一种无人机放牧管理系统的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机放牧管理系统。

背景技术：

当前有一些牧民使用遥控器对无人机控制进行牧牲畜作业，或独机式牧牲畜犬系统。目前的主要问题是：单独的无人机进行牧牲畜作业时，因只能在畜牧群的一面进行驱赶，不能很好的将畜牧群赶往需要的方向。当有畜牧逃走或者遗失时，如若无人机去驱赶逃走的畜牧回来，那其他牲畜将处于无人看管的状态，容易出现问题；而若不去驱赶回逃走或者遗失的畜牧，那将会造成损失；同时当牲畜放牧距离较远，牧户很难对其尽心给管理无法保证其在放牧过程中的安全，需要牧户实时对其进行监测。如中国专利cn106647811a公开了一种基于无人机集群的放牧系统，包括地面站和无人机集群系统，所述地面站中设有航线规划系统和无人机控制系统，所述无人机控制系统与无人机集群系统通讯连接，所述无人机集群系统由若干组飞控系统组成，所述任意一组飞控系统均由若干无人机本体组成，所述飞控系统与无人机本体内的动力装置电性连接，所述无人机本体上设有监控装置和音响，所述音响与无人机控制系统通讯连接，由于采用了集群控制、航线规划及自主起飞等技术，简化了对无人机的操作流程，提高了牧民对牲畜放养的管理效率。放牧系统中仅涉及到了驱赶过程，但在放牧过程中还存在牧群在同一区域内进食时间过长，不仅破坏植被，同时牲畜进食的植被质量差，影响牲畜健康；另外在驱赶过程中由于放牧区域得不到限定，易出现放牧区域过远，在这种情况下需要无人机具备较高的性能要求，这样会增加牧户的使用成本。犹如中国专利cn205029771u公开了一种智能放牧系统。该系统包含：航拍无人机、用于控制所述航拍无人机飞行路线的飞控中心、远程服务器、佩戴于头牲畜的主设备、以及佩戴于若干从牲畜的从设备，所述从设备的个数与从牲畜的个数相同；所述主设备与从设备相连接，所述主设备与所述从设备组建为无线网格网络mesh网络；所述主设备与所述远程服务器通信连接；所述远程服务器与所述飞控中心通信连接；所述飞控中心与所述航拍无人机连接。通过该系统实现数字化远程监控，而且能使牧民轻松查看牧群的生存状态。从而实现无人放牧。该系统中并未考虑到设备掉落情况，一旦设备掉落，易出现数据传输错误，同时放牧区域并未限定，需要高性能无人机，会增加牧户的购买成本。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的标签掉落后数据错误、单一区域进食时间过长和监测不全面的问题，本发明提供了一种无人机放牧系统。

本发明提供了一种无人机放牧管理系统，包括无人机、机库、电子围栏和控制站，控制站和无人机之间通过无线传输信息，电子围栏限定放牧总体区域，电子围栏分别与无人机和控制站连接，机库用于停放无人机，无人机包括驱赶无人机和追踪无人机，驱赶无人机安装有主控制系统，追踪无人机安装有辅助控制系统；其创新点在于：主控制系统包括主飞行单元、主数据采集单元、中心控制单元、主存储单元、主定位单元、计时单元、主驱赶单元和分析单元；中心控制单元与主数据采集单元电性连接，主数据采集单元采集放牧过程中牲畜位置信息和体温信息，主数据采集单元将采集信息存放于主存储单元中，主存储单元与控制站连接，计时单元与分析单元连接，分析单元调用计时单元和主存储单元中设定时间进行对比，分析单元将对比信号传输至主驱赶单元；主飞行单元用于控制驱赶无人机飞行；所述电子围栏中设有将总体放牧区域划分成若干个独立放牧区域的围栏，由控制站在电子地图上设定独立放牧区域轮牧顺序。

