本發明涉及畜牧技術領域，尤其涉及一種無人機草場管理系統及方法。

背景技術：

當前有一些牧民使用遙控器對無人機控制進行牧牲畜作業，或獨機式牧牲畜犬系統。目前的主要問題是：單獨的無人機進行牧牲畜作業時，因只能在畜牧群的一面進行驅趕，不能很好的將畜牧群趕往需要的方向。當有畜牧逃走或者遺失時，如若無人機去驅趕逃走或者遺失的畜牧回來，那牲畜將處于無人看管的狀態，容易出現問題；而若不去驅趕回逃走或者遺失的畜牧，那將會造成損失；同時需要牧戶實時對其進行監測，同時當牲畜放牧距離較遠，一旦放牧距離較遠，牧戶很難對其盡心給管理無法保證其在放牧過程中。如中國專利cn106647811a公開了一種基于無人機集群的放牧系統，包括地面站和無人機集群系統，所述地面站中設有航線規劃系統和無人機控制系統，所述無人機控制系統與無人機集群系統通訊連接，所述無人機集群系統由若干組飛控系統組成，所述任意一組飛控系統均由若干無人機本體組成，所述飛控系統與無人機本體內的動力裝置電性連接，所述無人機本體上設有監控裝置和音響，所述音響與無人機控制系統通訊連接，由于采用了集群控制、航線規劃及自主起飛等技術，簡化了對無人機的操作流程，提高了牧民對牲畜放養的管理效率。放牧系統中僅涉及到了驅趕過程，但在放牧過程中還存在牧群在同一區域內進食時間過長，不僅破壞植被，同時牲畜進食的植被質量差，影響牲畜健康；另外在驅趕過程中為未如何驅趕牧群至優良牧草區域的方法，僅單一的作出驅趕動作。猶如中國專利cn205029771u公開了一種智能放牧系統。該系統包含：航拍無人機、用于控制所述航拍無人機飛行路線的飛控中心、遠程服務器、佩戴于頭牲畜的主設備、以及佩戴于若干從牲畜的從設備，所述從設備的個數與從牲畜的個數相同；所述主設備與從設備相連接，所述主設備與所述從設備組建為無線網格網絡mesh網絡；所述主設備與所述遠程服務器通信連接；所述遠程服務器與所述飛控中心通信連接；所述飛控中心與所述航拍無人機連接。通過該系統實現數字化遠程監控，而且能使牧民輕松查看牧群的生存狀態。從而實現無人放牧。該系統中并未考慮到如何根據牧群位置選擇合適的進食區域，保證牧群進食區域內牧草質量。

技術實現要素：

為克服現有技術中存在的無法同時對草場植被、鼠洞、土壤情況進行實時監測，并且不能根據吃草區域植被情況自動放牧問題，本發明提供了一種無人機草場管理系統及方法。

本發明提供了一種無人機草場管理系統，該無人機草場管理系統安裝于無人機系統內，該無人機草場植被分析系統主要包括數據采集單元、檢測單元、分析單元、執行單元與控制站，其創新點在于：

所述數據采集單元分別電性連接檢測單元和分析單元，用于采集放牧區域遙感圖像和土壤信息；

所述檢測單元接收遙感圖像采集單元中的遙感圖像，用于在遙感圖像上區分牧草區域和非牧草區域，并且將上述相同遙感圖像根據牧群所在位置區分吃草區域和非吃草區域，另外根據鼠洞特征在遙感圖像上標記鼠洞；

所述分析單元分別電性連接所述檢測單元和數據采集單元，該分析單元接收檢測單元遙感圖像并對其分析，同時分析由數據采集單元直接傳輸的土壤信息和鼠洞信息，將分析結果傳輸至執行單元和控制站；

所述執行單元響應接收到的分析單元發出的遙感圖像分析結果執行相對應的無人機動作。

進一步的，所述數據采集單元包含遙感圖像采集單元和土壤采集單元；遙感圖像采集單元電性連接所述檢測單元，采集牧群吃草區域和以吃草區域為中心向外輻射的非吃草區域的遙感圖像；土壤采集單元電性連接分析單元，測定放牧區域內土壤水分含量和土壤溫度。

