本發(fā)明涉及作物光譜成像技術(shù)，特別涉及一種基于多傳感器成像光譜的自走式低空遙感裝置。

背景技術(shù)：

遙感是通過遙感器這類對電磁波敏感的儀器，在遠離目標和非接觸目標物體條件下探測目標地物，獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息(如電場、磁場、電磁波、地震波等信息)，并進行提取、判定、加工處理、分析與應(yīng)用的一門科學(xué)和技術(shù)。將遙感技術(shù)與農(nóng)學(xué)各學(xué)科及其技術(shù)結(jié)合起來，成為為農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)的一門綜合性很強的技術(shù)。利用遙感技術(shù)監(jiān)測農(nóng)作物種植面積、農(nóng)作物長勢信息，快速監(jiān)測和評估農(nóng)業(yè)干旱和病蟲害等災(zāi)害信息，估算全球范圍、全國和區(qū)域范圍的農(nóng)作物產(chǎn)量，為糧食供應(yīng)數(shù)量分析與預(yù)測預(yù)警提供信息。

多光譜、高光譜和葉綠熒光成像是光譜成像常用的三種技術(shù)，近年來在農(nóng)業(yè)中得到越來越多的應(yīng)用。高光譜遙感在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在快速、精確地進行作物生長信息的提取、作物長勢監(jiān)測、作物脅迫監(jiān)測、估算植被(作物)初級生產(chǎn)力與生物量、估算光能利用率和蒸散量以及作物品質(zhì)遙感監(jiān)測預(yù)報。從而相應(yīng)調(diào)整投入物資的投入量，達到減少浪費，增加產(chǎn)量，改善品質(zhì)，保護農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境質(zhì)量的目的。葉綠素熒光作為光合作用研究的探針，具有特異性、高靈敏度的特點，能快速反映植物生理生態(tài)狀況，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測，在遺傳育種、突變株篩選、病蟲害檢測等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

近年來隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，運用無人機搭載光譜相機的無人機遙感技術(shù)有了顯著的發(fā)展。低空無人機可以彌補傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備作業(yè)范圍小、實時監(jiān)測難等問題，同時彌補了衛(wèi)星遙感的成本高、受天氣狀況影響大等問題。無人機遙感可以獲取土壤養(yǎng)分、作物長勢、病蟲害監(jiān)測等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，通過數(shù)據(jù)解析，進行變量施肥、科學(xué)施藥、預(yù)測病蟲害、預(yù)測作物產(chǎn)量等?，F(xiàn)階段，無人機的載重量有限，無法搭載多種相機，同時飛行穩(wěn)定性的還需提高，有安全隱患。電池能源供給和高效利用也是無人機應(yīng)用過程中亟待科研的重要環(huán)節(jié)。

為了彌補原有技術(shù)手段的不足，該基于多傳感器成像光譜的自走式低空遙感裝置和方法，通過配有g(shù)ps導(dǎo)航系統(tǒng)的自主行走車體解決了無人機穩(wěn)定性差和續(xù)航時間短的問題，同時搭載多自由度伸縮旋轉(zhuǎn)裝置可平移、升降、旋轉(zhuǎn)，適應(yīng)多種檢測需求。利用相機搭載平臺搭載多種光譜成像相機和葉綠熒光成像系統(tǒng)，可以獲得多層面的信息數(shù)據(jù)。該裝置和檢測方法可以穩(wěn)定、實時、大范圍和全面地監(jiān)測農(nóng)情信息，對于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種基于多傳感器成像光譜的自走式低空遙感裝置，實現(xiàn)了農(nóng)情信息的全自動全方位實時監(jiān)測，對于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。本裝置解決了傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備作業(yè)范圍小、實時監(jiān)測難等問題，同時彌補了無人機遙感穩(wěn)定性差，續(xù)航時間短和載重小的問題。具有自動化程度高、監(jiān)測范圍廣、獲取數(shù)據(jù)全面、安全性強等特點。具體技術(shù)方案如下：

一種基于多傳感器成像光譜的自走式低空遙感裝置，包括行走車體，所述行走車體設(shè)有通過升降機構(gòu)支撐的載物臺，該載物臺上裝載有多自由度伸縮旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述多自由度伸縮旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上設(shè)有遙感平臺，并設(shè)有安裝在遙感平臺底部的多種光譜成像相機傳感器；

