一种基于无人机的秸秆焚烧监测系统及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无人机航测技术领域，特别涉及一种基于无人机的秸杆焚烧监测系统及测量方法。
【背景技术】
[0002]当前，因农作物秸杆无序焚烧而引发的大气环境污染问题，已引起全社会及各级政府的高度关注。秸杆焚烧产生的大量气体及颗粒污染物会引起区域性空气污染，危害人类身体健康，严重时会降低空气能见度、引发交通事故。据统计，每年我国秸杆焚烧量约为140Tg(百万吨)，全国生物质燃烧的⑶排放量中约有一半来自秸杆焚烧。每年6-10月收获季，全国范围内都会出现秸杆露天焚烧现象，很大程度上加重了大气污染水平。为此，2008年国务院办公厅下发了《关于加快推进农作物秸杆综合利用的意见》，2009和2012年国家发改委和农业部等部委又联合发布了《关于印发编制秸杆综合利用规划指导意见的通知》、Γ十二五〃农作物秸杆综合利用实施方案》。此后，各级政府还出台了一系列秸杆禁烧政策。但近年来，农业生产中秸杆集中焚烧的现象屡禁不止，因秸杆露天焚烧致使大量颗粒物输出引起国内区域性大气污染事件不胜枚举，已成为公众密切关注的社会、环境问题。
[0003]当前对于秸杆焚烧监测主要利用卫星遥感技术进行监测，卫星遥感监测技术的主要优势在于:该技术在大面积长时间的焚烧现场监测中具有准确性、客观性及数据的可回溯性，并且能够为全面的宏观性的秸杆焚烧监测提供数据支持。然而，由于卫星运行轨迹所限，其遥感监测重复观测时间仅为1-2天/次，受到每天监测次数有限、较小焚烧点捕捉困难、云雾天气影响监测结果等客观因素制约，直接导致观测结果有以下不足:
[0004]I)没有自有关键技术的突破，目前使用的数据处理和分析方法只能对超过一定面积和持续一定时间的焚烧场景进行检测，测试数据受客观因素影响较多，特别是在多云及夜晚情况下无法取得较好的效果；
[0005]2)相关数据过于专业，测试数据需要经过大量处理后才能够进行焚烧点辨识，而且数据的直观性不强，监测分辨率具有局限性，无法直接用于常规的焚烧监测管理；
[0006]3)应用范围有限，卫星遥感观测和处理的数据资源，基于成本和技术，一般只能掌握在省级或国家的气象部门，而市、县、镇、乡等所在区域才是秸杆焚烧的集中地，这些部门很难第一时间利用卫星遥感进行针对性的监测和对秸杆焚烧集中地进行迅速的处理，因此卫星遥感技术监测秸杆焚烧的应用范围相当有限；
[0007]上述问题的存在，大大降低了秸杆监测技术实际应用的经济、社会与生态效益。因此本发明基于无人机开发结构简单、使用方便、监测效率高的新型秸杆焚烧监测系统。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术中基于卫星遥感监测的重复观察周期长，使用成本高，相关技术复杂，监测效果受环境影响大、应用范围有限等问题，提供一种基于无人机的秸杆焚烧检测系统，同时还提供了一种基于无人机的秸杆焚烧监测系统的测量方法，该监测系统结构简单，操作方便，简化了测量流程，降低了测量成本，效率较高，大大方了实际工程人员的使用。
[0009 ]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案:
[0010]一种基于无人机的秸杆焚烧监测系统，包括:
[0011]无人机，所述无人机上设置有用于定位自身三维位置信息的卫星定位模块，用于采集地面图像的可见光采集系统与红外采集系统，用于判断秸杆焚烧区域的位置敏感探测器；
[0012]应用终端，包括用于控制无人机飞行的控制装置以及用于显示监测区域的图像和无人机三维位置信息的图像显示模块。
