基于无人机的牧区巡检方法及装置与流程
本发明涉及巡检方法，更具体地说是指基于无人机的牧区巡检方法及装置。
背景技术：
放牧，家畜饲养方式之一。是使人工管护下的草食动物在草原上采食牧草并将其转化成畜产品的一种饲养方式，也是最经济、最适应家畜生理学和生物学特性的一种草原利用方式。
现有的放牧方式是人工放牧，人工放牧工作强度高、工作环境恶劣；牲畜数量统计困难，放牧数量往往几十、上百头甚至更多，同时也受地形和视野的影响，养殖人员难以统计牲畜的具体数量；牲畜容易自己走丢或者被盗，需要在牧区进行及时巡检，或者在公路等关键区域巡查进行走失报警；牲畜定位困难，在草原等空旷地区，放牧可能面积更广，单凭视野难以顾及。有时需要知道牲畜的分布及某牲畜的定位信息，传统方式不能达到；牲畜如发生疫情，极容易造成大面积传染，造成重大损失，兽医及饲养员人工测量体温，工作量大难以批量测量，且容易引发误差；人工测量，禽畜配合度低，对禽畜容易造成二次伤害，增加损失风险；对于需要接种等工作完全靠经验判断时间，缺乏科学信息化管理手段。
因此，有必要设计一种新的方法，实现智能检测牲畜，智能化管理牧区的牲畜。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供基于无人机的牧区巡检方法及装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于无人机的牧区巡检方法，包括：
获取牲畜信息以及rfid标签信息；
将rfid标签信息以及牲畜信息进行映射处理，以得到映射关系；
获取牧区地理资料；
根据牧区地址资料进行巡检路线规划，以得到目标巡检路线；
采用携带rfid阅读器的无人机在目标巡检路线上进行巡检，以获得gps信息以及rfid相关信息；
根据rfid相关信息以及映射关系调取对应的牲畜信息，以得到非实时属性信息；
对gps信息以及rfid相关信息进行位置计算，以得到巡检相关信息；
将非实时属性信息、巡检相关信息以及rfid相关信息发送至终端，以进行巡检相关信息以及牲畜体感信息的显示。
其进一步技术方案为：所述牲畜信息包括牲畜身份id、牲畜主人的姓名、性别、畜别、特征、是否免疫、疫苗种类、生产厂家、生产批号、接种方法、接种剂量、免疫数量以及免疫员姓名。
其进一步技术方案为：所述将rfid标签信息以及牲畜信息进行映射处理，以得到映射关系，包括：
将rfid标签信息以及牲畜信息按照一一对应的关系进行绑定，以得到映射关系。
其进一步技术方案为：rfid相关信息包括rfid的rssi信号、牲畜体温信息以及rfid标签信息。
其进一步技术方案为：所述对gps信息以及rfid相关信息进行位置计算，以得到巡检相关信息，包括：
将rfid的rssi信号换算为实际距离；
将实际距离换算为水平距离；
采用tdoa算法对相邻三组的水平距离进行位置计算，以得到巡检相关信息。
其进一步技术方案为：rfid相关信息还包括电池信息、脱落报警信息。
其进一步技术方案为：所述对gps信息以及rfid相关信息进行位置计算，以得到巡检相关信息之后，还包括：
统计非实时属性信息的牲畜身份id的个数，以得到放牧数量；
将放牧数量发送至终端，以进行显示。
其进一步技术方案为：所述对gps信息以及rfid相关信息进行位置计算，以得到巡检相关信息之后，包括：
根据巡检相关信息获取非目标巡检路线的rfid相关信息，以得到走失信息；
将走失信息发送至终端进行显示。
本发明还提供了基于无人机的牧区巡检装置，包括：
第一获取单元，用于获取牲畜信息以及rfid标签信息；
映射处理单元，用于将rfid标签信息以及牲畜信息进行映射处理，以得到映射关系；
资料获取单元，用于获取牧区地理资料；
规划单元，用于根据牧区地址资料进行巡检路线规划，以得到目标巡检路线；
巡检单元，用于采用携带rfid阅读器的无人机在目标巡检路线上进行巡检，以获得gps信息以及rfid相关信息；
信息调取单元，用于根据rfid相关信息以及映射关系调取对应的牲畜信息，以得到非实时属性信息；
计算单元，用于对gps信息以及rfid相关信息进行位置计算，以得到巡检相关信息；
发送单元，用于将非实时属性信息、巡检相关信息以及rfid相关信息发送至终端，以进行巡检相关信息以及牲畜体感信息的显示。
其进一步技术方案为：所述计算单元包括：
第一换算子单元，用于将rfid的rssi信号换算为实际距离；
第二换算子单元，用于将实际距离换算为水平距离；
