一种水田水稻虫害视觉调查方法与调查用无人船

摘要

本发明公开了一种水田水稻虫害视觉调查方法与调查用无人船。本发明的水田水稻虫害视觉调查用无人船，可通过无线远程操控在水稻田间进行穿梭航行，航行定位精准、控制便捷，并且在水稻田间穿梭航行过程中可对水稻的茎秆部进行实施视觉拍照，拍照的信息可实时传输至控制端进行保存、分析，从而能够精准获取水稻茎秆部的虫害情况，满足对水田水稻虫害的精确调查需求。本发明的水田水稻虫害视觉调查方法基于所述的无人船，能对水稻茎秆部虫害相关信息进行精准、快速的调查，减少人力，降低了检测人员的专业要求，从而提高水稻虫害的调查效率。而且，可为研究人员分析水稻田虫害提高精准可靠的信息，进而对症下药，提高水稻的质量和产量。

说明书

技术领域

本发明涉及水稻虫害智能调查技术领域，具体涉及一种水田水稻虫害视觉调查方法与调查用无人船。

背景技术

水稻是我国最主要粮食作物，受虫害(主要为稻飞虱)影响，水稻质量与产量严重下降。准确地掌握田间虫害情况是有效防止的关键。

目前，虫害调查主要采用人工调查法。但人工调查深入田中间不方便，对检测人员专业要求高，且易受人为主观因素干扰。不少专家提出采用无人机遥感监测法，但稻飞虱的发生通常聚集在水稻茎秆部位并吸食水稻的汁液，而该方法主要获取水稻冠层信息来反演病害情况，只能粗略推算，其精确度在实际应用中还难以满足需求。

发明内容

为实现对水田水稻虫害的精准调查，解决现有的人工调查方法施行不便、调查人员专业要求高以及现有的无人机遥感监测精度低的问题，本发明提供了一种水田水稻虫害视觉调查方法。

本发明的目的还在于提供一种水田水稻虫害视觉调查用无人船，用于上述所述水田水稻虫害视觉调查方法的施行。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种水田水稻虫害视觉调查用无人船，包括船体；所述船体的尾部设置有运动驱动组件，可驱动所述船体运动；所述船体的顶部外设置有相机；

所述船体具有凹设的船舱；所述船舱内设置有供电电池、通信模块以及路径定位模块；所述相机以及所述路径定位模块均与所述通信模块连接；

所述船体上还设置有运动控制接收器；所述通信模块与所述运动控制接收器连接，且所述运动驱动组件与所述运动控制接收器连接。

在优选的实施例中，所述船体的顶部具有将所述船舱封闭的船体甲板，所述相机设置在所述船体甲板外。

在优选的实施例中，所述相机通过固定支架设置在所述船体的中心顶部外。

在优选的实施例中，所述运动驱动组件包括驱动电机以及驱动螺旋桨；所述驱动电机设置在所述船舱内，所述运动控制接收器与所述驱动电机连接，所述驱动电机与所述驱动螺旋桨传动连接，且所述驱动螺旋桨伸出至所述船体的尾部外。

在优选的实施例中，所述运动驱动组件包括两组，且两组的所述运动驱动组件沿左右对称分布。

在优选的实施例中，所述船舱至少包括首段船舱、中段船舱以及尾段船舱；所述供电电池配重设置在所述首段船舱内，所述通信模块以及所述路径定位模块设置在所述中段船舱内。

在更优选的实施例中，所述通信模块与所述路径定位模块沿左右对称分布。

在优选的实施例中，所述通信模块为5G通信模块，和/或，所述路径定位模块为GPS路径定位模块。

在优选的实施例中，还包括便携式控制器；所述便携式控制器可向所述运动控制接收器发送无线控制信号，且可与所述通信模块通过无线网络进行通信连接。

一种水田水稻虫害视觉调查方法，采用上述任一项所述的水田水稻虫害视觉调查用无人船进行调查，步骤如下：

(1)人为根据水稻田的相关信息设定水稻虫害调查区域和调查起点；

(2)根据水稻田设定的调查区域，结合调查田块的形状尺寸及水稻插秧时排布数据，进行水稻虫害调查路径规划设计；

(3)根据调查区域的水稻之间的横纵向间距设定相机定位拍照位置和自动拍照的时间间隔；

(4)把所述水田水稻虫害视觉调查用无人船放入调查起点；

(5)启动所述相机；

(6)启动所述路径定位模块；

(7)无线遥控控制所述水田水稻虫害视觉调查用无人船开始调查；

(8)所述水田水稻虫害视觉调查用无人船运动到达指定调查区域，所述相机进行水稻茎部自动拍照，且所述路径定位模块记录拍照时的当前位置信息，拍摄的照片信息和拍照时的当前位置信息通过所述通信模块进行实时传输；

(9)接收并保存拍摄的照片信息；

(10)结束调查，所述水田水稻虫害视觉调查用无人船运动返回到调查起点。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明的水田水稻虫害视觉调查用无人船，可通过无线远程操控在水稻田间进行穿梭航行，航行定位精准、控制便捷，并且在水稻田间穿梭航行过程中可对水稻的茎秆部进行实施视觉拍照，拍照的信息可实时传输至控制端进行保存、分析，从而能够精准获取水稻茎秆部的虫害情况，满足对水田水稻虫害的精确调查需求。

