基于高分卫星的智慧农业服务系统及方法与流程

本发明涉及一种服务系统，特别是涉及一种基于高分卫星的智慧农业服务系统。

背景技术：

高分六号卫星是国内第一颗搭载了能有效辨别作物类型的高空间分辨率遥感卫星，将与在轨的高分一号卫星组网运行，大幅提高农业对地监测能力，加速推进天空地数字农业管理系统和数字农业农村建设，为乡村振兴战略实施提供精准的数据支撑。高分六号首次在卫星传感器中配置了能有效反映作物特有光谱特性的“红边”波段，能够显著提升作物精准识别能力，可以实现对玉米、大豆、棉花、马铃薯等同期生长的大宗作物和大蒜、生姜、枸杞等经济作物的田块级精细识别，为高精度、定量化的农业生产过程和农业资源环境要素监测提供可靠的支撑手段。高分六号卫星的发射，在作物种植面积变化监测、农业资源本底调查中，实现了高分卫星数据全部替代国外同类数据，打破了农业遥感监测中分辨率和高分辨率数据长期依赖国外卫星的局面。

土壤是农作物所需营养元素的来源，土壤中的各营养元素不可相互替代。农作物缺少某种营养元素就会成为限制其产量提高的限制因子，并且缺少的营养元素不同，农作物的茎叶中表现出来的色泽和形状不同。高分六号卫星搭配其它高分辨率遥感卫星，可以充分获取农作物的光谱特性，构成监测农作物生长特性的监测网络。通过分析卫星获取的高分辨率影像图，可以准确获知农作物需要的肥料类型。同时，因为土壤中含有的营养元素类型具有区域性分布特点，即一定区域范围内土壤的营养元素类型和含量接近。

通过分析高分卫星的高分辨率影像可以获知农作物缺少的营养元素情况，同时基于土壤中含有的营养元素具备区域性特点，所以需要设计一种智慧农业服务系统，可以根据不同区域的农作物的光谱特性，针对性的对不同区域施加不同类型的营养肥料。这对于推动农业生产的科学管理，将肥料等补充资源最大化利用，提高农业产出和经济效益，实现农业的科学化、标准化、定量化、高效化等具有重要意义。

技术实现要素：

因此，本发明为实现将农作物肥料按照土壤的元素缺少情况，针对性的施加不同类型的肥料，利用无人机将肥料施加给农作物，即使无人机的飞行速度是不同的，施肥量都是均匀稳定的。

本发明所采用的技术方案是：基于高分卫星的智慧农业服务系统，其特征在于：包括无人机、储料罐、驱动塞、轴承、小号弹性挡环、大号弹性挡环、风轮、内螺母、从动塞、密封圈、封料板、弹簧。

所述无人机上装有定位单元和通讯单元。

所述储料罐为倒锥形壳体，所述储料罐的顶面螺接在无人机的机身底面；所述储料罐内部为中空的内腔；所述储料罐的顶面两侧均开设有倾斜的进料滑槽，所述进料滑槽的底部开设有进料口，与内腔相连通。

所述储料罐的底部向下开设有出料口，所述出料口上装有十字架；环绕所述出料口，在储料罐的底部设有环状的环台；所述十字架的底部中央处，设有竖直圆柱形的导向柱，所述导向柱的底端设有扁圆柱形的限位板。

进一步的，所述限位板低于环台底面。

环绕环台的中心轴线，所述环台的外圆柱面上，均匀伸出有多件先贴着储料罐的锥形面斜向上，再弯折向下的导液管；沿着导液管的轨迹线，所述导液管的内部开设有导液腔，所述导液腔延伸到环台内部后，竖直向下延伸到环台的底面，构成n形的通路。

进一步的，所述导液管的横截面外轮廓为圆形。

进一步的，所述导液腔的横截面为圆形。

所述导液管的外端口和内端口的内圆柱面上，均加工有内螺纹；所述内螺母为扁圆柱体，所述内螺母外圆柱面上加工有外螺纹，所述导液管的外端口和内端口处均螺接有内螺母；沿着所述内螺母的中心轴线，贯穿有中心孔，所述驱动塞的承载柱所述导液管外端口处的内螺母的中心孔穿过，所述从动塞的推动柱从所述导液管的内端口处的内螺母的中心孔穿过。