距离计算子单元，用于采用tdoa算法对相邻三组的水平距离进行位置计算，以得到巡检相关信息。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过采用在牲畜上佩戴rfid标签，由携带gps、激光测距传感器以及rfid阅读器的无人机进行巡检监测，获取到gps信息以及rfid相关信息后，依据预设的映射关系调取相对应的牲畜信息，并进行对应的巡检观测，以实现智能检测牲畜的体温等，智能化管理牧区的牲畜。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于无人机的牧区巡检方法的应用场景示意图；
图2为本发明实施例提供的基于无人机的牧区巡检方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的基于无人机的牧区巡检方法的子流程示意图；
图4为本发明实施例提供的tdoa双曲线算法的示意图；
图5为本发明另一实施例提供的基于无人机的牧区巡检方法的流程示意图；
图6为本发明另一实施例提供的基于无人机的牧区巡检方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的基于无人机的牧区巡检装置的示意性框图；
图8为本发明实施例提供的基于无人机的牧区巡检装置的计算单元的示意性框图；
图9为本发明另一实施例提供的基于无人机的牧区巡检装置的示意性框图；
图10为本发明另一实施例提供的基于无人机的牧区巡检装置的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的基于无人机的牧区巡检方法的应用场景示意图。图2为本发明实施例提供的基于无人机的牧区巡检方法的示意性流程图。该基于无人机的牧区巡检方法应用于服务器中。该服务器与无人机、终端进行数据交互，无人机上携带者rfid以及激光测距仪等，以获取牲畜身上的rfid的信息，以进行分析计算，得到目标巡检区域的牲畜信息和位置信息，以进行数量统计和丢失的警告等。
图2是本发明实施例提供的基于无人机的牧区巡检方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括以下步骤s110至s180。
s110、获取牲畜信息以及rfid标签信息。
在本实施例中，牲畜信息包括牲畜身份id、牲畜主人的姓名、性别、畜别、特征、是否免疫、疫苗种类、生产厂家、生产批号、接种方法、接种剂量、免疫数量以及免疫员姓名。rfid标签信息是指一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号来识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，作为条形码的无线版本，rfid技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。
在牲畜身上安装电子身份证，也就是rfid标签，为每头牲畜建立一个永久性的数码档案，唯一标识每头牛的属性，动物安装电子标签的基本方法包括有：颈圈式、耳标式、可注射式和药丸式电子标签；在本实施例中，采用的rfid标签是耳标式有源rfid标签。rfid标签可以和牲畜身上的传感器集成，具有良好的可拓展性。rfid标签具有价格低、效率高、易维护、易识别个体、易存储信息等优点。可以对接肉类全过程管理中来，融入到质量追溯体系中，提高产品价值。
通过牲畜带有温感的有源rfid标签产品，可以实时将每头牲畜的体温发送至无人机再传到服务器乃至移动端，因为放养牲畜活动在户外时间很长，通过无人机巡检可以实时掌握其野外的温度情况，采集方案既不影响禽畜的正常活动，同时大大减轻了养殖人员的工作量，并使养殖人员能对病患禽畜个体的温度变化进行趋势判断，预警，突发情况的及时响应，避免重大疫情的发生和蔓延，减少养殖风险，降低养殖成本，从而增加养殖收益。
s120、将rfid标签信息以及牲畜信息进行映射处理，以得到映射关系。
在本实施例中，映射关系是指rfid标签信息以及牲畜信息一一对应的关系。
具体地，将rfid标签信息以及牲畜信息按照一一对应的关系进行绑定，以得到映射关系。以使得在服务器内具有所有牲畜信息与rfid标签信息对应的所有关联信息，便于服务器根据无人机传输所得到的信息进行对应牲畜信息的相关处理。
s130、获取牧区地理资料。
在本实施例中，牧区地理资料是指牧区的海拔高度等信息。
s140、根据牧区地址资料进行巡检路线规划，以得到目标巡检路线。
在本实施例中，上述的目标巡检路线是指实际巡检的路线。
按照预定放牧区域和实际需要进行划分巡检场地，目标巡检路线所涉及的巡检区域保证能够覆盖待检牲畜，牧区出口处或公路旁区域可设置防盗防走失巡检区域，巡检区域为矩形，以方便巡检路线设定。如果有多个巡检区域，则按照多个子区域分别巡检。