进一步的，所述辅助控制系统包括辅助飞行单元、辅助数据采集单元、辅助控制单元、辅助存储单元和辅助定位单元，辅助飞行单元用于控制追踪无人机飞行，辅助飞行单元分为手动模式、自动模式和追踪模式，自动模式和追踪模式下辅助控制单元由中心控制单元管控，手动模式下辅助控制单元由控制站控制，追踪无人机切断与驱赶无人机之间联系；辅助数据采集单元辅助主数据采集单元对牲畜位置信息和体温信息采集，辅助存储单元存放辅助数据采集单元的采集数据，辅助定位单元定位追踪无人机飞行位置。

进一步的，所述主飞行单元中分为手动模式和自动模式，手动模式下驱赶无人机由牧户控制飞行轨迹，自动模式下驱赶无人机飞行轨迹根据预先设定的运动轨迹飞行。

进一步的，所述主数据采集单元包括图像采集模块、数据处理模块和行为模块，图像采集模块与中心控制单元双向电性连接，图像采集模块通过数据处理模块将采集信息存放至主存储单元；行为模块与视频存储模块双向电性连接。

进一步的，所述数据处理模块由编码压缩模块和转换器构成，主存储单元由图片存储模块、视频存储模块和阵型模块构成，编码压缩模块压缩图像采集模块中图片，压缩后存放于图片存储模块；转换器将图像采集模块中直播视频转换成三维直播视频，将三维直播视频存放至视频存储模块；阵型模块中预设不同追踪无人机数量的阵型排布。

进一步的，所述行为模块包括视频提取模块、目标分割模块、特征提取模块和行为分析模块，视频提取模块调取视频模块中直播视频，直播视频由目标分割模块依据牲畜的定位传感器编号对视频进行运动目标分割，分割后的目标在特征提取模块中提取目标特征；行为分析模块预设正常牲畜行为模式，行为分析模块将特征提取模块中的目标特征与正常牲畜行为模式对比分析，分析结果保存至视频存储模块中。

进一步的，所述中心控制单元包含计数模块，计数模块与控制站连接，控制站设定放牧过程中的计数模块中追踪无人机数量。

进一步的，所述主数据采集单元还包括定位监控单元、红外传感器和速度采集单元，定位监控单元实时监测运动轨迹，将运动轨迹存储于主存储单元中后发送控制站；红外传感器用于监测牲畜头数，将头数数量和体温信息传输至控制站；速度采集单元采集领头牲畜运动速度。

进一步的，所述计时单元分为进食时间单元和放牧时间单元，其中进食时间单元由放牧时间单元和速度采集单元共同控制，进食时间单元与控制站连接。

进一步的，所述主数据采集单元还包括警报单元、巡查单元、待机单元和主电量检测单元，警报单元分别与红外传感器和控制站连接，红外传感器探测牲畜数量与控制站通过无人机定位信号圈出的当前牲畜活动区域内牲畜数量对比来控制警报单元开关状态。巡查单元与主飞行单元电性连接，主电量检测单元分别连接驱赶无人机的电源和主飞行单元，主电量检测单元实时监测驱赶无人机剩余电量；待机单元分别连接控制站和机库，驱赶无人机位于机库内待机单元启动，控制站设定待机单元的待机时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明的无人机放牧系统牧户可通过控制站实时检测牲畜信息；存储单元预设有牲畜运动轨迹和设定牲畜在同一区域内的吃草时间；定位单元中设有定位装置，通过定位装置将无人机位置信息反馈至控制站，方便牧户调整无人机位置，使得无人机始终处于牲畜上侧周边；同时由于飞行控制系统分成自动模式和手动模式，在自动模式下可实现无人机自主放牧，无需牧户操作，只需在牧户需要操作情况下切换至手动模式。

二、根据季节或月份由控制站在电子地图上设定独立放牧区域的轮牧顺序。通过电子围栏限定了放牧区域，不会出现放牧区域过远的情况，防止牲畜群对其他草场的破坏，能够达到准确的区域放牧，同时避免了草场被过度开发，维持草场内生态的平衡。

