无人机载式地块空间信息自动采集系统的制作方法
【专利摘要】一种无人机载式地块空间信息自动采集系统，包括：用于获取地块空间信息的空中采集部，所述空中采集部装载在无人机上，其中所述地块空间信息包括地块空间的影像和激光点云数据；用于将所述地块空间信息传送至地面的空中数据无线发射部，所述空中数据无线发射部电连接至所述空中采集部；用于从所述空中数据无线发射部接收所述地块空间信息的地面数据无线接收部，所述地面数据无线接收部与所述空中数据无线发射部通过无线通信方式连接。本实用新型提高了影像拼接的精度和可靠性，并提高了地块空间信息自动提取的效率。
【专利说明】无人机载式地块空间信息自动采集系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于农业遥感领域，特别是涉及到无人机载式农业信息化采集设备。
【背景技术】
[0002] 利用空间信息技术获取野外地块空间信息是现代农情遥感监测的重要组成部分， 也是提高外业工作效率的重要途径。现有比较成熟的野外地块空间信息获取技术都是基于 GPS位置测量的，这种技术需要人工现地一个地块一个地块去丈量，这样大大消耗人力物 力。无人机的出现为改善效率提供了新技术思路，无人机作为一种空间信息获取的重要手 段，这些年被大量应用到遥感领域，大大提高了遥感的精度和工作效率。以无人机载平台实 现野外地块空间信息的自动获取是提高农情遥感监测效率的重要手段，也是农业信息化的 一个强力技术诉求。 实用新型内容
[0003] 针对地块空间信息采集亟需提高效率的内在需求，本实用新型提供一种无人机载 式地块空间信息自动采集系统，包括：用于获取地块空间信息的空中采集部，所述空中采 集部装载在无人机上，其中所述地块空间信息包括地块空间的影像和激光点云数据；用于 将所述地块空间信息传送至地面的空中数据无线发射部，所述空中数据无线发射部电连接 至所述空中采集部；用于从所述空中数据无线发射部接收所述地块空间信息的地面数据无 线接收部，所述地面数据无线接收部与所述空中数据无线发射部通过无线通信方式连接。
[0004] 进一步，所述无人机载式地块空间信息自动采集系统还包括：基于所述影像和激 光点云数据，对影像进行拼接的实时影像序列自动拼接装置，所述实时影像序列自动拼接 装置连接到所述地面数据无线接收部。
[0005] 进一步，所述无人机载式地块空间信息自动采集系统还包括：用于对拼接后的影 像进行信息提取的实时地块空间信息自动提取装置，所述实时地块空间信息自动提取装置 连接到所述实时影像序列自动拼接装置。
[0006] 进一步，所述无人机载式地块空间信息自动采集系统还包括：用于实时显示所述 地块空间信息的实时显示部，所述实时显示部连接到所述实时地块空间信息自动提取装 置。
[0007] 进一步，所述空中采集部还包括用于控制无人机的飞行参数的导航装置，所述导 航装置具有GPS通信器件，所述地面控制部具有相对应的GPS通信器件。
[0008] 进一步，所述无人机载式地块空间信息自动采集系统还包括：用于对所述无人机 进行控制的地面控制部，所述地面控制部与所述导航装置通过无线通信方式连接。
[0009] 进一步，所述空中采集部包括：用于获取所述地块空间信息的采集装置，和用于控 制所述采集装置的采集控制装置。
[0010] 进一步，所述采集装置包括用于获取所述影像的摄像机，和用于获取所述激光点 云数据的激光扫描仪。
[0011] 进一步，所述空中采集部还包括：用于使得所述摄像机和所述激光扫描仪同步工 作的同步装置，所述同步装置连接到所述采集控制装置，或者连接到所述摄像机和所述激 光扫描仪。
[0012] 可选地，所述空中采集部还包括：用于使得所述摄像机和所述激光扫描仪同步工 作的同步装置，所述同步装置集成到所述采集控制装置内。
