一种用于自然资源动态监测装置及其监测方法与流程

本发明涉及资源监测装置技术领域，具体为一种用于自然资源动态监测装置及其监测方法。

背景技术：

自然资源对现代社会发展的重要性不言而喻，而现代自然资源的相关监测方式及装置在对象、范围、内容等方面存在重复和交叉以及调查结果相互矛盾，难以将包括动植物在内的自然资源作为一个生命共同体进行系统化监测反馈，同时，对野外森林环境的自然资源全面化动态监测也面临着道路崎岖、难以行进的困境，如果采取传统人为实地考量的手段对一个区域的野生森林环境进行动态监测，势必要耗费大量的人力与物力，同时这种传统监测方式本身也是对自然资源环境的一种破坏，利用无人机等现代设备进行航拍虽然能在一定程度上解决上述问题，但无法对地表的腐殖沼气、植被覆盖及野生动物等自然资源进行有效监测。

如果能够在满足区域全面化自然资源监测的前提下，实现正确无误地反馈动植物、矿物等自然资源等数据信息，进而能帮助人们估算区域优势资源的开发潜力，从而能够估测资源开发所能带来的经济效益、生态效益和社会效益，并从经济、生态和社会效益角度来评估资源的使用价值和货币价值，进而更好地造福社会，推动文明发展。

为此，提出一种用于自然资源动态监测装置及其监测方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于自然资源动态监测装置及其监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于自然资源动态监测装置，包括两个互相对称的监测机构、九个爬行机构和无人机，所述监测机构包括支撑壳体、湿度传感器、温度传感器、微处理器和两个蓄电池；

所述支撑壳体的两侧面对称一体成型有两个连接套筒，所述湿度传感器的外表面安装于一个所述连接套筒的内侧壁，所述温度传感器的外表面安装于另一个所述连接套筒的内侧壁，所述微处理器的外表面安装于所述支撑壳体的内侧壁，所述支撑壳体的下表面安装有步进电机，所述步进电机的输出轴安装有摄像装置，所述蓄电池的外表面安装于所述支撑壳体的外表面下侧；

所述爬行机构安装于两个所述监测机构的外表面。

作为本技术方案的进一步优选的：所述摄像装置包括外壳体、摄像头、微观管、红外摄像头和第一信号收发器，所述外壳体的内侧壁与所述步进电机的输出轴固定连接，所述摄像头、所述微观管、所述红外摄像头和所述第一信号收发器的外表面均安装于所述外壳体的内侧壁，所述摄像头、所述微观管、所述红外摄像头和所述第一信号收发器的电性输出端与所述第一信号收发器的电性输入端电性连接；摄像装置2则依靠摄像头202、微观管203和红外摄像头204，分别就野外环境进行正常、夜视及热成像勘探反馈，以便监视不同温度下所反馈局域内的不同水资源、湿地资源、生物资源及植物资源。

作为本技术方案的进一步优选的：所述连接套筒的外表面通过销轴铰接有第一翻盖，所述支撑壳体的外表面通过销轴铰接有第二翻盖；第一翻盖1012负责保护与密封湿度传感器102及温度传感器103，第二翻盖1014负责保护与密封微处理器104。