三、当速度采集单元中采集到的领头牲畜运动速度小于5m/s，速度采集单元启动放牧时间单元，放牧时间单元中设定时间为5min，在速度采集单元和放牧时间均达到设定条件后进食时间单元启动，开始计算牲畜进食时间，当进食时间超过设定进食时间，控制站控制无人机对牲畜发出驱赶信号，这样避免了牲畜在同一区域吃草时间过长，同时也能保证牲畜不会对草场过渡啃食。

四、红外传感器实时监测牲畜头数，并将头数数量传输至控制站，并可将每个牲畜的体温传输至控制站，由控制站对每个牲畜体温进行分析，另外与控制站通过无人机定位信号圈出的牲畜区域内监控到的牲畜数据进行比对，避免个别牲畜的标签掉落出现信息错误。

五、主数据采集单元中包含行为模块，通过行为模块分析动物健康及舒适度状况相比人工经验观察而言结果更加客观；阵型模块中预设不同追踪无人机数量的阵型排布，依据计数模块中追踪无人机数量变换阵型，保证无人机在放牧过程中对牧群的全方位监测。

六、数据处理器中的转换器将图像采集模块采集到的直播视频转换成三维直播视频，将三维直播视频存放至视频存储模块，控制站通过主存储单元采用vr设备查看三维直播视频，以第一视角查看放牧过程。

七、主控制系统中设置巡查单元、待机单元，通过设定巡查时间保证了无人机始终处于电源充足的情况，并且设定无人机无需长时间处于工作状态，延长了无人机的使用寿命。同时在待机单元中设定在机库中的待机时间使得无人机具备巡查功能。

附图说明

图1是无人机管理系统示意图；

图2是驱赶无人机主控制系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施方式披露了一种无人机放牧管理系统，包括无人机、机库、电子围栏和控制站，控制站和无人机之间通过无线传输信息，电子围栏安装在草场上圈出总体放牧区域，电子围栏与控制站相连，控制站中设有与电子围栏相配对的电子地图，电子围栏中设有将总体放牧区域划分成若干个独立放牧区域的围栏，根据季节或月份由控制站在电子地图上设定独立放牧区域的轮牧顺序。电子地图上显示放牧区域和牲畜的gps定位信息。通过电子围栏限定了放牧区域，不会出现放牧区域过远的情况，防止牲畜群对其他草场的破坏，能够达到准确的区域放牧，同时避免了草场被过度开发，维持草场内生态的平衡。无人机中分为驱赶无人机和追踪无人机，驱赶无人机将牲畜驱赶至吃草区域，追踪无人机用于将落单的个别牲畜赶回牲畜群中，在放牧的过程中，无人机总数量n≥3，其中驱赶无人机数量n1＝1，追踪无人机数量n2≥2，驱赶无人机和追踪无人机分布在牲畜上侧周边，无人机之间组成当前牲畜活动区域，其活动区域面积要大于当前牲畜实际所在区域；机库用于停放无人机并可对无人机进行充电，充电方式采用蓝牙充电或有线充电。每台无人机均设有独立的飞行控制系统，驱赶无人机安装的飞行控制系统为主控制系统，追踪无人机安装的飞行控制系统为辅助控制系统。在放牧之前在每头牲畜身体上安装标签，标签内设有定位传感器，且每头牲畜的定位传感器具有特定编号。