[0013] 本实用新型的无人机载式地块空间信息自动采集系统克服了无人飞行器遥感影 像旋转角度大、影像重叠度不规则、相片倾角较大等技术难点，具有可靠的影像拼接能力， 从而提高了信息采集可靠性和效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型的无人机载式地块空间信息自动采集系统的一个实施例的结 构示意图；
[0015] 图2为本实用新型的无人机载式地块空间信息自动采集系统的另一个实施例的 结构示意图；以及
[0016] 图3为本实用新型的无人机载式地块空间信息自动采集系统的又一个实施例的 结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 图1现实了本实用新型的无人机载式地块空间信息自动采集系统的一个实施例， 所述系统包括：空中采集部，所述空中采集部搭载在无人机上，用于获取地块空间信息，所 述地块空间信息包括地块空间的影像和激光点云数据。更具体地，所述空中采集部包括：采 集装置和采集控制装置。采集装置用于获取地块空间的影像和激光点云数据。更具体地， 所述采集装置包括拍摄地块空间的影像的摄像机，以及获取地块空间的激光点云数据的激 光扫描仪。摄像机和激光扫描仪可以设置多个。另外，所述采集装置在采集控制装置的控 制下进行工作，获取的影像和激光点云数据传输至采集控制装置。
[0018] 所述无人机载式地块空间信息自动采集系统还包括：空中数据无线发射部，所述 空中数据无线发射部也装载在无人机上，与所述空中采集部电连接。所述空中数据无线发 射部集成有无线通信器件，利用无线网络(例如3G、4G无线网络）将所述空中采集部传输过 来的地块空间信息(影像和激光点云数据）实时传输到地面，以便可以实时观测。
[0019] 所述无人机载式地块空间信息自动采集系统还包括：地面数据无线接收部。所述 地面数据无线接收部与所述空中数据无线发射部相匹配，采用相同的无线网络传输技术， 也就是说，如果所述空中数据无线发射部采用4G无线网络技术，则所述地面数据无线接收 部也采用4G无线网络技术。所述地面数据无线接收部把所述空中采集部传输来的地块空 间信息(影像和激光点云数据）接收下来并存储到存储设备（图中未显示）中。
[0020] 进一步，所述无人机载式地块空间信息自动采集系统还可以包括：实时影像序列 自动拼接装置。实时影像序列自动拼接装置连接到地面数据无线接收部以获取地块空间信 息(影像和激光点云数据)。由于无人机拍摄的影像面积不大，对于大面积的地块来说，需要 把影像进行拼接以便进行后面的信息提取(这在下面描述)。所述实时影像序列自动拼接装 置基于影像和激光点云数据，使用影像和激光融合技术将影像序列进行拼接，如此提高了 影像与影像之间匹配的精度，从而提高了拼接的几何精度。
[0021] 进一步，所述无人机载式地块空间信息自动采集系统还可以包括：实时地块空间 信息自动提取装置。所述实时地块空间信息自动提取装置连接到实时影像序列自动拼接装 置以获取拼接后的影像。所述实时地块空间信息自动提取装置对拼接后的影像进行信息提 取以及识别，例如提取出种植小麦的区域，以及识别哪些区域种植了大豆。所述实时地块空 间信息自动提取装置利用影像及激光的融合信息，利用激光对于高程的敏感性和影像对于 色彩的敏感性更高精度地识别出地块的边界线，在边界线缺失或者分辨性差的情况下，使 用图像分割技术识别从哪些部分属于同一个地块。所述实时地块空间信息自动提取装置提 商了自动识别能力也提商可识别的精度。
[0022] 在图2所示的一个优选实施例中，除了图1中所示的装置，所述空中采集部还可以 包括多种传感器，例如温度传感器、湿度传感器、风力风速传感器。所述传感器用于采集传 感数据，例如现场环境参数，以及其他器件或装置的运行参数，以送至地面进行分析，为调 整或优化整个系统的工作模式或无人机的飞行模式的决策提供数据支持。因此，除了影像 和激光点云数据，所述地块空间信息还包括传感数据。