进一步的，所述内螺母的中心孔旁，贯穿有通气孔，所述通气孔同时也是内螺母的安装辅助孔。

进一步的，所述导液管内端口处的内螺母的底面，与环台的底面共面；所述导液管外端口处的内螺母的底面，与导液管的外端底面共面。

所述驱动塞为中心轴线竖直的扁圆柱体，所述驱动塞装在导液腔的外端的竖直段内；所述驱动塞的底面中央处，设有竖直的细圆柱体形的承载柱；所述承载柱的外圆柱面上，开设有三条中心轴线竖直的环槽，顶部环槽为限位环槽，中间和底部环槽为轴承限定环槽；所述小号弹性挡片和大号弹性挡片均为开环的扁圆环；所述限位环槽和轴承限定环槽上均装有小号弹性挡环，所述限位环槽上的小号弹性挡环，用于限定驱动塞向上的最大移动范围。

进一步的，所述限位环槽始终在导液管外端口下方，所述小号弹性挡环的外径大于内螺母的中心孔的孔径。

所述轴承套装在承载柱上，位于两个轴承限定环槽之间，所述轴承限定环槽上的小号弹性挡环将轴承限定在两个轴承限定环槽之间；所述轴承的外圈的外圆柱面上，环绕轴承的中心轴线开设有两条环形的风轮限定环槽，所述风轮限定环槽上装有大号弹性挡环。

所述风轮的中央为圆环形的中心环，环绕中心环的中心轴线，中心环的外圆柱面上均匀设有多件倾斜片状的起升扇叶，所述起升扇叶的外端设有半球壳形的定向扇叶，所述起升扇叶的高的侧边在所述定向扇叶的半球凸起端的一侧；所述风轮的中心环套装在轴承上，所述大号弹性挡环将中心环限定在轴承在外圆柱面上。

进一步的，所述中心环和轴承的外圈为过盈配合。

进一步的，所述轴承为圆锥滚子轴承，可以承受较大的轴向力。

进一步的，所述风轮的中心环可直接螺装在轴承外圈上，省去大号弹性挡环。

所述从动塞装在导液腔的内端的竖直段，所述从动塞的底面设有竖直向下的细圆柱形的推动柱，所述推动柱向下穿过内螺母的中心孔。

进一步的，所述驱动塞和从动塞的外圆柱面上，均装有密封圈。

所述封料板为扁圆柱体，沿着中心轴线贯穿开设圆形的导向孔，所述导向孔套装在导向柱上；所述弹簧套装在导向柱上，位于封料板和限位板之间；所述封料板的顶面中央区域加工为中间高四周低的倾斜面，所述封料板的顶面边缘区域为水平面，所述从动塞的推动柱的底端抵在水平面上。

进一步的，所述限位板是在安装封料板和弹簧后，固定在导向柱底端的；在具体实施过程中，当导向柱和限位板为金属材质时，直接采用焊接的方式将限位板焊接在导向柱底端。

进一步的，当封料板顶面靠在环台底面上时，所述封料板的顶面的倾斜面的外边缘线与环台底面的内边缘线重叠。

本发明的原理为：高分卫星将采集的农作物影像发送到服务中心，服务中心工作人员通过分析影像，获知不同区域的农作物元素缺少情况，通过进料滑槽向储料罐的内腔中装入对应种类的水溶性固体肥料，在区域上方飞行。

所述导液腔中，在驱动塞和从动塞之间，装满液压油。

在初始状态下，所述风轮处于静止状态，所述弹簧向上顶起封料板，将储料罐内的肥料封闭的储料罐内；此时所述从动塞的下压柱完全位于导液腔的内端竖直段内，所述驱动塞的底面靠在导液腔外端的内螺母的顶面。