進一步的，所述檢測單元將遙感圖像上牧草與吃草/非吃草區域相互配對成相應的檢測單位，分別為：第一檢測單位，即牧草+吃草區域遙感圖像；第二檢測單位，即牧草+非吃草區域遙感圖像；在遙感圖像的非牧草區域上標記鼠洞的遙感圖像為第三檢測單位。

進一步的，所述分析單元包含遙感圖像分析單元、土壤分析單元和鼠洞分析單元；遙感圖像分析單元接收檢測單元的遙感圖像分析得不同位置處植被的基本信息；土壤分析單元分析土壤采集單元的土壤信息；鼠洞分析單元接收檢測單元的遙感圖像，并判定害鼠危害程度等級并發送至控制站。

本發明還披露一種無人機草場管理方法，運用于無人機草場管理系統中，無人機安裝遙感攝像機和土壤檢測傳感器，管理步驟包括：

步驟100，采集步驟，遙感攝像機拍攝放牧區域遙感圖像；無人機降落至地面通過土壤檢測傳感器檢測土壤水分含量和土壤溫度。

步驟200，檢測步驟，將放牧區域遙感圖像采用最大類間方差自動閾值檢測方法區分牧草區域和非牧草區域，并且根據牧群所在位置將上述遙感圖像區分為吃草區域和非吃草區域，同時根據鼠洞特征標記非牧草區域鼠洞；將牧草區域遙感圖像與吃草/非吃草區域遙感圖像相互結合配對成檢測單位，檢測單位為：第一檢測單位，即牧草+吃草區域；第二檢測單位，即牧草+非吃草區域；另外，在遙感圖像上非牧草區域根據鼠洞特征標記鼠洞，該遙感圖像為第三檢測單位。

步驟300，分析步驟，分析第一檢測單位和第二檢測單位中相應區域內牧草覆蓋度，并在第三檢測單位中判定害鼠危害程度等級，同時根據采集的土壤水分含量和土壤溫度分析土壤情況，分析結果發送控制站。

步驟400，執行步驟，選擇第二檢測單位遙感圖像中草場植被覆蓋度最大值的待測區域，根據待測區域方位，控制無人機朝向該待測區域做驅趕動作。

進一步的，所述步驟300包括，

步驟310，通過第一檢測單位的遙感圖像分析得當前牧群吃草區域牧草質量；通過第二檢測單位的遙感圖像分析得非吃草區域內牧草質量；分析單元將第一檢測單位遙感圖像分析結果結合第二檢測單位遙感圖像分析結果得到最終分析結果，執行單元接收該分析結果。

步驟320，將鼠洞危害面積依據草原主要害鼠危害分級表判定害鼠危害程度等級，將判定的害鼠危害等級發送至控制站。

步驟330，將土壤水分含量、土壤溫度信息分別與設定的相對應閾值對比得到土壤信息對比結果，將土壤信息對比結果發送至控制站。

進一步的，所述步驟310中分析第一檢測單位的遙感圖像步驟為：

步驟311，根據經緯度分別在第一檢測單位和第二檢測單位相對應遙感圖像上選取監測點；

步驟312，對每個監測點植被分析草場植被覆蓋度，得監測點草場植被覆蓋度；

步驟313，對比第一檢測單位監測點植被覆蓋度和植被覆蓋度閾值得到對比結果，將對比結果傳輸于執行單元。

進一步的，步驟312中，第一檢測單位監測點草場植被覆蓋度由第一檢測單位中各監測點草場植被覆蓋度求和平均得到的植被覆蓋度均值。

進一步的，所述步驟310中分析第二檢測單位遙感圖像步驟為：

步驟314，以吃草區域為基點向外輻射的輻射區域，根據東南西北四個方向劃分出四個待測區域，在每個待測區域內均勻選取待測區域監測點；

步驟315，對每個待測區域監測點植被分析草場植被覆蓋度，得待測區域草場植被覆蓋度；

步驟316，對比各待測監測點植被覆蓋度和植被覆蓋度閾值得到對比結果，對比四個待測區域的草場植被覆蓋度均值得待測區域草場植被覆蓋度最大值。

進一步的，步驟315中，第二檢測單位監測點草場植被覆蓋度由第二檢測單位中各監測點草場植被覆蓋度求和平均得到的植被覆蓋度均值。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、通過該系統以無人機為媒介，同時對草場植被、鼠洞、土壤情況進行實時監測，同時在放牧過程中，無人機還可通過牧群吃草區域植被情況進行自動放牧。