[0023] 如图2所示，所述空中采集部还可以包括同步装置，所述同步装置在所述采集控 制装置的控制下同步其他各个装置(采集装置、各传感器）协调工作，例如，使得多个摄像机 和激光扫描仪同时不同角度进行拍摄和扫描。所述同步装置可以连接到所述采集控制器， 通过所述采集控制器来控制所述采集装置和所述传感器同步工作。这种情况下，所述同步 装置可以集成到所述采集控制器内。另外，所述同步装置还可以直接连接到所述采集装置 和所述传感器，以控制它们同步工作。
[0024] 如图2所示，所述空中采集部还可以包括导航装置，所述导航装置具有GPS通信器 件，用于接收地面的控制信息来控制无人机的飞行，包括飞行姿态、飞行速度、飞行高度等。
[0025] 当无人机上配置有导航装置时，那么相应地，在地面上配置地面控制部，地面控制 部与所述导航装置通信，相应地，地面控制部具有GPS通信模块。地面控制部用于对无人机 进行控制，包括规划飞行路线、设置飞行姿态、检查无人机是否正常运行等。
[0026] 另外，所述地面控制部还可以具有无线(例如4G网络）通信器件，与所述空中数据 无线发射部无线地通信(例如4G网络)，基于所述采集控制部采集的传感器参数来判断搭载 的传感器是否正常工作，而且还可以基于所述参数来控制无人机的飞行。或者，可选地，所 述地面控制部通过有线网络和所述地面无线数据接收部连接，从所述地面无线数据接收部 获取传感器参数。
[0027] 在图3所示的优选实施例中，相比于图2所示的实施例，所述无人机载式地块空间 信息自动采集系统还可以包括：地面影像实时显示部，所述地面影像实时显示部把地块空 间信息(包括影像、激光点云数据和各空间参数）实时显示出来，以便检测传感器的工作性 能以及拍摄的效果。其中，所述地面影像实时显示部和所述地面数据无线接收部可以集成 到一起。
[0028] 本实用新型的无人机载式地块空间信息自动采集系统克服了无人飞行器遥感影 像旋转角度大、影像重叠度不规则、相片倾角较大等技术难点，使用影像和激光融合技术将 影像序列进行拼接，提高了影像与影像之间匹配的精度，利用图像分割技术进行识别边界 线，从而提高了识别的精度。
【权利要求】
1. 一种无人机载式地块空间信息自动采集系统，其特征在于，包括： 用于获取地块空间信息的空中采集部，其中所述地块空间信息包括地块空间的影像和 激光点云数据，所述空中采集部包括：用于获取所述影像的摄像机、用于获取所述激光点云 数据的激光扫描仪和用于控制所述摄像和所述激光扫描仪的采集控制装置，所述空中采集 部装载在无人机上； 所述空中采集部还包括：用于使得所述摄像机和所述激光扫描仪同步工作的同步装 置，所述同步装置连接到所述采集控制装置，或者连接到所述摄像机和所述激光扫描仪； 用于将所述地块空间信息传送至地面的空中数据无线发射部，所述空中数据无线发射 部电连接至所述采集控制装置； 用于从所述空中数据无线发射部接收所述地块空间信息的地面数据无线接收部，所述 地面数据无线接收部与所述空中数据无线发射部通过无线通信方式连接；基于所述影像和 所述激光点云数据，对影像进行拼接的实时影像序列自动拼接装置，所述实时影像序列自 动拼接装置连接到所述地面数据无线接收部。
2. 根据权利要求1所述的无人机载式地块空间信息自动采集系统，其特征在于，所述 空中采集部还包括用于控制无人机的飞行参数的导航装置，所述导航装置具有GPS通信器 件，所述地面控制部具有相对应的GPS通信器件。
3. 根据权利要求2所述的无人机载式地块空间信息自动采集系统，其特征在于，还包 括：用于对所述无人机进行控制的地面控制部，所述地面控制部与所述导航装置通过无线 通信方式连接。
【文档编号】G01C11/00GK203893849SQ201420106005
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】史云, 唐华俊, 王道龙, 周清波, 陈仲新, 杨鹏, 吴文斌 申请人:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所