所述的多自由度伸縮旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括活動安裝在載物臺上的旋轉(zhuǎn)基座，固定在旋轉(zhuǎn)基座上的豎直伸縮桿，以及連接在豎直伸縮桿頂部的水平伸縮桿；所述的遙感平臺固定在水平伸縮桿的端部。

作為優(yōu)選的，所述的行走車體搭載有g(shù)ps導(dǎo)航系統(tǒng)，可以根據(jù)預(yù)定規(guī)劃路線或由遙控實時操控在田間自主行走，定位精度高，實現(xiàn)農(nóng)田全面覆蓋。利用差分gps系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)及時調(diào)整行走路線，提高定位、行走的準確度。

作為優(yōu)選的，所述的升降機構(gòu)為液壓千斤頂，通過驅(qū)動操控其頂起上方的載物臺和其上方的所有裝置，起到起重、支撐和調(diào)整高度的作用，結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠。

本發(fā)明中，多自由度伸縮旋轉(zhuǎn)裝置由底部旋轉(zhuǎn)基座，豎直伸縮桿和水平伸縮桿構(gòu)成。圓柱底座可以實現(xiàn)順逆時針不同方向，不同速度旋轉(zhuǎn)。豎直伸縮桿可上下伸縮移動，高度可達20米，可根據(jù)作物生長周期的高度來調(diào)整，保持檢測系統(tǒng)離作物冠層高度一致。水平伸縮桿可左右伸縮移動，距離可達10米以上，因其多自由度靈活操作，有效實現(xiàn)大面積的農(nóng)田信息監(jiān)測。

作為優(yōu)選的，所述多種光譜成像相機傳感器包括搭載在遙感平臺底部的rgb相機、25波段多光譜相機、adc相機和高光譜相機。

遙感平臺與多自由度伸縮旋轉(zhuǎn)裝置相連接，底部通過四個機械增穩(wěn)云臺搭載rgb相機(sonynex-7)，25波段多光譜相機(ximea工業(yè)相機xiq系列，cmv2k)，adc相機(tetracam公司)和高光譜相機(aisakestrel)。搭載不同傳感器可以獲得多層面的信息數(shù)據(jù)，不僅可以記錄幾何輪廓數(shù)據(jù)，還可以采集圖片信息、激光背散射強度、高光譜數(shù)據(jù)。機械增穩(wěn)云臺能滿足相機的三個活動自由度：繞x、y、z軸旋轉(zhuǎn)，每個軸心內(nèi)都安裝有電機，當無人機傾斜時，同樣會配合陀螺儀給相應(yīng)的云臺電機加強反方向的動力，防止相機跟著無人機“傾斜”，從而避免相機抖動，保證畫面清晰穩(wěn)定。通過遙感平臺的旋轉(zhuǎn)和機械增穩(wěn)云臺的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)全方位、多角度信息獲取。

遙感平臺還配有葉綠素熒光成像系統(tǒng)，包括leds光源板、ccd鏡頭(c8484-05,hamamatsu,hamamatsucity,japan)，可對整株植物及多株植物進行葉綠素熒光分析，同時配有成像分析模塊，用于作物形態(tài)測量分析。

遙感平臺底部配有的leds光源板可根據(jù)需求激發(fā)不同的光源組合，并根據(jù)不同的作物選擇測量光，光化光，飽和光等強度。

遙感平臺受主控計算機控制，遙感平臺裝配有差分gps和慣導(dǎo)元件，可準確獲得相機位置與姿態(tài)信息，便于控制相機云臺對相機姿態(tài)進行修正。多種相機傳感器實時采集圖像光譜信息，再將姿態(tài)參數(shù)與拍攝的圖像數(shù)據(jù)整合傳回計算機，存入儲存設(shè)備中，供后期對于遙感數(shù)據(jù)修正處理。通過不同相機傳感器全面獲取土壤養(yǎng)分、作物長勢、病蟲害監(jiān)測等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，繼而通過數(shù)據(jù)解析，進行變量施肥、科學(xué)施藥、預(yù)測病蟲害、預(yù)測作物產(chǎn)量等。

作為優(yōu)選的，所述遙感平臺的底部設(shè)有安裝板，該安裝板與遙感平臺間設(shè)有緩震球，所述的多種光譜成像相機傳感器設(shè)置在安裝板的底部。具體為橡膠緩震球，減緩由于車體顛簸而造成多種光譜成像相機傳感器的震動。