巡检线路具体路线根据实际牧区和信号采集效果确定，当前无人机线路规划较为灵活方便，可以手控也可以操作端进行绘制，建议采用螺旋收缩式进行全覆盖。覆盖面积更广，并且螺旋式路线方向变换更频繁，共后续的定位计算提供方便。
s150、采用携带rfid阅读器的无人机在目标巡检路线上进行巡检，以获得gps信息以及rfid相关信息。
在本实施例中，gps信息是指无人机在巡检过程中的位置信息，rfid相关信息是指rfid的rssi信号、牲畜体温信息以及rfid标签信息、电池信息、脱落报警信息等。
在本实施例中，无人机上升指定高度，巡检开始，保持无人机高度并采用激光测距仪进行高度测距，无人机的rfid阅读器接收信号，每间隔一定时间存储信号，由于rfid通常每间隔1s读取一次信号，如果都写入信息量比较大，可以每间隔一定时间整理一次信号存储，取一定时间△t时间内的rssi最大值作为该时间间隔的rssi值。例如令△t＝4s，即rssi＝max(rssi-1,rssi-2,rssi-3,rssi-4)；存储信号是指存储每个rfid相关信息，包括实时信息：rfid的rssi信号即rfid的信号强度值、牲畜体温信息等；标签提示信息：电池信息、脱落报警信息等，还可以结合服务器获取非实时属性信息即牲畜身份id、牲畜主人的姓名、性别、畜别等。
将接受到的rfid相关信息与gps的经纬度信息进行编组，以得到编组信息，将以上编组信息发送至服务器，且根据编组信息获取非实时属性信息即牲畜身份id、牲畜主人的姓名、性别、畜别等，进行编组是为了更加准确地将数据传输至服务器，且避免出现数据传输遗漏的问题发生。
服务器会拣选有效的信息，再将有效的信息按照牲畜身份id进行重新归类和存储。
s160、根据rfid相关信息以及映射关系调取对应的牲畜信息，以得到非实时属性信息。
在本实施例中，非实时属性信息是指牲畜信息，也就是与rfid相关信息对应的牲畜信息。
s170、对gps信息以及rfid相关信息进行位置计算，以得到巡检相关信息。
在本实施例中，巡检相关信息是指每个rfid相关信息对应的牲畜位置信息等。
在一实施例中，请参阅图3，上述的步骤s170可包括步骤s171～s173。
s171、将rfid的rssi信号换算为实际距离。
根据rssi与距离的公式：rssi＝-(10n-log10d+a)，则d＝10(abs(rssi)-a)/10n；其中，n代表信号传播常量，d表示距离发射器间的实际距离；a标识距离1m时的接收信号强度；rssi值随着距离的增加按照rssi＝-(10n-log10d+a)递减，即rssi的值越高，采集的位置数据越精确。
s172、将实际距离换算为水平距离。
在本实施例中，装载于无人机上的rfidrfid阅读器在一百多米的范围内扫描rfid卡，扫描范围r，扫描距离在地面的投影距离l和飞行高度h的关系是
s173、采用tdoa算法对相邻三组的水平距离进行位置计算，以得到巡检相关信息。
如图4所示，采用tdoa算法会易于收敛，理论上每个距离计算出后，可绘制三个圆应交于一点即定位点，但是由于数据误差不易收敛，才引出tdoa的双曲线算法。doa定位是一种利用时间差进行定位的方法，通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离，以监测站为中心，距离为半径作圆，就能确定信号的位置，但是绝对时间一般比较难测量，通过比较信号到达各个监测站的绝对时间差，就能作出以监测站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。
基于修正后rfid的信号强度，采用tdoa算法可以避免定位计算过程中不收敛的问题，具有更强的鲁棒性。
s180、将非实时属性信息、巡检相关信息以及rfid相关信息发送至终端，以进行巡检相关信息以及牲畜体感信息的显示。
用户终端接收信息后，结合移动端的电子地图，在app中显示以下信息：
在电子地图中个实时分布情况：即各个牲畜id的实时位置信息。
在用户终端可点击、列表等显示牲畜体温信息，设置体温正常范围，当超过正常值时进行预警，显示牲畜的id及相关信息，并在牲畜定位地图中亮显提示。
根据标签自身功能，将出现脱落信息时，在用户终端显示脱落的牲畜身份id及相关信息，并在牲畜定位地图中亮显提示；
rfid标签所对应的牲畜信息记录了每个牲畜的接种时间，在服务器预设后面接种的时间，当到达时间节点时，通过服务器传输到期时间及牲畜身份id信息至用户终端，进行提示。
用户终端还可以建立基于id编码的牲畜属性库，对于重点关注对象进行重点标注。
在其他实施例中，上述的方法还可以配合室内巡检，配合手持或者安装于室内角落的rfid读卡器，具有较强的适用性和拓展性。
牲畜佩戴带有温感的有源rfid标签，无人机携带rfid读卡器，无人机自带gps定位及激光测距传感器。