[0013]本发明所述一种基于无人机的秸杆焚烧监测系统，其中无人机中卫星导航模块用于输入监测区域的导航路径信息并用于对无人机的飞行路径导航，红外采集系统与可见光采集系统用于采集监测区域的图像信息，其中红外采集系统用于监测区域中热源异常的红外图像信息，位置敏感探测器用于判断红外异常区域方向，无人机根据位置敏感探测器的检测结果调整无人机飞行姿态，可见光采集系统用于对红外异常区域所在的整体区域进行成像，使得可见光采集系统与红外采集系统正对红外异常区域，便于采集清晰的图像信息；应用终端的显示模块用于显示完整的可见光图像与红外图像，操作人员根据可见光图像与红外图像进行秸杆焚烧区域的辨别，并利用控制装置控制无分机的飞行;该基于无人机的秸杆焚烧监测方式，避免了传统监测系统依赖于遥感监测卫星，避免了重复观察周期长、使用成本高、相关技术复杂、监测效果受环境影响大等弊端，利用无人机作为监测载体，利用可见光采集系统与红外采集系统收集监测区域的图像信息，利用位置敏感器件检测值控制无人机飞行姿态，实现红外异常区域的清晰图像采集，利用动态图像拼接技术实现监测区域图像完整显示;该监测系统结构简单，操作方便，简化了测量流程，降低了测量成本，效率较高，大大方便了实际工程人员的使用，也便于涉及到市、县、镇、乡等所在区域秸杆焚烧监测的实际应用。
[0014]优选地，所述可见光采集系统与红外采集系统为共轴图像采集系统，所述共轴图像采集系统用于在同一张图像成像时同时拍摄红外图像和可见光图像，成像方便简单。
[0015]优选地，所述位置敏感探测器为四象限位置敏感探测器，即相对位置敏感探测器视角中心的左方、右方、前方和后方四个象限位置，采用了四个光电探测器分别进行检测红外异常区成像在视角的位置，当其成像位置不在光轴上，对该成像信号的幅度和位置进行判断，自动控制无人机做位置调整使得探测到的红外异常区成像信息调整到光轴中心位置，即使可见光采集系统与红外采集系统的成像视角正对红外异常区域。
[0016]优选地，所述位置敏感探测器前方设有可见光截止滤光片，用于将可见光过滤，红外光通过，秸杆焚烧区域的拍摄效果更好。
[0017]优选地，还包括设于无人机或者图像显示模块中的用于将可见光图像和红外图像进行拼接的图像处理模块。
[0018]该图像处理模块可以利用动态图像拼接技术实现将分离可见光图像与红外图像分别拼接为一张完整图像，并在显示模块能够显示完整的可见光图像与红外图像，操作人员根据可见光图像与红外图像进行秸杆焚烧区域的辨别。当图像处理模块集成到应用终端中时，无人机将可见光采集系统与红外采集系统拍摄的照片传输至应用终端，在应用终端实现图像的动态拼接。
[0019]优选地，所述无人机上还包括用于测量其相对地面高度的高度传感器，用于相对地面高度的测量，用于显示秸杆焚烧红外区域图像时，显示拍摄高度的坐标信息。
[0020]本发明还提供了一种基于无人机的秸杆焚烧监测系统的测量方法，包括使用上述的一种基于无人机的秸杆焚烧监测系统，其测量方法包括以下步骤:
[0021]步骤一、设定无人机飞行速度与拍照间隔时间，启动所述无人机，无人机根据预设导航路径飞行至导航起始位置；
[0022]步骤二、启动所述无人机上的可见光采集系统与红外采集系统，无人机沿着导航路径向前飞行，根据位置敏感探测器检测到的红外异常区域调整无人机飞行姿态，使所述可见光采集系统与红外采集系统正对红外异常区域，当拍照间隔时间到达时，所述可见光采集系统与红外采集系统分别对红外异常区域进行拍照；
[0023]步骤三、无人机继续沿着预设导航路径飞行，重复所述步骤二，在飞行过程中根据位置敏感探测器检测红外异常区域的结果，不断调整无人机飞行姿态，并在拍照间隔时间到达时，启动所述可见光采集系统与红外采集系统开始拍照，并将可见光图像与红外图像分别传输至应用终端，并在应用终端进行显示；
[0024]步骤四、无人机完成导航路径飞行后，无人机降落至起飞位置，系