附圖說明

圖1為基于光譜成像技術(shù)的自走式在線檢測裝置；

圖2為相機搭載平臺；

圖3為葉綠熒光成像系統(tǒng)；

圖4為遙感平臺設(shè)計架構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。

如圖1-3所示，本發(fā)明中的基于光譜成像技術(shù)的自走式在線檢測裝置和方法包括：自主行走車體1，gps導(dǎo)航系統(tǒng)2，載物臺3，旋轉(zhuǎn)基座4，豎直伸縮桿5，水平伸縮桿6，遙感平臺7，橡膠緩震球8，機械增穩(wěn)云臺9，多種光譜成像相機10，ccd鏡頭11，leds光源板12。

行走車體1搭載gps導(dǎo)航系統(tǒng)2，可以根據(jù)預(yù)定規(guī)劃路線或由遙控實時操控在田間自主行走，定位精度高，實現(xiàn)農(nóng)田全面覆蓋。利用差分gps系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)及時調(diào)整行走路線，提高定位、行走的準確度。

載物臺3和臺下的液壓千斤頂起重設(shè)備，通過驅(qū)動操控其頂起上方的載物臺和其上方的所有裝置，起到起重、支撐和調(diào)整高度的作用，結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠。

多自由度伸縮旋轉(zhuǎn)裝置由底部旋轉(zhuǎn)基座4，豎直伸縮桿和水平伸縮桿構(gòu)成。圓柱底座可以實現(xiàn)順逆時針不同方向，不同速度旋轉(zhuǎn)。豎直伸縮桿5可上下伸縮移動，高度可達20米，可根據(jù)作物生長周期的高度來調(diào)整，保持檢測系統(tǒng)離作物冠層高度一致。水平伸縮桿6可左右伸縮移動，距離可達10米以上，因其多自由度靈活操作，有效實現(xiàn)大面積的農(nóng)田信息監(jiān)測。

遙感平臺7與多自由度伸縮旋轉(zhuǎn)裝置相連接，底部通過四個機械增穩(wěn)云臺搭載rgb相機(sonynex-7)，25波段多光譜相機(ximea工業(yè)相機xiq系列，cmv2k)，adc相機(tetracam公司)和高光譜相機(aisakestrel)10。搭載不同傳感器可以獲得多層面的信息數(shù)據(jù)，不僅可以記錄幾何輪廓數(shù)據(jù)，還可以采集圖片信息、激光背散射強度、高光譜數(shù)據(jù)。機械增穩(wěn)云臺9能滿足相機的三個活動自由度：繞x、y、z軸旋轉(zhuǎn)，每個軸心內(nèi)都安裝有電機，當無人機傾斜時，同樣會配合陀螺儀給相應(yīng)的云臺電機加強反方向的動力，防止相機跟著無人機“傾斜”，從而避免相機抖動，保證畫面清晰穩(wěn)定。通過遙感平臺的旋轉(zhuǎn)和機械增穩(wěn)云臺的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)全方位、多角度信息獲取。

遙感平臺還配有葉綠素熒光成像系統(tǒng)，包括leds光源板、ccd鏡頭11(c8484-05,hamamatsu,hamamatsucity,japan)，可對整株植物及多株植物進行葉綠素熒光分析，同時配有成像分析模塊，用于作物形態(tài)測量分析。遙感平臺底部配有的leds光源板12可根據(jù)需求激發(fā)不同的光源組合，并根據(jù)不同的作物選擇測量光，光化光，飽和光等強度。

如圖4所示，遙感平臺受主控計算機控制，遙感平臺裝配有差分gps和慣導(dǎo)元件，可準確獲得相機位置與姿態(tài)信息，便于控制相機云臺對相機姿態(tài)進行修正。多種相機傳感器實時采集圖像光譜信息，再將姿態(tài)參數(shù)與拍攝的圖像數(shù)據(jù)整合傳回計算機，存入儲存設(shè)備中，供后期對于遙感數(shù)據(jù)修正處理。通過不同相機傳感器全面獲取土壤養(yǎng)分、作物長勢、病蟲害監(jiān)測等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，繼而通過數(shù)據(jù)解析，進行變量施肥、科學(xué)施藥、預(yù)測病蟲害、預(yù)測作物產(chǎn)量等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施舉例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。