多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机的制作方法

本实用新型属于农业植保无人机技术领域,具体涉及一种多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机。

背景技术：

农业植保无人机具有作业效率高、劳动强度低、劳动力投入少、智能化程度高、适应性广等显著特征，近年来得到了迅猛发展。2017年，我国载荷5Kg以上的农用无人机保有量已达1万台，超过日本位居世界第一；植保作业面积从2013年的不足10万亩次增长至2017年的1亿亩次以上；农用无人机生产企业从2010年的不足10家增至2016年的260家，无人机农业领域应用产值达到10亿元以上。农用无人机产品覆盖单旋翼、多旋翼，油动、电动等品种，已形成具有中国特色的新兴高新技术产业，具备了一定的国际影响力。

但目前植保无人机仍存在很多问题和不足需要完善。农田信息获取方面，进行了土壤养分与作物长势的监测，但信息获取内容与植保无人机作业相互作用较少，无法指导植保无人机进行高效精准作业。在飞行控制技术方面。一是国内外现有飞控系统尚未实现作物、环境气象等信息实时感知，并且也未能与飞行信息有效融合，无法根据作物高度、风速等因素实现作业参数实时调节，作业精度难以保障。二是缺乏一体化智能操控系统，操作复杂难度大。在植保无人机施药方面，绝大多数农用无人机采用独立施药装置、恒量喷施，喷量与农用无人机作业速度、田间作物、病情等信息无法有效结合，难以实现智能化精准施药。

综上所述，目前我国农用无人机尚未实现多源信息探测与融合，难以满足农田复杂环境自主飞行需求，操控难度大，施药等辅助作业部件智能化程度不高，严重制约我国农业航空作业水平的快速提升。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机，本多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机解决了现有技术中的植保无人机获取信息少、作物信息、气象信息与作业信息没有融合、难以实现智能化精准自主施药等问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机，其特征在于：包括信息采集系统、地面控制站和植保无人机；

所述信息采集系统包括无人机采集系统、气象采集系统和用于通过互联网采集作业地块的病情信息的互联网病情采集服务器；

所述无人机采集系统包括采集无人机本体以及固定在采集无人机本体上的高光谱相机、机载雷达、CCD相机、GPS系统和北斗系统采集无人机本体，所述高光谱相机、机载雷达、CCD相机、GPS系统和北斗系统均与采集无人机本体电连接；

所述气象采集系统包括风速传感器、风向传感器和气象采集控制器，所述风速传感器和风向传感器均与气象采集控制器电连接；

所述植保无人机包括植保无人机本体以及固定在植保无人机本体上的施药系统和导航系统，所述施药系统和导航系统均与植保无人机本体电连接；

所述采集无人机本体、气象采集控制器和互联网病情采集服务器均与地面控制站无线通信连接；所述地面控制站与植保无人机本体无线通信连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述地面控制站包括智能决策处理系统和自主作业规划处理系统，所述智能决策处理系统分别与采集无人机本体、气象采集控制器和互联网病情采集服务器无线通信连接，所述自主作业规划处理系统与植保无人机本体无线通信连接；所述智能决策处理系统用于接收无人机采集系统、气象采集系统和互联网病情采集服务器发送的多源信息并建立作业地块的田间信息库，所述智能决策处理系统用于根据田间信息库对作业地块进行栅格化，所述自主作业规划处理系统根据栅格化的信息并集合作业地块的地理位置信息进行航路规划从而形成作业航路信息，所述自主作业规划处理系统用于发送作业航路信息到植保无人机。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述高光谱相机固定在采集无人机本体的底部且用于根据采集无人机本体的控制指令采集作业地块的作物生长状况信息和作物病情信息，所述机载雷达固定在所述采集无人机本体的底部且用于根据采集无人机本体的控制指令采集作业地块的作物高度信息和作物冠层信息；所述CCD相机固定在采集无人机本体的底部并用于根据采集无人机本体的控制指令采集作业地块的实时图像并分析作物长势信息和作物实时病情信息；所述GPS系统和北斗系统均固定在采集无人机本体的顶部并用于根据采集无人机本体的控制指令接收卫星信号从而构建作业地块的地理位置信息；所述采集无人机本体用于根据采集无人机本体的控制指令飞行。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述气象采集系统包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器均与气象采集控制器电连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述施药系统包括药箱、药泵、喷头电机和离心喷头，所述药箱与药泵连接，所述药泵与所述离心喷头连接，所述离心喷头与所述喷头电机电连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括监管系统，所述监管系统包括监管服务器，所述监管服务器与植保无人机本体无线通信连接，所述监管服务器用于接收并存储植保无人机本体远程发送的信息。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括用户终端，所述用户终端包括计算机终端和移动终端，所述用户终端用于通过网络查询监管服务器内存储的植保无人机的信息。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机，通过无人机采集系统、气象采集系统和互联网病情采集服务器获取作业田间作物生长状况、病情、作物高度、冠层信息、风速、风向、温度、湿度、地理信息和病虫害防治方案，由智能决策处理系统建立信息库并栅格化形成作业航路信息，植保无人机根据作业航路信息进行自主飞行和精准变量施药，同时监管系统对植保无人机进行全程监管、数据统计和分析，实现了多种信息的有机结合、智能化一体化、全自主作业和全程监管，与目前现有的植保无人机进行手动或预设航线进行作业的模式相比，大大提高了作业精度、智能化程度、农药利用率和防治效果，同时可实现一人控制多机作业或多机协同作业，减少了操作人员数量和操控难度，提高了作业效率。随着植保无人机的大规模应用以及对作业智能化、精准化的要求，本实用新型应用前景巨大，具有良好的经济价值和社会价值。