主控制系统包括主飞行单元、主数据采集单元、中心控制单元、主存储单元、主定位单元、计时单元、主驱赶单元和分析单元；中心控制单元与主数据采集单元电性连接，主数据采集单元采集放牧过程中牲畜位置信息和体温信息，主数据采集单元将采集信息存放于主存储单元中，主存储单元与控制站连接，牧户可通过控制站实时检测牲畜信息；主存储单元预设有牲畜运动轨迹和设定牲畜在同一区域内的吃草时间；主定位单元中设有定位装置，通过主定位装置将驱赶无人机位置信息反馈至控制站，方便牧户调整驱赶无人机位置，使得驱赶无人机始终处于牲畜上侧周边。计时单元与分析单元连接，分析单元调用计时单元和主存储单元中设定时间进行对比，分析单元将对比信号传输至主驱赶单元。主驱赶单元中会预录牧户驱赶声音。当计时单元的时间超过设定时间，驱赶无人机启动驱赶单元对牲畜发出驱赶信号，这样避免了牲畜在同一区域吃草时间过长，同时也能保证牲畜不会对草场过渡啃食。主飞行单元用于控制驱赶无人机飞行，主飞行单元中分为手动模式和自动模式，手动模式下的驱赶无人机由牧户控制飞行轨迹，自动模式下的驱赶无人机飞行轨迹根据预先设定的运动轨迹飞行。辅助控制系统包括辅助飞行单元、辅助数据采集单元、辅助控制单元、辅助存储单元和辅助定位单元，辅助飞行单元用于控制追踪无人机飞行，辅助飞行单元分为手动模式和自动模式，自动模式下辅助控制单元由中心控制单元管控，手动模式下辅助控制单元由控制站控制，追踪无人机切换与驱赶无人机之间联系。辅助数据采集单元辅助主数据采集单元对牲畜位置信息和体温信息采集，辅助存储单元存放辅助数据采集单元的采集数据，辅助定位单元定位追踪无人机飞行位置。

作为本实施方式进一步优选，主数据采集单元中包括定位监控单元、红外传感器和速度采集单元，定位监控单元用于实时监测领头牲畜运动轨迹，将领头牲畜运动轨迹存储在主存储单元中后发送至控制站，利用驱赶无人机分析单元对领头牲畜的运动轨迹进行分析提前了解牲畜运动轨迹，便于牧户观察牲畜，且通过领头牲畜运动轨迹可在下次放牧时采用自动放牧模式，不需要牧户始终检测放牧信息，实现自动放牧；红外传感器用于实时监测牲畜头数，并将头数数量传输至控制站，并可将每个牲畜的体温传输至控制站，由控制站对每个牲畜体温进行分析。速度采集单元用于采集领头牲畜运动速度。计时单元分为进食时间单元和放牧时间单元，其中进食时间单元由放牧时间单元和速度采集单元共同控制，进食时间单元与控制站连接，当速度采集单元中采集到的领头牲畜运动速度小于5m/s，速度采集单元启动放牧时间单元，放牧时间单元中设定时间可由牧户自行调整，在速度采集单元和放牧时间均达到设定条件后进食时间单元启动，开始计算牲畜进食时间，当进食时间超过设定进食时间，驱赶无人机对牲畜发出驱赶信号。主数据采集单元还包括警报单元、巡查单元、待机单元和主电量检测单元，警报单元分别与红外传感器和控制站连接，红外传感器探测牲畜数量与控制站通过无人机定位信号圈出的当前牲畜活动区域内牲畜数量对比来控制警报单元开关状态，当红外传感器探测的牲畜数量低于放牧数量则触发警报单元。所述巡查单元与主飞行单元电性连接，巡查单元中预设工作时间，工作时间由无人机起飞时开始计算，当工作时间达到设定值时，巡查单元控制驱赶无人机的主飞行单元返回控制站，此时驱赶无人机同时驱动追踪无人机一同返回控制站；主电量检测单元分别连接驱赶无人机的电源和主飞行单元，所述主电量检测单元实时监测驱赶无人机剩余电量，主电量检测单元中设置最低电量，当驱赶无人机电源中剩余电量低于最低电量，主飞行单元控制驱赶无人机和追踪无人机返回机库。待机单元分别连接控制站和机库，驱赶无人机位于机库内待机单元启动，控制站设定待机单元的待机时间，待机时间由驱赶无人机返回机库时开始计算，本实施方式中工作时间设定为20-30min，待机时间结束后，待机单元关闭，控制站对驱赶无人机飞行控制系统发送信号，此时驱赶无人机根据当前牧群位置控制追踪无人机飞至牧群上方进行巡查。无人机具备巡查功能，保证了无人机始终处于电源充足的情况，由于无人机无需长时间处于工作状态，延长了无人机的使用寿命。

