基于激光充能的虫害智能检测系统的制作方法

本实用新型专利属于农业的虫害智能检测系统，具体涉及激光充能、图像识别和光谱分析等技术的应用。

背景技术：

在我国,由于储粮害虫引发的粮食直接损失即粮食质量的损失中，一般农户粮食损失为8%-12%，有些地区高达30%，而其中间接损失，指使粮食营营养，种用品质降低，污染粮食，影响健康等损失更是严重，而传统的害虫识别方法完全依赖于个人的经验判断以及肉眼识别来判别，对于大型农场，这种传统方法既效率性低，而且不能有效地提前预防。因此，需要一种更能准确识别、提前预防、高效治疗农作物的方法。

随着精准农业和飞艇的发展以及激光的有效利用，可以运用信息技术来辅助农作物预防虫害，而传统的飞艇又由于耗能严重，使其不能长时间的进行虫害监测。

技术实现要素：

本实用新型专利所要解决的技术问题是克服传统的虫害识别采用人工方法不精准的问题，以及现有的飞艇耗能严重，配备的电能装置不能够长时间的提供能量的问题；本专利通过飞艇上小型摄像头采集到的数据，传回到地面分析站，通过图像识别与光谱分析，能大大提高其检测农作物生长情况的准确性；以及使飞艇配备了激光供能系统，加强了飞艇的续航能力。

本实用新型专利解决技术问题所用的技术方案是：

一种基于激光充能的虫害智能检测系统，它包括安装在飞艇上的光谱分析设备、图像识别设备和地面发射站部分，光谱分析设备和图像识别设备通过网络适配器和远距离无线传输设备与计算机终端连接；地面发射站部分与飞艇接收部分同光激光充电装置进行充能。

其中光谱分析设备包括光纤光谱仪、相机控制模块、处理器、网络适配器和小型摄像头，所述的相机控制模块控制光纤光谱仪与小型摄像头将采集到的数据发送到处理器的USB暂存，重新编码后通过网络适配器和远距离传输模块发送到计算机上。

其中图像识别设备包括微型摄像头和相机控制设备，相机控制模块控制微型摄像头将采集到的数据通过网络适配器和远距离传输设备发送到地面站的计算机终端。

激光充电装置包括位于地面发射站的激光发射装置和位于飞艇的激光接收和转换装置。

激光发射装置包括激光驱动装置、光电转换装置、自动温度调节调整装置和激光发射器，地面发射站先启动激光驱动装置，通过光电转换装置，使激光发射器启动，激光发射器发射激光到飞艇。

激光接收和转换装置包括激光接收装置、光电转换装置和DC/DC直流升压变换器和系统储能结构，激光接收装置接收激光，光电转换装置将光信号转换为电信号，电信号再经过DC/DC直流升压变化器输出稳定的直流电压，为测量系统的各电路供电。

本实用新型提供一种激光充能的虫害智能检测系统，通过采用图像识别与光谱分析技术使农作物受害情况的分析更加准确，并使用激光充能技术，加长了飞艇的续航周期，更好地来帮助农作物进行预防虫害。

其中光谱分析的原理为:由于各物体的内部结构及表面特性各不相同，因此对于各类电磁波的吸收和反射有所区别，植被在可见光波段反射率低于各种岩石，700~800nm左右出现植被最大反射过渡区域，该区域可反映植物的营养长势、水分、叶面积等等。

其中图像识别技术的原理为：先对农作物进行图像采集，将图像信号转换成数字信号，并利用计算机对其进行加工处理，通过计算机传送至远端，以及利用阈值分割、边缘检测等经典分割理论，以及基于数学形态学、模糊聚类等特定理论相结合的方法来对计算机传来的数据进行初步分析。然后通过光谱分析来对农作物的受害情况作进一步分析。

其中激光充能技术是通过地面站发出一束激光穿过大气射向无人机上激光接收器，只要无人机保持在与地面站相距一定的范围内，系统可向它连续输送能量，系统还可向飞艇的备用电池板充电，使飞艇能超出其储能极限的范围飞行。飞艇上的光电传感器将激光转换为电能，通过电能带动螺旋桨转动，驱动飞艇飞行，同时电能驱动各个机载任务系统的工作。

本实用新型专利的有益效果为：利用图像识别与光谱成像技术可以对农作物害虫情况以及生长情况进行识别，通过无线模块传回地面站进行分析；同时地面站还可以发射激光给飞艇充能大大增加了飞艇的侦查周期；同时机载部分是由遥控飞艇搭载，可以极大提高本实用新型的灵活性及覆盖范围。

附图说明

下面结合图对本实用新型专利做进一步说明:

图1为实用新型的整体结构示意图；

图2为实用新型的光谱分析装置的结构示意图；

图3为实用新型的图像识别装置的结构示意图；

图4为实用新型的激光充能系统的结构示意图；

图中：地面站1，飞艇2，激光转换装置3，网络适配器4，图像识别模块5，远距离无线接收模块6，CPU分析系统7，激光接收装置8，地面发射站9，飞艇接收装置10。

具体实施方式

如图1中，一种基于激光充能的虫害智能检测系统，它包括安装在飞艇上的光谱分析设备和图像识别设备，还包括地面发射站部分；光谱分析设备和图像识别设备通过网络适配器和远距离无线传输设备与计算机终端连接；地面发射站部分与飞艇接收部分通过激光充电装置进行充能。

如图2所示，该光谱分析装置分为两大部分：采集与传输数据模块，CPU分析模块。其中采集与传输数据模块又包括：光纤光谱仪1，相机控制模块2，处理器3，网络适配器4，小型摄像头5；CPU分析模块包括远距离无线接收模块6，CPU分析系统7。

图2所示的光谱分析装置的实现过程为：采集图像数据主要由光纤光谱仪1与小型摄像头5来完成，光纤光谱仪1的光谱范围为430-1030nm，总共60个波段，其中相机控制模块2控制光纤光谱仪1与小型摄像头5的开关及采样数据，采集到的原始数据通过处理器3的USB暂存，重新编码后经过网络适配器4和远距离传输模块6发送到计算机7上，计算机可通过偏最小二乘回归、方差分析、相关因子、连续投影算法等来对传送回来的数据进行分析，从而得知植物的生长情况及养料汲取情况。

如图3所示，图像识别部分分为两个部分：图像采集部分和地面站分析设备。图像采集部分包括微型摄像头1，相机控制设备2，网络适配器3，远距离无线传输设备4；地面站分析设备包括：远距离无线接收设备5，计算机终端6。

其中图3图像识别设备的工作过程为：相机控制模块控制微型摄像头将采集到的数据通过网络适配器和远距离传输设备发送到地面站的计算机终端，计算机终端6通过各种算法分析前端传送过来的数据从而得出植株受虫害情况。

如图4所示，激光充能系统包含两个部分：地面发射站9和飞艇接收装置10。地面发射站部分与飞艇接收部分通过无线能量传输的方式进行通信，即通过激光方式进行通信。地面发射站部分包括：激光驱动装置1，光电转换装置2，激光发射器3，自动温度调控装置4。飞艇接收装置部分包括：系统储能5、DC/DC直流升压变换器6、光电转换装置7以及激光接收装置8。

图4的激光充电装置的工作过程为：地面发射站9先启动激光驱动装置1，通过光电转换装置2使激光发射器3启动，激光发射器3发射激光，飞艇装配的激光接收装置8接收激光，光电转换装置7将光信号转换为电信号，然后电信号再经过DC/DC直流升压变化器6输出稳定的直流电压，然后供给测量系统的各电路工作电源，以实现激光供电。