附图说明

图1为本实用新型的系统组成结构图。

图2为本实用新型的作业地块栅格化示意图。

图3为本实用新型的系统控制结构图。

具体实施方式

下面根据图1至图3对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1，一种多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机，包括信息采集系统1、地面控制站2和植保无人机5。

所述信息采集系统1包括无人机采集系统11、气象采集系统13和用于通过互联网采集作业地块的病情信息的互联网病情采集服务器14等。互联网病情采集服务器14（即互联网病情采集系统通过互联网相关病情发布网站实时获取作业地块的病虫害名称、发生程度、防治方案，从而形成病情信息供植保无人机5作业决策参考。）

所述无人机采集系统11包括采集无人机本体以及固定在采集无人机本体上的高光谱相机112、机载雷达113、CCD相机111、GPS系统和北斗系统114，所述高光谱相机112、机载雷达113、CCD相机111、GPS系统和北斗系统114均与采集无人机本体电连接。

所述气象采集系统13包括风速传感器131、风向传感器134和气象采集控制器，所述风速传感器131和风向传感器134均与气象采集控制器电连接。气象采集系统13为移动式气象采集系统13，位于作业地块的田间，实时采集气象相关信息。

所述植保无人机5用于在作业田间进行植保作业，包括：植保无人机本体51以及固定在植保无人机本体51上的施药系统和导航系统，所述施药系统和导航系统均与植保无人机本体51电连接。所述施药系统包括药箱52、药泵55、喷头电机53和离心喷头54，所述药箱52与药泵55连接，所述药泵55与所述离心喷头54连接，所述离心喷头54与所述喷头电机53电连接。

所述采集无人机本体、气象采集控制器和互联网病情采集服务器14均与地面控制站2无线通信连接；所述地面控制站2与植保无人机本体51无线通信连接。

所述地面控制站2包括智能决策处理系统和自主作业规划处理系统，所述智能决策处理系统分别与采集无人机本体、气象采集控制器和互联网病情采集服务器14无线通信连接，所述自主作业规划处理系统与植保无人机本体51无线通信连接；所述智能决策处理系统用于接收无人机采集系统11、气象采集系统13和互联网病情采集服务器14发送的多源信息并建立作业地块的田间信息库，所述智能决策处理系统用于根据田间信息库对作业地块进行栅格化，所述自主作业规划处理系统根据栅格化的信息并集合作业地块的地理位置信息进行航路规划从而形成作业航路信息，所述自主作业规划处理系统用于发送作业航路信息到植保无人机5。

所述高光谱相机112固定在采集无人机本体的底部且用于根据采集无人机本体的控制指令采集作业地块的作物12生长状况信息和作物12病情信息，所述机载雷达113固定在所述采集无人机本体的底部且用于根据采集无人机本体的控制指令采集作业地块的作物12高度信息和作物12冠层信息；所述CCD相机111固定在采集无人机本体的底部并用于根据采集无人机本体的控制指令采集作业地块的实时图像并分析作物12长势信息和作物12实时病情信息；所述GPS系统和北斗系统114均固定在采集无人机本体的顶部并用于根据采集无人机本体的控制指令接收卫星信号从而构建作业地块的地理位置信息；所述采集无人机本体用于根据采集无人机本体的控制指令飞行。