在无人机上升过程中，所述风轮受到向下的阻力，此时驱动塞的底面仍旧靠在导液腔外端的内螺母的顶面。

在无人机水平飞行时，所述定向扇叶带动风轮定向转动，只能从定向扇叶的凹陷端朝向凸起端转动，此时起升扇叶在转动过程中，气流冲击在起升扇叶上，将起升扇叶向上托起，即风轮在转动过程中，风轮带动驱动塞向上移动，此时从动塞向下移动，所述从动塞的下压柱从环台中伸出，将封料板向下压迫移动；所述封料板与环台之间产生缝隙，固态肥料从缝隙中洒出。

当无人机的飞行速度越快时，所述风轮的转速越高，驱动塞上移的距离越大，从动塞下移的距离越大，所述封料板和环台之间的缝隙越大，肥料洒下的量越大；即无人机的飞行速度越高，单位时间肥料洒下的量越大，无人机的飞行速度越低，单位时间肥料洒下的量越小，实现均匀施肥的目标。

本发明一种基于高分卫星的智慧农业服务系统具有如下优点：

(1)通过高分卫星采集的大范围农作物影像，判别农作物的区域性元素缺少情况，实现大范围的精准施肥，低成本且高效；

(2)将风速的大小转换为风轮的升力大小，通过液压转动转换为肥料下撒量的大小，设计合理精巧；

(3)根据风轮的起升扇叶形状在外端设计半球壳形定向扇叶，使得无人机在飞行过程中，风轮只能给驱动塞提供不同大小的升力。

所以，这种基于高分卫星的智慧农业服务系统，利用无人机将肥料施加给农作物，即使无人机的飞行速度是不同的，施肥量都是均匀稳定的；根据不同区域的农作物的光谱特性，针对性的对不同区域施加不同类型的营养肥料。这对于推动农业生产的科学管理，将肥料等补充资源最大化利用，提高农业产出和经济效益，实现农业的科学化、标准化、定量化、高效化等具有重要意义。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是高分卫星、服务中心、无人机的信息传递示意图。

图2是整体装配体的顶部结构示意图。

图3是整体装配体的底部结构示意图。

图4是排料控制结构的底面视角的结构示意图。

图5是排料控制结构的侧面视角的结构示意图。

图6是驱动塞和从动塞装配在导液腔中的结构示意图。

图7是盛料罐剖开时的驱动塞和从动塞装配在导液腔中的结构示意图。

图8是盛料罐剖开时的驱动塞装配在导液腔外端的结构示意图。

图9是驱动塞、封料板、弹簧的外部装配结构示意图。

图10是盛料罐剖开时的驱动塞、封料板、弹簧的装配结构示意图。

图11是盛料罐剖开时的驱动塞装配在导液腔内端的结构示意图。

图12是风轮、轴承、小号弹性挡环、大号弹性挡环和驱动塞的装配结构示意图。

图13是轴承、小号弹性挡环、大号弹性挡环和驱动塞的装配结构示意图。

图14是轴承、小号弹性挡环和驱动塞的装配结构示意图。

图15小号弹性挡环和驱动塞的装配结构示意图。

图16是驱动塞的结构示意图。

图17是从动塞的结构示意图。

图18是风轮的结构示意图。

图19是储料罐的顶部结构示意图。

图20是储料罐的底部结构示意图。

图21是储料罐的底部环台处的结构示意图。

图22是储料罐剖开时的内部结构示意图。

图23是储料罐剖开时的底部环台处的结构示意图。

图24是内螺母的结构示意图。

图25是封料板的结构示意图。

图中标号：1-无人机、2-储料罐、201-内腔、202-进料滑槽、203-十字架、204-出料口、205-环台、206-导液管、207-导液腔、208-导向柱、209-限位板、3-驱动塞、301-承载柱、302-限位环槽、303-轴承限定环槽、4-轴承、401-风轮限定环槽、5-小号弹性挡环、6-大号弹性挡环、7-风轮、701-中心环、702-起升扇叶、703-定向扇叶、8-内螺母、801-中心孔、802-通气孔、9-从动塞、901-推动柱、10-密封圈、11-封料板、1101-导向孔、1102-倾斜面、1103-水平面、12-弹簧、a-高分卫星、b-服务中心。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明一种基于高分卫星的智慧农业服务系统作进一步的详细描述。