二、通過遙感圖像采集單元采集牧群吃草區域和非吃草區域，以吃草區域為基點向外輻射并設定輻射半徑得到輻射區域，在輻射區域內根據東南西北四個方向劃分出四個待測區域，對每個待測區域監測點植被分析草場植被覆蓋度，當吃草區域植被覆蓋度低于閾值，則分析單元選取非吃草區域中四個待測區域的草場植被覆蓋度均值得待測區域草場植被覆蓋度最大值，由執行單元控制無人機朝向該區域作驅趕動作。

附圖說明

圖1是無人機草場管理系統的功能單元圖；

圖2是無人機草場管理方法流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，是本發明無人機草場管理系統的功能單元圖。所述無人機草場管理系統安裝于無人機系統內，該無人機草場植被分析系統主要包括數據采集單元、檢測單元、分析單元、執行單元與控制站。

所述數據采集單元分別電性連接檢測單元和分析單元，用于采集放牧區域遙感圖像和土壤信息，該數據采集單元包含遙感圖像采集單元和土壤采集單元；其中，所述遙感圖像采集單元電性連接所述檢測單元，用于采集牧群吃草區域和以吃草區域為中心向外輻射的非吃草區域的遙感圖像以及采集放牧區域內鼠洞情況；所述土壤采集單元電性連接分析單元，該土壤采集單元中設定有安裝于無人機底部的土壤檢測傳感器，用于測定放牧區域內土壤水分含量和土壤溫度。

進一步優選的，檢測單元接收遙感圖像采集單元中的遙感圖像，用于在遙感圖像上區分牧草區域和非牧草區域，并且將上述相同遙感圖像根據牧群所在位置區分吃草區域和非吃草區域，另外根據鼠洞特征在該遙感圖像上標記鼠洞。所述檢測單元將遙感圖像上牧草與吃草/非吃草區域相互對配成相應的檢測單位，分別為：第一檢測單位，即牧草+吃草區域遙感圖像；第二檢測單位，即牧草+非吃草區域遙感圖像；標記鼠洞的遙感圖像為第三檢測單位。

所述分析單元分別電性連接所述檢測單元和數據采集單元，該分析單元接收檢測單元遙感圖像并對其分析，同時分析由數據采集單元直接傳輸的土壤信息，將分析結果傳輸至執行單元和控制站。

進一步優選的，分析單元包含遙感圖像分析單元、土壤分析單元和鼠洞分析單元；遙感圖像分析單元用于接收來自所述檢測單元的遙感圖像，并且分析接收到的遙感圖像以得知遙感圖像上不同位置處植被的基本信息，進而根據該遙感圖像上植被基本信息及相對應的植被位置輸出執行信號。

其中遙感圖像分析單元由與第一檢測單位電性連接的第一分析單元和與第二檢測單位電性連接的第二分析單元構成，第一分析單元接收并分析第一檢測單位的遙感圖像，得到第一檢測單位遙感圖像分析結果；第二分析單元接收并分析第二檢測單位的遙感圖像，得到第二檢測單位遙感圖像分析結果。

土壤分析單元接收土壤采集單元的土壤水分含量和土壤溫度信息，將土壤水分含量、土壤溫度信息分別與牧戶設定的相對應閾值對比得到土壤信息對比結果，將土壤信息對比結果發送至控制站。控制站可實時監測草場是否出現旱情，具有預警預報功能。

鼠洞分析單元接收檢測單元的遙感圖像并得到遙感圖像上標記鼠洞危害面積，將鼠洞危害面積依據草原主要害鼠危害分級表判定害鼠危害程度等級，將判定的害鼠危害等級發送至控制站。

所述執行單元響應接收到的分析單元發出的遙感圖像分析結果執行相對應的無人機動作。

圖2是本發明的無人機草場管理方法流程圖。無人機安裝遙感攝像機和土壤檢測傳感器，無人機草場管理方法，主要包含以下步驟：

步驟100，遙感攝像機以放牧過程中取牧群所在位置處的靜態物體為聚焦點拍攝放牧區域遙感圖像，遙感攝像裝置將放牧區域遙感圖像傳輸至檢測單元。無人機降落至地面通過土壤檢測傳感器檢測土壤水分含量和土壤溫度，并將土壤檢測信息傳輸于分析單元。