所述气象采集系统13包括温度传感器133和湿度传感器132，所述温度传感器133和湿度传感器132均与气象采集控制器电连接。

本实施例还包括用于对植保无人机5进行监控和管理的监管系统3，所述监管系统3包括监管服务器，所述监管服务器与所述植保无人机5的植保无人机本体51无线通信连接，所述监管服务器用于接收并存储所述植保无人机5的植保无人机本体51远程发送的信息。监管服务器可接收植保无人机5的实时位置、作业状态和参数，对作业数据存储并分析、统计，供查询，监管系统3包括监管服务器和监管软件等。

本实施例还包括用户终端4，所述用户终端4包括计算机终端41和移动终端42，所述用户终端4用于通过网络查询监管服务器内存储的植保无人机5的信息。

本实施例还包括物联网信息传输系统，物联网信息传输系统完成各系统、设备、部件的数据传输、通讯，包括田间信息传输系统、地面控制站无人机通讯系统、监管系统无人机通讯系统、地面站监控系统通讯系统等。

本实施例基于多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机还提供一种控制方法，包括以下步骤：参见图3，

步骤1：作物信息采集：无人机采集系统11内的采集无人机本体在作业地块内飞行，高光谱相机112根据采集无人机本体的控制指令采集并发送作业地块的作物12生长状况信息和作物12病情信息到采集无人机本体，机载雷达113根据采集无人机本体的控制指令采集并发送作业地块的作物12高度信息和作物12冠层信息到采集无人机本体，CCD相机111根据采集无人机本体的控制指令采集作业地块的实时图像并通过实时图像分析作物12长势信息和作物12实时病情信息，CCD相机111发送作物12长势信息和作物12实时病情信息到采集无人机本体，GPS系统和北斗系统114根据采集无人机本体的控制指令接收卫星信号从而构建作业地块的地理位置信息并将地理位置信息发送到采集无人机本体，采集无人机本体将作业地块的作物12生长状况信息、作物12病情信息、作物12高度信息、作物12冠层信息、作物12长势信息、作物12实时病情信息和作业地块的地理位置信息等多源信息通过物联网信息传输系统传送至地面控制站2。

步骤2：气象信息采集：风速传感器131检测作业地块的风速信息并将风速信息发送到气象采集控制器，风向传感器134检测作业地块的风向信息并将风向信息发送到气象采集控制器，所述气象采集控制器将风速信息和风向信息等多源信息通过物联网信息传输系统传送到地面控制站2。

步骤3：病情信息采集：互联网病情采集服务器14通过互联网查询并采集作业地块的病情信息和植保信息，互联网病情采集服务器14将作业地块的病情信息和植保信息等多源信息通过物联网信息传输系统传送到地面控制站2。

步骤4：地面信息收集并建立田间信息库：地面控制站2内的智能决策处理系统接收无人机采集系统11、气象采集系统13和互联网病情采集服务器14发送的多源信息并根据接收的多源信息建立作业地块的田间信息库，所述田间信息库包括地理位置信息、作物长势cd、作物高度ch、风速ws、风向wd和病情指数pi；其中病情指数pi根据无人机采集系统11发送的病情信息和互联网病情采集服务器14发送的病情信息获得，即预设病情等级模板，将作业地块的病情信息统计并判断该病情信息属于病情等级模板中哪个病情等级，作业地块的病情等级即为病情指数pi。

步骤5：智能决策：建立控制因子与田间信息库的对应关系，所述控制因子包括飞行高度h、飞行速度v、偏航距离s、药泵流量q和喷头电机转速n，所述飞行高度h=f{ch,pi}，飞行速度v=f{ws,wd,pi}，偏航距离s=f{ws,wd},药泵流量q=f{cd,pi}，喷头电机转速n=f{ws,ch,pi}；即飞行高度h与作物高度ch 和病情指数pi相关，飞行速度v与风速ws、风向wd和病情指数pi相关，偏航距离s与风速ws、风向wd相关，药泵流量q与作物长势cd和病情指数pi相关，喷头电机转速n与作物高度ch、风速ws和情指数pi相关。

