一种基于无人机的农作物病虫害监测系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于无人机的农作物病虫害监测系统，包括无人机和地面站，无人机搭载的设备有控制模块及与控制模块相连的GPS定位模块、传感模块和图像采集模块，传感模块包括监测昆虫的脉冲雷达和监测农作物的多波段光谱扫描仪、红外光谱仪。本发明还提供一种利用基于无人机的农作物病虫害监测方法，包括以下步骤：步骤1、无人机采集划定范围内的农作物图像和状态；步骤2、主控模块分析图像采集模块采集的图像和来自传感模块的遥感图像和光谱数据；步骤3、将步骤2中的数据传回地面站进行进一步分析。利用无人机红外遥感技术监测农作物病虫害，可作为卫星、航天航空遥感的有力补充。
【专利说明】一种基于无人机的农作物病虫害监测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无人机遥感应用领域，特别是一种基于无人机的农作物病虫害监测系统和方法。
【背景技术】
[0002]农作物病虫害对农业生产的影响及危害是相当惊人的。据统计，作物病虫害可使世界农业收成减产1/3，世界玉米产量由于病虫害造成的损失，估计大约可为收获量的12%。我国是农业大国，农作物病虫害对农业生产的影响也是相当严重的，每年由于病虫害造成的损失大约在10%?15%也是相当可观的。因此，我们如何能及早发现病虫害，及早采取防治措施，尽可能减少损失，提高农作物产量，就成为当前农业生产中函待解决的问题。
[0003]无人机是一种由无线电遥控或由自身程序控制的不载人飞行器，与卫星遥感，航空航天遥感相比，有着独特的优势，在农作物病虫害监测方面可作为它们有益的补充。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种基于无人机的农作物病虫害监测系统，相对卫星遥感、航空航天遥感成本更低，易于控制。
[0005]本发明采用以下技术方案:一种基于无人机的农作物病虫害监测系统，包括无人机和地面站，无人机搭载的设备有控制模块及与控制模块相连的GPS定位模块、传感模块和图像采集模块，传感模块包括监测昆虫的脉冲雷达和监测农作物的多波段光谱扫描仪、红外光谱仪。还包括温湿度模块，与控制模块相连；通信模块，用于连接主控模块和地面站。
[0006]优选的，图像采集模块为CXD相机，温湿度模块为红外热成像仪。
[0007]本发明还提供一种利用基于无人机的农作物病虫害监测方法，包括以下步骤: 步骤1、无人机采集划定范围内的农作物图像和状态；
步骤2、主控模块分析图像采集模块采集的图像和来自传感模块的遥感图像和光谱数
据；
步骤3、将步骤2中的数据传回地面站进行进一步分析。
[0008]步骤I具体过程为:
1)、图像采集模块实时对农作物和周围环境拍照；
2)、脉冲雷达根据反射回的电磁波探测有无昆虫，红外光谱仪和多波段光谱扫描仪采集农作物的不同波段的光谱特征，并生成图谱。
[0009]步骤2具体过程为:根据农作物生长时期不同和是否有病虫害分别建立模型。
[0010]本发明达到的有益效果在于:1、省时、省力且拍照没有死角；2、无人机小巧灵活、便于控制；3、相对卫星遥感监测、航空航天监测，成本较低，容易实现。
【专利附图】
【附图说明】[0011]图1为本发明基于无人机的农作物病虫害监测系统结构框图。
【具体实施方式】
[0012]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0013]如图1所示，本发明包括控制模块及与控制模块相连的GPS定位模块、传感模块和图像采集模块，传感模块包括监测昆虫的脉冲雷达和监测农作物的多波段光谱扫描仪、红外光谱仪。还包括温湿度模块，与控制模块相连；通信模块，用于连接主控模块和地面站。
[0014]遥感方法预测作物病虫害除了从光谱角度分析外，还可使用遥感影像来识别有病虫害的作物。
[0015]作物在肉眼还觉察不出来的病虫害初期阶段，其在彩红外影像上呈现出暗红色调，而正常作物则为红色。根据影像对比所产生的色调差异即可判断出受害作物。因为作物在近红外波长域的光谱反射率往往很高，当作物受病虫害时，叶片含水量降低，细胞随之塌陷，叶绿素减少，因此，它们在红外波长域的光谱反射会自然降低，即发生红外光谱反射衰减，致使在彩红外影像上，受害作物的色调比正常作物的色调要暗，在正常作物为红色时，受害作物则呈现为暗红色。当病虫害进一步发展，使作物叶片的叶绿素消失殆尽、叶片结构遭到彻底破坏时，影像色调则会变得更暗，以致于呈现青色调等。根据彩红外影像上受害作物与正常作物色调间的差异，我们很快便可将肉眼尚未觉察到的受害作物判断出来，如下表所示。
[0016]表健康农作物与受害农作物的影像特征__
【权利要求】
1.一种基于无人机的农作物病虫害监测系统，包括无人机和地面站，无人机搭载的设备有控制模块及与控制模块相连的GPS定位模块、传感模块和图像采集模块，其特征在于:所述传感模块包括监测昆虫的脉冲雷达和监测农作物的多波段光谱扫描仪、红外光谱仪。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的农作物病虫害监测系统，其特征在于:还包括温湿度模块，与控制模块相连。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的农作物病虫害监测系统，其特征在于:还包括通信模块，用于连接主控模块和地面站。
4.根据权利要求1所述的基于无人机的农作物病虫害监测系统，其特征在于:所述图像采集模块为CCD相机。
5.根据权利要求2所述的基于无人机的农作物病虫害监测系统，其特征在于:所述温湿度模块为红外热成像仪。
6.一种利用权利要求1所述的基于无人机的农作物病虫害监测系统进行监测的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、无人机采集划定范围内的农作物图像和状态； 步骤2、主控模块分析图像采集模块采集的图像和来自传感模块的遥感图像和光谱数据； 步骤3、将步骤2中的数据传回地面站进行进一步分析。
7.根据权利要求6所述的基于无人机的农作物病虫害监测方法，其特征在于，所述步骤I具体过程为: 1)、图像采集模块实时对农作物和周围环境拍照； 2)、脉冲雷达根据反射回的电磁波探测有无昆虫，红外光谱仪和多波段光谱扫描仪采集农作物的不同波段的光谱特征，并生成图谱。
8.根据权利要求6所述的基于无人机的农作物病虫害监测方法，其特征在于，所述步骤2具体过程为:根据农作物生长时期不同和是否有病虫害分别建立模型。
【文档编号】G05B19/418GK104035412SQ201410259770
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】吴惠英, 周彬, 陆军, 沙敏, 赵雪凤, 李亮 申请人:江苏恒创软件有限公司