步驟200，所述檢測單元將放牧區域遙感圖像采用最大類間方差自動閾值檢測方法區分牧草區域和非牧草區域，并且根據牧群所在位置將上述遙感圖像區分為吃草區域和非吃草區域，同時根據鼠洞特征標記非牧草區域鼠洞。將牧草區域遙感圖像與吃草/非吃草區域遙感圖像相互結合配對成檢測單位，檢測單位為：第一檢測單位，即牧草+吃草區域；第二檢測單位，即牧草+非吃草區域；另外，在遙感圖像上非牧草區域根據鼠洞特征標記鼠洞，該遙感圖像為第三檢測單位。

步驟300，所述分析單元接收檢測單位分析相應區域內牧草基本信息和判定害鼠危害程度等級，同時接收數據采集單元的土壤采集信息分析土壤情況。

步驟400，選擇第二檢測單位遙感圖像中草場植被覆蓋度最大值的待測區域，根據待測區域方位，執行單元控制無人機朝向該待測區域做驅趕動作。

進一步優選的，步驟300包括，

步驟310，分析第一檢測單位的遙感圖像目的是分析當前牧群吃草區域牧草質量；分析第二檢測單位的遙感圖像目的是分析非吃草區域內牧草質量。當牧草質量低于牧戶設定的牧草質量閾值時，分析單元將第一檢測單位遙感圖像分析結果結合第二檢測單位遙感圖像分析結果得到最終分析結果，執行單元接收該分析結果，針對該分析結果下的無人機執行相應動作。

步驟320，將鼠洞危害面積依據草原主要害鼠危害分級表判定害鼠危害程度等級，將判定的害鼠危害等級發送至控制站。

步驟330，將土壤水分含量、土壤溫度信息分別與牧戶設定的相對應閾值對比得到土壤信息對比結果，將土壤信息對比結果發送至控制站。

進一步優選的，步驟310中所述分析單元分析第一檢測單位的遙感圖像步驟為：

步驟311，根據經緯度分別在第一檢測單位和第二檢測單位相對應遙感圖像上選取選取監測點；

其中第一檢測單位監測點以陣列方式在第一檢測單位遙感圖像上選取。

步驟312，對每個監測點植被分析草場植被覆蓋度，得監測點草場植被覆蓋度；

其中，第一檢測單位監測點草場植被覆蓋度由第一檢測單位中各監測點草場植被覆蓋度求和平均得到的植被覆蓋度均值。

步驟313，對比第一檢測單位監測點植被覆蓋度和植被覆蓋度閾值得到對比結果，當第一檢測單位監測點植被覆蓋度低于植被覆蓋度閾值時，對比結果為負；當第一檢測單位監測點植被覆蓋度高于植被覆蓋度閾值時，對比結果為正，將對比結果傳輸于執行單元。

所述分析單元分析第二檢測單位遙感圖像方法為：

步驟314，以吃草區域為基點向外輻射并設定輻射半徑的到輻射區域，在輻射區域內根據東南西北四個方向劃分出四個待測區域，在每個待測區域內均勻選取待測區域監測點；

步驟315，對每個待測區域監測點植被分析草場植被覆蓋度，得待測區域草場植被覆蓋度；

其中，每個待測區域草場植被覆蓋度由每個待測區域中各監測點草場植被覆蓋度求和平均得到的草場植被覆蓋度均值。

步驟316，對比各待測監測點植被覆蓋度和植被覆蓋度閾值得到對比結果，當待測區域監測點植被覆蓋度低于植被覆蓋度閾值時，對比結果為負；當待測監測點植被覆蓋度高于植被覆蓋度閾值時，對比結果為正。對比四個待測區域的草場植被覆蓋度均值得待測區域草場植被覆蓋度最大值。

當分析單元得到的第一檢測單位監測點對比結果為正時，無人機繼續采集放牧區域遙感圖像；當對比結果為負時，執行單位控制無人機作驅趕步驟400。

上述說明示出并描述了本發明的優選實施例，如前所述，應當理解本發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍，則都應在本發明所附權利要求的保護范圍內。