基于高分卫星的智慧农业服务系统，其特征在于：包括无人机1、储料罐2、驱动塞3、轴承4、小号弹性挡环5、大号弹性挡环6、风轮7、内螺母8、从动塞9、密封圈10、封料板11、弹簧12。

所述无人机1上装有定位单元和通讯单元。

如图2、图3、图4、图19、图20、图22、图23所示，所述储料罐2为倒锥形壳体，所述储料罐2的顶面螺接在无人机1的机身底面；所述储料罐2内部为中空的内腔201；所述储料罐2的顶面两侧均开设有倾斜的进料滑槽202，所述进料滑槽202的底部开设有进料口，与内腔201相连通。

所述储料罐2的底部向下开设有出料口204，所述出料口204上装有十字架203；环绕所述出料口204，在储料罐2的底部设有环状的环台205；所述十字架203的底部中央处，设有竖直圆柱形的导向柱208，所述导向柱208的底端设有扁圆柱形的限位板209。

进一步的，所述限位板209低于环台205底面。

如图6、图7、图21、图23所示，环绕环台205的中心轴线，所述环台205的外圆柱面上，均匀伸出有多件先贴着储料罐2的锥形面斜向上，再弯折向下的导液管206；沿着导液管206的轨迹线，所述导液管206的内部开设有导液腔207，所述导液腔207延伸到环台205内部后，竖直向下延伸到环台205的底面，构成n形的通路。

进一步的，所述导液管206的横截面外轮廓为圆形。

进一步的，所述导液腔207的横截面为圆形。

如图8、图11所示，所述导液管206的外端口和内端口的内圆柱面上，均加工有内螺纹；所述内螺母8为扁圆柱体，所述内螺母8外圆柱面上加工有外螺纹，所述导液管206的外端口和内端口处均螺接有内螺母8；沿着所述内螺母8的中心轴线，贯穿有中心孔801。

进一步的，如图24所示，所述内螺母8的中心孔801旁，贯穿有通气孔802，所述通气孔802同时也是内螺母8的安装辅助孔。

进一步的，所述导液管206内端口处的内螺母8的底面，与环台205的底面共面；所述导液管206外端口处的内螺母8的底面，与导液管206的外端底面共面。

如图7、图8、图12、图13、图14、图15、图16所示，所述驱动塞3为中心轴线竖直的扁圆柱体，所述驱动塞3装在导液腔207的外端的竖直段内；所述驱动塞3的底面中央处，设有竖直的细圆柱体形的承载柱301；所述驱动塞3的承载柱301从内螺母8的中心孔801向下穿过；所述承载柱301的外圆柱面上，开设有三条中心轴线竖直的环槽，顶部环槽为限位环槽302，中间和底部环槽为轴承限定环槽303；所述小号弹性挡片5和大号弹性挡片6均为开环的扁圆环；所述限位环槽302和轴承限定环槽303上均装有小号弹性挡环5，所述限位环槽302上的小号弹性挡环5，用于限定驱动塞3向上的最大移动范围。

进一步的，所述限位环槽302始终在导液管206外端口下方，所述小号弹性挡环5的外径大于内螺母8的中心孔801的孔径。

如图8、图12、图13、图14所示，所述轴承4套装在承载柱301上，位于两个轴承限定环槽303之间，所述轴承限定环槽303上的小号弹性挡环5将轴承4限定在两个轴承限定环槽303之间；所述轴承4的外圈的外圆柱面上，环绕轴承4的中心轴线开设有两条环形的风轮限定环槽401，所述风轮限定环槽401上装有大号弹性挡环6。

如图4、图5、图6、图7、图8、图12、图18所示，所述风轮7的中央为圆环形的中心环701，环绕中心环701的中心轴线，中心环701的外圆柱面上均匀设有多件倾斜片状的起升扇叶702，所述起升扇叶702的外端设有半球壳形的定向扇叶703，所述起升扇叶702的高的侧边在所述定向扇叶703的半球凸起端的一侧；所述风轮7的中心环701套装在轴承4上，所述大号弹性挡环6将中心环701限定在轴承4在外圆柱面上。

