采集所述飞行装置的飞行姿态；三轴加速度计，其用以采集所述飞行装置的飞行速度；超声波测距仪，其用以在所述飞行装置与地面相距不大于2米时测量所述飞行装置与地面之间的距离；气压计，其用以在所述飞行装置与地面相距大于2米时测量所述飞行装置与地面之间的距离；以及中央控制器，其接收来自所述地面控制装置的数据、来自所述三轴陀螺仪和所述三轴加速度计的采集数据以及来自所述超声波测距仪或所述气压计的测量数据，并对所接收到的各种数据进行处理以基于处理结果来控制所述电子调速器，从而能够通过所述电子调速器实时调整各所述电机的转速。对于上述飞播造林系统，优选地，所述遥感模块包括摄像模块，其用以在所述飞行装置飞行时拍摄需要进行飞播的地区的植被状况；以及判断模块，其用以基于所述摄像模块的拍摄结果判断当前所述飞行装置正对着的林窗是否为目标播种区域，即判断所述林窗的大小是否在10平方米至20平方米之间以及所述林窗内无乔木并且草木和/或灌木的覆盖度在30% 50%之间。
此外，本发明还提供了一种上述飞播造林系统进行飞播造林的方法，包括所述地面控制装置向所述飞行装置中的所述控制模块发出起飞指令；所述飞行装置中的所述动力模块的电机带动螺旋桨转动，以完成起飞；所述地面控制装置向所述飞行装置中的所述控制模块输出需要进行飞播的地区；所述飞行装置在所述全球定位系统模块的导引下进行飞行，并经由所述遥感模块确定目标播种区域；在所述飞行装置到达目标播种区域上空并停留在指定高度时，所述种子携带和释放模块开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子；以及所述飞行装置的所述控制模块在播种结束后启动返航程序。由于经由飞行装置来进行云杉和冷杉种子播撒，本发明不仅节省人力，还能够适用于地形复杂、人力难以到达的区域。而且，本发明采用的飞行装置是垂直升降式的，能够定高悬停，从而能够在期望的高度撒播云杉和冷杉种子。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。图I是示出根据本发明的飞播造林系统的实施例的框图；图2是示出根据本发明的飞播造林系统的优选实施例的框图；以及图3是示出根据本发明的飞播造林方法的实施例的流程图。
具体实施例方式以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。如图I所示，本发明主要包括飞行装置200和地面控制装置100。飞行装置200主要包括动力模块220、控制模块210、遥感模块230、全球定位系统(GPS)模块240、种子携带和释放模块250。此外，虽然此处为了描述简便而未提及电源，但本领域技术人员应能理解，飞行装置200中显然还应当包括电源以给上述各模块提供工作电力。飞行装置200的飞行高度可以达到1000m、飞行半径达2KM、对起飞和降落的场地要求低。此外，飞行装置200中的种子携带和释放模块一次能够携带2KG的云杉和冷杉种子进行飞播、面积可达I公顷。当飞行装置200在空中飞行时，可通过遥感模块230对需要进行飞播的地区进行扫描以确认目标播种区域。在确认后飞行装置200位于目标播种区域上方后，经由控制模块210控制动力模块220以使得飞行装置200悬停在指定高度。然后，经由控制模块210使种子携带和释放模块250开启释放装置，以均匀地释放云杉和冷杉种子。在播种结束后，飞行装置200返回起飞点。如图2所示，动力模块220包括水平方向上的四个电机221、电子调速器222和螺旋桨223，控制模块210包括中央控制器211、三轴陀螺仪212、三轴加速度计213、超声波测距仪214和气压计215。三轴陀螺仪212和三轴加速度计213分别采集飞行装置200的飞行姿态和速度，并交由中央控制器211来处理，以通过电子调速器222来实时调整各个电机221的转速，从而可利用转速差来保持飞行装置200的平衡。在小于或等于2米的高度范围内，飞行装置200和地面距离的测量由超声波测距仪214来完成，大于2米后由气压计215来完成。如图3所示，利用上述飞播造林系统进行飞播造林的具体操作主要包括地面控制装置100给飞行装置200的控制模块210发出起飞指令(步骤S0);此时电机221带动螺旋桨223转动后产生的升力使飞行装置起飞(步骤SI);之后地面控制装置100给飞行装置200发出需要进行飞播的地区指令(步骤S2);飞行装置200按照指令在GPS模块240的导引下飞向需要进行飞播的地区，并经由遥感模块230确定需要进行飞播的地区内的目标播种区域(步骤S3);在飞行装置200到达目标播种区域上空并达到指定高度后，种子携带和释放模块250开启释放装置，以使得云杉和冷杉种子下落到目标播种区域(步骤S4)。