作为本技术方案的进一步优选的：所述爬行机构包括支撑架、两个滚珠、两个联轴器、两个第一伺服电机、两个连接壳体、第一伺服电缸、两个第一肢腿、两个第二伺服电机、两个扭簧条、两个第二肢腿、两个第二伺服电缸、第一顶壳、两个第二顶壳和柔性钢丝，两个所述滚珠的外表面转动连接于所述支撑架的内侧壁，所述第一伺服电机的外表面焊接于所述支撑架的两侧面，所述第一伺服电机的输出轴与所述连接壳体的外表面焊接，所述第一伺服电缸的外表面固定连接于所述连接壳体的内侧壁，所述第一伺服电缸的活塞杆滑动连接于所述第一肢腿的内侧壁，所述第二肢腿的外表面通过销轴与所述第一肢腿的内侧壁铰接，所述第二伺服电缸的外表面安装于所述第一肢腿的内侧壁，所述第二伺服电缸的活塞杆与所述第二肢腿的内侧壁滑动连接，所述第一顶壳的下表面与所述支撑架的顶部焊接，所述第一顶壳的两侧面通过销轴与所述第二顶壳的外表面铰接，所述柔性钢丝的外表面与所述支撑架的下表面固定连接；爬行机构3在进行行进时，前部的爬行机构3及其一侧的第一伺服电机304带动连接壳体305定角度旋转，而连接壳体305带动第一伺服电缸306同样进行角度调整，同时第一伺服电缸306的活塞杆输出，并在第一肢腿307的内部滑动，受到外力的第一肢腿307向外伸出，同时第二伺服电缸311的活塞杆则在第二肢腿310的内部滑动，受到外力的的第二肢腿310在第一肢腿307的位置确定后同样伸出，多个爬行机构3互相配合，实现整体装置的前进；而通过微处理器104控制所有电气元件反向驱动，则实现整体装置的后退。

作为本技术方案的进一步优选的：所述联轴器的外表面与所述滚珠的外表面焊接，一个所述爬行机构的所述联轴器与另一个所述爬行机构的所述联轴器相适配，一个所述爬行机构的联轴器与所述支撑壳体的下表面固定连接；每一组爬行机构3中的联轴器303互相对接，并依靠滚珠302配合支撑架301实现定角度铰接调整。

作为本技术方案的进一步优选的：所述第二伺服电机的外表面焊接于所述第一肢腿的前表面，所述第二伺服电机的输出轴与所述扭簧条的外表面焊接，所述扭簧条的外表面与所述第二伺服电缸的上表面固定连接；在第一伺服电缸306与第二伺服电缸311动作交替时，第二伺服电机308则通过驱动扭簧条309拉扯第二伺服电缸311进行角度调整，实现第二肢腿310的姿态调节并稳固接地。

作为本技术方案的进一步优选的：所述第二肢腿的内侧壁通过销轴铰接有接地尖刺；受到外力的的第二肢腿310在第一肢腿307的位置确定后同样伸出，并利用接地尖刺3101插入土地内部，实现稳固配合于地面的需求。

作为本技术方案的进一步优选的：所述无人机的下表面安装有第二信号收发器，所述第二信号收发器的信号收发端与所述第一信号收发器的信号收发端信号联接，所述蓄电池、所述湿度传感器、所述温度传感器和所述微处理器的电性输出端与所述微处理器的电性输入端电性连接，所述微处理器的电性输出端与所述第一信号收发器、所述步进电机、所述第一伺服电机、所述第一伺服电缸、所述第二伺服电机和所述第二伺服电缸的电性输入端电性连接；工作人员将多个本装置按照一定间隔放置于需要监测的野外森林地区外围，并通过遥控器控制无人机4在高空巡航，利用其第二信号收发器401与多个在地面爬行的监测机构1，及爬行机构3的第一信号收发器205进行链路交互，实现控制装置按照指定巡航路线进行移动，并实时反馈数据信息。

另外本发明还提供一种用于自然资源动态监测装置的监测方法，具体包括以下步骤：

s1、监测机构由爬行机构进行驱动，其中监测机构通过湿度传感器及温度传感器实时检测目前所在地的气温及湿度，侧面提供该地区的植被光合作用密度信息、植物自然资源信息及沼气的覆盖信息，同时通过步进电机驱动摄像装置按定角度旋转，进行全方位监视勘探；

s2、摄像装置则依靠摄像头、微观管和红外摄像头，分别就野外环境进行正常、夜视及热成像勘探反馈，以便监视不同温度下所反馈局域内的不同水资源、湿地资源、生物资源及植物资源；