步骤6：作业地块栅格化：智能决策处理系统以植保无人机5的喷幅为栅格宽度且以预先设定的长度值L为栅格长度（如20m），对作业地块进行栅格化，得到若干个基本栅格，根据步骤5计算出每个基本栅格内对应的飞行高度h、飞行速度v、偏航距离s、药泵流量q和喷头电机转速n的值；若相邻的2个基本栅格内的飞行高度h的差值小于预设高度差值且飞行速度v的差值小于预设速度差值且偏航距离s的差值小于预设距离差值且药泵流量q的差值小于预设流量差值且喷头电机转速n的差值小于预设转速的差值时，合并相邻的2个基本栅格从而得到新的作业栅格，并选择相邻的2个基本栅格中任意一个基本栅格内飞行高度h、飞行速度v、偏航距离s、药泵流量q和喷头电机转速n的值作为该作业栅格内飞行高度h、飞行速度v、偏航距离s、药泵流量q和喷头电机转速n的值；否则，将基本栅格作为作业栅格，最终一个作业地块被划分成若干个大的作业栅格。如图2所示，每个作业栅格内控制因子的值相同，图2表示本实用新型的作业地块栅格化示意图，图2的左图为以植保无人机5的喷幅为栅格宽度画出的条形栅格，图2的右图为将左图再以预先设定的长度值L为栅格长度画出基本栅格，并将相邻的基本栅格合并后的作业栅格图；其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12均表示作业栅格；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12的作业栅格内的箭头为植保无人机5进行工作的飞行路线的方向。

步骤7：建立作业航路信息：智能决策处理系统将地理位置信息、作业栅格以及作业栅格内飞行高度h、飞行速度v、偏航距离s、药泵流量q和喷头电机转速n的值发送到自主作业规划处理系统，自主作业规划处理系统生成作业航路信息，所述作业航路信息包括根据地理位置信息和作业栅格生成的作业路线信息以及作业路线信息内每个作业栅格内飞行高度h、飞行速度v、偏航距离s、药泵流量q和喷头电机转速n的值，自主作业规划处理系统将作业航路信息远程发送到植保无人机5内的植保无人机本体51；所述作业路线信息包括作业地块边界信息和起始点信息；

步骤8：植保无人机智能精准作业:植保无人机5内的植保无人机本体51接收作业航路信息并将作业航路信息内的作业路线信息发送到导航系统，植保无人机本体51根据每个作业栅格内飞行高度h、飞行速度v和偏航距离s以及导航系统内的作业路线信息的控制指令进行飞行，施药系统根据植保无人机本体51内的药泵流量q和喷头电机转速n的控制指令进行运行；实现智能精准作业；

步骤9：所述植保无人机5内的导航系统检测植保无人机本体51的实时位置信息并发送到植保无人机本体51，植保无人机本体51将实时位置信息和实时的作业航路信息远程发送到监管系统3内的监管服务器并存储；

步骤10：植保无人机5状态和作业数据查询：用户终端4通过网络查询监管服务器内存储的植保无人机5的信息；如植保无人机5的实时位置、作业状态、飞行路线，也可查询历史作业时间、地点、面积、所用时间、飞行轨迹和作业质量等。

本实用新型提供了多源信息融合智能决策自主飞行植保无人机5，通过无人机采集系统11、气象采集系统13和互联网病情采集服务器14获取作业田间作物12生长状况、病情、作物高度、冠层信息、风速、风向、温度、湿度、地理信息和病虫害防治方案，由智能决策处理系统建立信息库并栅格化形成作业航路信息，植保无人机5根据作业航路信息进行自主飞行和精准变量施药，同时监管系统3对植保无人机5进行全程监管、数据统计和分析，实现了多种信息的有机结合、智能化一体化、全自主作业和全程监管，与目前现有的植保无人机5进行手动或预设航线进行作业的模式相比，大大提高了作业精度、智能化程度、农药利用率和防治效果，同时可实现一人控制多机作业或多机协同作业，减少了操作人员数量和操控难度，提高了作业效率。随着植保无人机5的大规模应用以及对作业智能化、精准化的要求，本实用新型应用前景巨大，具有良好的经济价值和社会价值。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。