之后，飞行装置200启动返航程序(步骤S5)，以返回到起飞点(步骤SE)。整个飞播过程 结束。对于上述飞播造林系统和方法，优选地，遥感模块230具有自动识别目标播种区域的功能。具体而言，遥感模块230在飞行装置200进入需要进行飞播的地区后，自动地将符合如下标准的林窗确定为目标播种区域，即林窗的大小在10-20平方米之间；林窗内无乔木；并且林窗内草木、灌木的覆盖度(即投影面积比)在30% 50%之间。对于种子携带和释放模块250，其可以单独携带云杉或冷杉种子，也可以混合云杉和冷杉种子，具体根据播种需要确定。需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式
仅旨在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
权利要求
1.一种飞播造林系统，包括飞行装置和地面控制装置，其特征在于，所述飞行装置包括 动力模块，其包括水平方向上的四个电机、电子调速器和螺旋桨，用以使所述飞行装置飞行； 全球定位系统模块，其用以在所述飞行装置飞行时导引所述飞行装置到达需要进行飞播的地区； 遥感模块，其用以在所述飞行装置飞行时对需要进行飞播的地区进行扫描并确认目标播种区域； 种子携带和释放模块，其在所述飞行装置到达所述目标播种区域上空并处于指定高度时，开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子；以及 控制模块，其接收来自所述地面控制装置的起飞指令和需要进行飞播的地区，并基于所接收到的数据对所述动力模块、所述全球定位系统模块、所述遥感模块以及所述种子携带和释放模块进行控制。
2.根据权利要求I所述的飞播造林系统，其特征在于，所述控制模块包括 三轴陀螺仪，其用以采集所述飞行装置的飞行姿态； 三轴加速度计，其用以采集所述飞行装置的飞行速度； 超声波测距仪，其用以在所述飞行装置与地面相距不大于2米时测量所述飞行装置与地面之间的距离； 气压计，其用以在所述飞行装置与地面相距大于2米时测量所述飞行装置与地面之间的距离；以及 中央控制器，其接收来自所述地面控制装置的数据、来自所述三轴陀螺仪和所述三轴加速度计的采集数据以及来自所述超声波测距仪或所述气压计的测量数据，并对所接收到的各种数据进行处理以基于处理结果来控制所述电子调速器，从而能够通过所述电子调速器实时调整各所述电机的转速。
3.根据权利要求I或2所述的飞播造林系统，其特征在于，所述遥感模块包括 摄像模块，其用以在所述飞行装置飞行时拍摄需要进行飞播的地区的植被状况；以及 判断模块，其用以基于所述摄像模块的拍摄结果判断当前所述飞行装置正对着的林窗是否为目标播种区域，即判断所述林窗的大小是否在10平方米至20平方米之间以及所述林窗内无乔木并且草木和/或灌木的覆盖度在30% 50%之间。
4.一种利用权利要求I所述的飞播造林系统进行飞播造林的方法，其特征在于，包括以下步骤 所述地面控制装置向所述飞行装置中的所述控制模块发出起飞指令； 所述飞行装置中的所述动力模块的电机带动螺旋桨转动，以完成起飞； 所述地面控制装置向所述飞行装置中的所述控制模块输出需要进行飞播的地区； 所述飞行装置在所述全球定位系统模块的导引下进行飞行，并经由所述遥感模块确定需要进行飞播的地区内的目标播种区域； 在所述飞行装置到达目标播种区域上空并停留在指定高度时，所述种子携带和释放模块开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子；以及 所述飞行装置的所述控制模块在播种结束后启动返航程序。
全文摘要
一种飞播造林系统及方法，其中飞行装置包括动力模块，包括水平方向上的四个电机、电子调速器和螺旋桨，用以使飞行装置飞行；全球定位系统模块，用以在飞行装置飞行时导引其到达需要进行飞播的地区；遥感模块，用以在飞行装置飞行时对需要进行飞播的地区进行扫描并确认目标播种区域；种子携带和释放模块，在飞行装置到达目标播种区域上空并处于指定高度时，开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子；以及控制模块，用以接收来自地面控制装置的起飞指令和需要进行飞播的地区，并基于所接收到的数据对动力模块、全球定位系统模块、遥感模块以及种子携带和释放模块进行控制。该系统不仅节省人力，还适用于地形复杂、人力难以到达的区域。
文档编号A01C7/00GK102870530SQ20121008075
公开日2013年1月16日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者张玉波, 郭文霞, 李俊清 申请人:北京林业大学