s3、每一组爬行机构中的联轴器互相对接，并依靠滚珠配合支撑架实现定角度铰接调整，而爬行机构在进行行进时，前部的爬行机构及其一侧的第一伺服电机带动连接壳体定角度旋转，而连接壳体带动第一伺服电缸同样进行角度调整，同时第一伺服电缸的活塞杆输出，并在第一肢腿的内部滑动，受到外力的第一肢腿向外伸出，同时第二伺服电缸的活塞杆则在第二肢腿的内部滑动，受到外力的的第二肢腿在第一肢腿的位置确定后同样伸出，并利用接地尖刺插入土地内部，而在第一伺服电缸与第二伺服电缸动作交替时，第二伺服电机则通过驱动扭簧条拉扯第二伺服电缸进行角度调整，实现第二肢腿的姿态调节并稳固接地；

s4、当s4中前部的爬行机构及其一侧的电气元件运行完毕后，爬行机构另一侧的电气元件开始运行驱动，与此同时，该爬行机构后部的另一组爬行机构及其一侧的电气元件重复s3的所有步骤，如此多个爬行机构互相配合，实现整体装置的前进；而通过微处理器控制所有电气元件反向驱动，则实现整体装置的后退；

s5、在实际使用过程中，在s1-s4的基础上，工作人员将多个本装置按照一定间隔放置于需要监测的野外森林地区外围，并通过遥控器控制无人机在高空巡航，利用其第二信号收发器与多个在地面爬行的监测机构，及爬行机构的第一信号收发器进行链路交互，实现控制装置按照指定巡航路线进行移动，并实时反馈及气温、湿度、视频数据信息，而按照对该地区的横向坐标与纵向坐标均匀排放本装置并进行运行控制，则可以获得该地区的网格化资源反馈信息，每一处网格代表四组监测机构按照其前后左右四个方位进行过巡航探测，充分满足各种自然资源的动态化检测需求。

作为本技术方案的进一步优选的：在所述s4中，每一组爬行机构利用柔性钢丝互相连接，在进行驱动位移的过程中，柔性钢丝负责调整每一个爬行机构的下部配合关系与姿态调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、通过无人机与多个本装置的横纵向排放及多组链路交互，工作人员在区域外进行遥控控制，而无人机控制监测机构及爬行机构装置按照指定巡航路线进行移动，并实时反馈指定区域内每一处位置的气温、湿度、视频数据信息，及不同的水资源、湿地资源、腐殖沼气资源、矿物资源、生物资源及植物等自然资源，且而按照对该地区的横向坐标与纵向坐标均匀排放本装置并进行运行控制，能够将该地区进行网格化资源信息反馈，且每一处网格代表四组监测机构按照其前后左右四个方位进行过巡航探测，充分满足各种自然资源的动态化检测需求；

二、本装置充分参考了节肢类动物的身体结构，结合仿生学设计理念所设计的爬行机构负责运载监测机构，能够充分适应地域位置的不同地形环境进行爬行勘探，以仿生动物结构融入自然环境进行勘探，最小化减少勘探作业对实际动植物等自然资源的影响，充分满足动态资源监测需求。