上述的基于无人机的牧区巡检方法，通过采用在牲畜上佩戴rfid标签，由携带gps、激光测距传感器以及rfid阅读器的无人机进行巡检监测，获取到gps信息以及rfid相关信息后，依据预设的映射关系调取相对应的牲畜信息，并进行对应的巡检观测，以实现智能检测牲畜的体温等，智能化管理牧区的牲畜。
图5是本发明另一实施例提供的一种基于无人机的牧区巡检方法的流程示意图。如图5所示，本实施例的基于无人机的牧区巡检方法包括步骤s210-s300。其中步骤s210-s270与上述实施例中的步骤s110-s170类似，步骤s300与上述实施例中的步骤s280类似，在此不再赘述。下面详细说明本实施例中所增加的步骤s280-s290。
s280、统计非实时属性信息的牲畜身份id的个数，以得到放牧数量；
s290、将放牧数量发送至终端，以进行显示。
根据统计牲畜身份id的数量，当数量小于预设数量信息时进行报警提示。无需人工统计，便于统计牧区的牲畜数量，提高牲畜统计数量的效率。
图6是本发明另一实施例提供的一种基于无人机的牧区巡检方法的流程示意图。如图6所示，本实施例的基于无人机的牧区巡检方法包括步骤s310-s400。其中步骤s310-s370与上述实施例中的步骤s110-s170类似，步骤s400与上述实施例中的步骤s480类似，在此不再赘述。下面详细说明本实施例中所增加的步骤s380-s390。
s380、根据巡检相关信息获取非目标巡检路线的rfid相关信息，以得到走失信息；
s390、将走失信息发送至终端进行显示。
牧区出口和公路边是防偷窃的重点关注区域，此处巡检时候，启动走失报警功能，一旦检测到rfid的信号，用户终端显示牲畜身份id和定位信息，即可在用户终端进行高亮显示。
图7是本发明实施例提供的一种基于无人机的牧区巡检装置300的示意性框图。如图7所示，对应于以上基于无人机的牧区巡检方法，本发明还提供一种基于无人机的牧区巡检装置300。该基于无人机的牧区巡检装置300包括用于执行上述基于无人机的牧区巡检方法的单元，该装置可以被配置于服务器中。
具体地，请参阅图7，该基于无人机的牧区巡检装置300包括：
第一获取单元301，用于获取牲畜信息以及rfid标签信息；
映射处理单元302，用于将rfid标签信息以及牲畜信息进行映射处理，以得到映射关系；
资料获取单元303，用于获取牧区地理资料；
规划单元304，用于根据牧区地址资料进行巡检路线规划，以得到目标巡检路线；
巡检单元305，用于采用携带rfid阅读器的无人机在目标巡检路线上进行巡检，以获得gps信息以及rfid相关信息；
信息调取单元306，用于根据rfid相关信息以及映射关系调取对应的牲畜信息，以得到非实时属性信息；
计算单元307，用于对gps信息以及rfid相关信息进行位置计算，以得到巡检相关信息；
发送单元308，用于将非实时属性信息、巡检相关信息以及rfid相关信息发送至终端，以进行巡检相关信息以及牲畜体感信息的显示。
在一实施例中，如图8所示，所述计算单元307包括：
第一换算子单元3071，用于将rfid的rssi信号换算为实际距离；
第二换算子单元3072，用于将实际距离换算为水平距离；
距离计算子单元3073，用于采用tdoa算法对相邻三组的水平距离进行位置计算，以得到巡检相关信息。
图9是本发明另一实施例提供的一种基于无人机的牧区巡检装置300的示意性框图。如图9所示，本实施例的基于无人机的牧区巡检装置300是上述实施例的基础上增加了个数统计单元309以及数量发送单元310。
个数统计单元309，用于统计非实时属性信息的牲畜身份id的个数，以得到放牧数量；
数量发送单元310，用于将放牧数量发送至终端，以进行显示。
图10是本发明另一实施例提供的一种基于无人机的牧区巡检装置300的示意性框图。如图10所示，本实施例的基于无人机的牧区巡检装置300是上述实施例的基础上增加了走失信息形成单元311以及走失信息发送单元312。
走失信息形成单元311，用于根据巡检相关信息获取非目标巡检路线的rfid相关信息，以得到走失信息；
走失信息发送单元312，用于将走失信息发送至终端进行显示。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述基于无人机的牧区巡检装置300和各单元的具体实现过程，可以参考前述方法实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。
该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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