进一步的，所述中心环701和轴承4的外圈为过盈配合。

进一步的，所述轴承4为圆锥滚子轴承，可以承受较大的轴向力。

进一步的，所述风轮7的中心环701可直接螺装在轴承4外圈上，省去大号弹性挡环6。

如图7、图11、图17所示，所述从动塞9装在导液腔207的内端的竖直段，所述从动塞9的底面设有竖直向下的细圆柱形的推动柱901，所述推动柱901向下穿过内螺母8的中心孔801。

进一步的，如图16、图17所示，所述驱动塞3和从动塞9的外圆柱面上，均装有密封圈10。

如图5、图9、图10、图11、图25所示，所述封料板11为扁圆柱体，沿着中心轴线贯穿开设圆形的导向孔1101，所述导向孔1101套装在导向柱208上；所述弹簧12套装在导向柱208上，位于封料板11和限位板209之间；所述封料板11的顶面中央区域加工为中间高四周低的倾斜面1102，所述封料板11的顶面边缘区域为水平面1103，所述从动塞9的推动柱901的底端抵在水平面1103上。

进一步的，所述限位板209是在安装封料板11和弹簧12后，固定在导向柱208底端的；在具体实施过程中，当导向柱208和限位板209为金属材质时，直接采用焊接的方式将限位板209焊接在导向柱208底端。

进一步的，当封料板11顶面靠在环台205底面上时，所述封料板11的顶面的倾斜面1102的外边缘线与环台205底面的内边缘线重叠。

高分卫星将采集的农作物影像发送到服务中心，服务中心工作人员通过分析影像，获知不同区域的农作物元素缺少情况，通过进料滑槽202向储料罐2的内腔201中装入对应种类的水溶性固体肥料，在区域上方飞行。

所述导液腔207中，在驱动塞3和从动塞9之间，装满液压油。

在初始状态下，所述风轮7处于静止状态，所述弹簧12向上顶起封料板11，将储料罐2内的肥料封闭的储料罐2内；此时所述从动塞9的下压柱901完全位于导液腔207的内端竖直段内，所述驱动塞3的底面靠在导液腔207外端的内螺母8的顶面。

在无人机1上升过程中，所述风轮7受到向下的阻力，此时驱动塞3的底面仍旧靠在导液腔207外端的内螺母8的顶面。

在无人机1水平飞行时，所述定向扇叶703带动风轮7定向转动，只能从定向扇叶703的凹陷端朝向凸起端转动，此时起升扇叶702在转动过程中，气流冲击在起升扇叶702上，将起升扇叶702向上托起，即风轮7在转动过程中，风轮7带动驱动塞3向上移动，此时从动塞9向下移动，所述从动塞9的下压柱901从环台205中伸出，将封料板11向下压迫移动；所述封料板11与环台205之间产生缝隙，固态肥料从缝隙中洒出。

当无人机1的飞行速度越快时，所述风轮7的转速越高，驱动塞3上移的距离越大，从动塞9下移的距离越大，所述封料板11和环台205之间的缝隙越大，肥料洒下的量越大；即无人机1的飞行速度越高，单位时间肥料洒下的量越大，无人机1的飞行速度越低，单位时间肥料洒下的量越小，实现均匀施肥的目标。

进一步的，所述排料口204和封料板11组成的肥料排出口，在具体实施时，也可以是其它形状，通过试验可以获得风轮7的尺寸和弹簧12弹性大小的配合规律，实现无人机1的飞行速度越高，肥料的撒播量越大的目标。

一种基于高分卫星的智慧农业服务方法：

1)高分卫星采集农作物的影像图并发送至服务中心；

2)服务中心的工作人员通过光谱分析，获得农作物的区域性元素缺少信息；

3)在无人机1的机身安装储料罐2，储料罐2中装入对应区域需要的水溶性固态肥料；

4)遥控无人机1在指定区域内飞行；

5)储料罐2上安装有单向转动的风轮7，风轮7的轴向移动通过液压传动，转换为肥料排出口的封料板11的移动；无人机1的速度越高，肥料排出口越大，无人机1的速度越低，肥料排出口越小，维持区域内的施肥量的均匀。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。