附图说明

图1为本发明的一视角立体结构示意图；

图2为本发明的另一视角立体结构示意图；

图3为本发明的监测机构一视角立体结构示意图；

图4为本发明的监测机构另一视角立体结构示意图；

图5为本发明的爬行机构一视角立体结构示意图；

图6为本发明的图5的a区放大视角立体结构示意图；

图7为本发明的爬行机构另一视角立体结构示意图；

图8为本发明的图7的b区放大视角立体结构示意图；

图9为本发明的第二信号收发器立体结构示意图；

图10为本发明的无线控制电路图。

图中：1、监测机构；101、支撑壳体；1011、连接套筒；1012、第一翻盖；1013、步进电机；1014、第二翻盖；102、湿度传感器；103、温度传感器；104、微处理器；105、蓄电池；2、摄像装置；201、外壳体；202、摄像头；203、微观管；204、红外摄像头；205、第一信号收发器；3、爬行机构；301、支撑架；302、滚珠；303、联轴器；304、第一伺服电机；305、连接壳体；306、第一伺服电缸；307、第一肢腿；308、第二伺服电机；309、扭簧条；310、第二肢腿；3101、接地尖刺；311、第二伺服电缸；312、第一顶壳；3121、第二顶壳；313、柔性钢丝；4、无人机；401、第二信号收发器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种用于自然资源动态监测装置，包括两个互相对称的监测机构1、九个爬行机构3和无人机4，监测机构1包括支撑壳体101、湿度传感器102、温度传感器103、微处理器104和两个蓄电池105；

支撑壳体101的两侧面对称一体成型有两个连接套筒1011，湿度传感器102的外表面安装于一个连接套筒1011的内侧壁，温度传感器103的外表面安装于另一个连接套筒1011的内侧壁，微处理器104的外表面安装于支撑壳体101的内侧壁，支撑壳体101的下表面安装有步进电机1013，步进电机1013的输出轴安装有摄像装置2，蓄电池105的外表面安装于支撑壳体101的外表面下侧；

爬行机构3安装于两个监测机构1的外表面。

本实施例中，具体的：摄像装置2包括外壳体201、摄像头202、微观管203、红外摄像头204和第一信号收发器205，外壳体201的内侧壁与步进电机1013的输出轴固定连接，摄像头202、微观管203、红外摄像头204和第一信号收发器205的外表面均安装于外壳体201的内侧壁，摄像头202、微观管203、红外摄像头204和第一信号收发器205的电性输出端与第一信号收发器205的电性输入端电性连接；摄像装置2则依靠摄像头202、微观管203和红外摄像头204，分别就野外环境进行正常、夜视及热成像勘探反馈，以便监视不同温度下所反馈局域内的不同水资源、湿地资源、生物资源及植物资源。

本实施例中，具体的：连接套筒1011的外表面通过销轴铰接有第一翻盖1012，支撑壳体101的外表面通过销轴铰接有第二翻盖1014；第一翻盖1012负责保护与密封湿度传感器102及温度传感器103，第二翻盖1014负责保护与密封微处理器104。

本实施例中，具体的：爬行机构3包括支撑架301、两个滚珠302、两个联轴器303、两个第一伺服电机304、两个连接壳体305、第一伺服电缸306、两个第一肢腿307、两个第二伺服电机308、两个扭簧条309、两个第二肢腿310、两个第二伺服电缸311、第一顶壳312、两个第二顶壳3121和柔性钢丝313，两个滚珠302的外表面转动连接于支撑架301的内侧壁，第一伺服电机304的外表面焊接于支撑架301的两侧面，第一伺服电机304的输出轴与连接壳体305的外表面焊接，第一伺服电缸306的外表面固定连接于连接壳体305的内侧壁，第一伺服电缸306的活塞杆滑动连接于第一肢腿307的内侧壁，第二肢腿310的外表面通过销轴与第一肢腿307的内侧壁铰接，第二伺服电缸311的外表面安装于第一肢腿307的内侧壁，第二伺服电缸311的活塞杆与第二肢腿310的内侧壁滑动连接，第一顶壳312的下表面与支撑架301的顶部焊接，第一顶壳312的两侧面通过销轴与第二顶壳3121的外表面铰接，柔性钢丝313的外表面与支撑架301的下表面固定连接；爬行机构3在进行行进时，前部的爬行机构3及其一侧的第一伺服电机304带动连接壳体305定角度旋转，而连接壳体305带动第一伺服电缸306同样进行角度调整，同时第一伺服电缸306的活塞杆输出，并在第一肢腿307的内部滑动，受到外力的第一肢腿307向外伸出，同时第二伺服电缸311的活塞杆则在第二肢腿310的内部滑动，受到外力的的第二肢腿310在第一肢腿307的位置确定后同样伸出，多个爬行机构3互相配合，实现整体装置的前进；而通过微处理器104控制所有电气元件反向驱动，则实现整体装置的后退。