作为本实施方式进一步优选，所述辅助控制系统中还包括辅助电量检测单元，辅助电量检测单元分别连接追踪无人机电源、辅助飞行单元和控制站，并设置最低电量，当追踪无人机电量低于最低电量，辅助电量检测单元控制辅助飞行单元切换至手动模式，控制站控制该追踪无人机返回至机库充电。

作为本实施方式进一步优选，主数据采集单元还包括图像采集模块、数据处理模块和行为模块，图像采集模块与中心控制单元双向电性连接，图像采集模块通过数据处理模块将采集信息存放至主存储单元中；行为模块与视频存储模块双向电性连接，行为模块调取视频模块中的直播视频。图像采集模块采用航拍摄像头，可对放牧过程进行视频直播和拍照，由牧户设定拍照间隔时间；图像采集模块、数据处理模块由编码压缩模块和转换器构成，主存储单元由图片存储模块、视频存储模块和阵型模块构成，编码压缩模块将图像采集模块采集到的图片进行压缩，压缩后存放于图片存储模块中；转换器将图像采集模块采集到的直播视频转换成三维直播视频，将三维直播视频存放至视频存储模块，控制站通过主存储单元采用vr设备查看三维直播视频，以第一视角查看放牧过程；阵型模块保证了无人机在放牧过程中对牧群的全方位监测，阵型模块中预设不同追踪无人机数量的阵型排布。行为分析模块包括视频提取模块、目标分割模块、特征提取模块和行为分析模块，视频提取模块调取视频模块中的直播视频，直播视频由目标分割模块依据牲畜的定位传感器编号对视频进行运动目标分割，分割后的目标在特征提取模块中提取目标特征；行为分析模块预设正常牲畜行为模式，行为分析模块将特征提取模块中的目标特征与正常牲畜行为模式对比分析，分析结构保存在主存储单元的视频存储模块中。进一步优选的，中心控制单元包含计数模块，计数模块与控制站连接，控制站设定放牧过程中的计数模块中追踪无人机数量，中心控制单元根据计数模块中数量调取阵型模块内的阵型排布，中心控制单元将信号发送至辅助控制单元，使得驱赶无人机和追踪无人机改变编队阵型。当追踪无人机在手动模式下，由于追踪无人机直接由控制站控制飞行，不受驱赶无人机控制，此时的追踪无人机不响应中心控制单元发送的阵型排布信号。

在放牧过程中采用红外传感器探测可能会出现三种情况：

第一种情况，当无人机红外传感器探测的牲畜数量为放牧数量，其数量与圈出的当前牲畜区域内的牲畜数量相同，表明牲畜数量正确，继续放牧。

第二种情况，当无人机红外传感器探测的牲畜数量小于放牧数量，其数量与圈出的当前牲畜区域内的牲畜数量相同，表明有个别牲畜掉队，无人机开启警报系统，此时追踪无人机切换追踪模式，通过该牲畜的定位信息将掉队的牲畜重新赶至牲畜群，直至无人机探测的牲畜数量、当前牲畜区域内的牲畜数量和放牧数量相同，则解除警报；

第三种情况，当无人机红外传感器探测的牲畜数量等于放牧数量，而控制站通过当前牲畜数量小于放牧数量，通过放牧区域内的牲畜定位信息表明牲畜数量与放牧数量相同，表明个别牲畜身上的标签出现掉落，此时控制站将标签掉落位置标注，在放牧结束后，由牧户将其取回。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。