本实施例中，具体的：联轴器303的外表面与滚珠302的外表面焊接，一个爬行机构3的联轴器303与另一个爬行机构3的联轴器303相适配，一个爬行机构3的联轴器303与支撑壳体101的下表面固定连接；每一组爬行机构3中的联轴器303互相对接，并依靠滚珠302配合支撑架301实现定角度铰接调整。

本实施例中，具体的：第二伺服电机308的外表面焊接于第一肢腿307的前表面，第二伺服电机308的输出轴与扭簧条309的外表面焊接，扭簧条309的外表面与第二伺服电缸311的上表面固定连接；在第一伺服电缸306与第二伺服电缸311动作交替时，第二伺服电机308则通过驱动扭簧条309拉扯第二伺服电缸311进行角度调整，实现第二肢腿310的姿态调节并稳固接地。

本实施例中，具体的：第二肢腿310的内侧壁通过销轴铰接有接地尖刺3101；受到外力的的第二肢腿310在第一肢腿307的位置确定后同样伸出，并利用接地尖刺3101插入土地内部，实现稳固配合于地面的需求。

本实施例中，具体的：无人机4的下表面安装有第二信号收发器401，第二信号收发器401的信号收发端与第一信号收发器205的信号收发端信号联接，蓄电池105、湿度传感器102、温度传感器103和微处理器104的电性输出端与微处理器104的电性输入端电性连接，微处理器104的电性输出端与第一信号收发器205、步进电机1013、第一伺服电机304、第一伺服电缸306、第二伺服电机308和第二伺服电缸311的电性输入端电性连接；工作人员将多个本装置按照一定间隔放置于需要监测的野外森林地区外围，并通过遥控器控制无人机4在高空巡航，利用其第二信号收发器401与多个在地面爬行的监测机构1，及爬行机构3的第一信号收发器205进行链路交互，实现控制装置按照指定巡航路线进行移动，并实时反馈数据信息。

另外本发明还提供一种用于自然资源动态监测装置的监测方法，具体包括以下步骤：

s1、监测机构1由爬行机构3进行驱动，其中监测机构1通过湿度传感器102及温度传感器103实时检测目前所在地的气温及湿度，侧面提供该地区的植被光合作用密度信息、植物自然资源信息及沼气的覆盖信息，同时通过步进电机1013驱动摄像装置2按定角度旋转，进行全方位监视勘探；

s2、摄像装置2则依靠摄像头202、微观管203和红外摄像头204，分别就野外环境进行正常、夜视及热成像勘探反馈，以便监视不同温度下所反馈局域内的不同水资源、湿地资源、生物资源及植物资源；

s3、每一组爬行机构3中的联轴器303互相对接，并依靠滚珠302配合支撑架301实现定角度铰接调整，而爬行机构3在进行行进时，前部的爬行机构3及其一侧的第一伺服电机304带动连接壳体305定角度旋转，而连接壳体305带动第一伺服电缸306同样进行角度调整，同时第一伺服电缸306的活塞杆输出，并在第一肢腿307的内部滑动，受到外力的第一肢腿307向外伸出，同时第二伺服电缸311的活塞杆则在第二肢腿310的内部滑动，受到外力的的第二肢腿310在第一肢腿307的位置确定后同样伸出，并利用接地尖刺3101插入土地内部，而在第一伺服电缸306与第二伺服电缸311动作交替时，第二伺服电机308则通过驱动扭簧条309拉扯第二伺服电缸311进行角度调整，实现第二肢腿310的姿态调节并稳固接地；

s4、当s3中前部的爬行机构3及其一侧的电气元件运行完毕后，爬行机构3另一侧的电气元件开始运行驱动，与此同时，该爬行机构3后部的另一组爬行机构3及其一侧的电气元件重复s3的所有步骤，如此多个爬行机构3互相配合，实现整体装置的前进；而通过微处理器104控制所有电气元件反向驱动，则实现整体装置的后退；

s5、在实际使用过程中，在s1-s4的基础上，工作人员将多个本装置按照一定间隔放置于需要监测的野外森林地区外围，并通过遥控器控制无人机4在高空巡航，利用其第二信号收发器401与多个在地面爬行的监测机构1，及爬行机构3的第一信号收发器205进行链路交互，实现控制装置按照指定巡航路线进行移动，并实时反馈及气温、湿度、视频数据信息，而按照对该地区的横向坐标与纵向坐标均匀排放本装置并进行运行控制，则可以获得该地区的网格化资源反馈信息，每一处网格代表四组监测机构1按照其前后左右四个方位进行过巡航探测，充分满足各种自然资源的动态化检测需求。

本实施例中，具体的：在s4中，每一组爬行机构3利用柔性钢丝313互相连接，在进行驱动位移的过程中，柔性钢丝313负责调整每一个爬行机构3的下部配合关系与姿态调整。

本实施例中，请参阅图10：该遥控发射电路主要以集成块ic1(tx-2bs)为核心及其他元件组成，其工作原理如图所示。集成块ic1的3、11脚为电源供应端；其1、16脚为左右转弯控制信号输入端；4、5脚为前进和后退控制信号输入端；6脚为加速控制信号输入端；7、8、9脚为空端；10、12脚为编码信号控制输出端；13、14脚外接振荡电阻。三极管vt2及晶体b1等构成载波振荡器，其振荡频率为35mhz；在接通电源后，操作遥控器中的功能键，其集成块ic1相应控制脚接地，内部对应的功能选通，开始进行编码产生与操作功能键相一致的编码信号，然后由其10脚输出控制编码脉冲信号，同时其12脚输出高电平控制信号，发射二极管led亮，三极管vt2的b极有高电平信号而导通工作，三极管vt2与晶体振荡器b1组成的载波振荡器工作，产生35mhz的振荡载波频率，经电容c3耦合到三极管vt1的b极；当集成块ic1(tx-2bs)的10脚输出高电平控制编码脉冲信号时，三极管vt1导通工作，其功能控制编码脉冲信号及三极管vt2及晶体振荡器b1产生的35mhz载波经三极管vt1调制放大后，经电容c6、电感l3耦合发射出去。

本实施例中，具体的：湿度传感器102的具体型号为rm-1109；温度传感器103的具体型号为7ng3211-1nn00；第二信号收发器401和第一信号收发器205的具体型号为tja1042；步进电机1013的具体型号为ds-25rs370；第一伺服电机304的具体型号为hff80b4b5；第一伺服电缸306的具体型号为gra-d3；第二伺服电机308的具体型号为acm2072907；第二伺服电缸311的具体型号为dsdg25。

工作原理或者结构原理：通过无人机4与多个本装置的横纵向排放及多组链路交互，工作人员在区域外进行遥控控制，而无人机4控制监测机构1及爬行机构3装置按照指定巡航路线进行移动，并实时反馈指定区域内每一处位置的气温、湿度、视频数据信息，及不同的水资源、湿地资源、腐殖沼气资源、矿物资源、生物资源及植物等自然资源，且而按照对该地区的横向坐标与纵向坐标均匀排放本装置并进行运行控制，能够将该地区进行网格化资源信息反馈，且每一处网格代表四组监测机构1按照其前后左右四个方位进行过巡航探测，充分满足各种自然资源的动态化检测需求；

本装置充分参考了节肢类动物的身体结构，结合仿生学设计理念所设计的爬行机构3负责运载监测机构1，能够充分适应地域位置的不同地形环境进行爬行勘探，以仿生动物结构融入自然环境进行勘探，最小化减少勘探作业对实际动植物等自然资源的影响，充分满足动态资源监测需求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。