本发明的水田水稻虫害视觉调查方法，基于本发明的水田水稻虫害视觉调查用无人船，能对水稻茎秆部虫害相关信息进行精准、快速的调查，减少人力，尤其是避免检测人员长期劳作患腰椎、风湿等疾病风险，并降低了检测人员的专业要求，从而提高水稻虫害的调查效率。而且，基于视觉拍照的调查结果，可为研究人员分析水稻田虫害提高精准可靠的信息，进而对症下药，提高水稻的质量和产量。

附图说明

图1为具体实施例中本发明的水田水稻虫害视觉调查用无人船的整体结构示意图；

图2为具体实施例中本发明的水田水稻虫害视觉调查用无人船的内部结构示意图；

图3为具体实施例中本发明的水田水稻虫害视觉调查方法的流程图；

附图标注：1-船体，100-船舱，101-首端船舱，102-中段船舱，103-尾段船舱，2-船体甲板，3-运动驱动组件，31-驱动电机，32-驱动螺旋桨，4-相机，5-固定支架，6-供电电池，7-通信模块，8-路径定位模块，9-运动控制接收器，10-便携式控制器。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅用于区分描述，仅是为了便于和简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，更不能理解为指示或暗示相对重要性。

并且，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。且本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本实施例的水田水稻虫害视觉调查用无人船，参见图1和图2所示，包括船体1。船体1的前端呈现常规船型的外形，方便在水田水稻间进行穿梭。

船体1的船身上具有开挖凹设的船舱100，可保证船体1利用水的浮力进行漂浮，并且可容纳船用部件的设置。并且，在所述船体1的顶部具有船体甲板2，船体甲板2将所述船舱100封闭，可对船舱100内部的部件进行保护，防止工作时杂物的掉入以及水的灌入。

在所述船体1的尾部设置有运动驱动组件3，可驱动所述船体1运动。具体的，所述运动驱动组件3包括驱动电机31以及驱动螺旋桨32，可选的，驱动电机31为伺服电机。其中，所述驱动电机31设置在所述船舱100内，所述驱动电机31通过电机轴与所述驱动螺旋桨32传动连接；且所述驱动螺旋桨32位于船舱100的底部位置处，并伸出至所述船体1的尾部外。船体1置于水面进行航行时，由驱动电机31驱使驱动螺旋桨32转动，驱动螺旋桨32滑动水面驱使船体1航行前进。

在优选的实施例中，所述运动驱动组件3包括两组，两组的运动驱动组件3可分别独立驱动。而且，两组的所述运动驱动组件3沿左右对称分布。如此，在左右对称分布的两组运动驱动组件3的驱动下，使船体1的航行保持稳定；并且，在航行转向过程中，两个独立驱动运动驱动组件3可进行不同功率的输出，使两个驱动螺旋桨32之间形成差速，从而完成船体1的航行转向。

请再参见图1所示，在所述船体1的顶部外设置有相机4。船体1进行航行的过程中，相机4可实时进行拍照，从而进行形成视觉调查作业。具体的，所述相机4设置在所述船体甲板2外。可选的，所述相机4通过固定支架5高耸设置在所述船体1的中心顶部外，使相机4具有广阔的拍照视角。并且，相机4的镜头朝向为向外朝向船体1的外侧。

而且，进一步可选的，相机4的数量不限，可包括设置在固定支架5左右两侧的两个，两个的相机4镜头相背的设置在固定支架5上，两个相机4分别向外朝向船体1的左右两侧。

请再参见图2所示，在船体1凹设的船舱100内，设置有供电电池6、通信模块7以及路径定位模块8。供电电池6可为运动驱动组件3、相机4、通信模块7以及路径定位模块8等进行供电，保证各模块部分的正常工作。可选的，路径定位模块8为GPS路径定位模块，通信模块7为5G通信模块；在一个具体的实施例中，路径定位模块8为TOPGNSS TOP906模块，通信模块7为VONETS VM5G模块。

在优选的实施例中，所述船舱100至少包括首段船舱101、中段船舱102以及尾段船舱103，首段船舱101、中段船舱102以及尾段船舱103为船舱100依次由头至尾分隔设置而成的三段舱体。其中，所述供电电池6配重设置在所述首段船舱101内，与尾部的运动驱动组件3进行配重平衡，使船体1前后平衡并保持稳定；而所述通信模块7以及所述路径定位模块8设置在所述中段船舱102内，并且，所述通信模块7与所述路径定位模块8沿左右对称分布，以保障船体1的左右平衡；而运动驱动组件3的驱动电机31设置在尾段船舱103内并呈左右对称分布，驱动螺旋桨32从尾段船舱103内伸出至船体1的尾部外。如此，使整体的船体1在航行过程中能始终保持平衡，实现稳定航行。

其中，所述相机4通过导线与所述通信模块7连接，具体可选的，在相机4与通信模块7之间通过控制器连接。工作时，通信模块7可接收控制信号，并将接收的控制信号传输至控制器，再由控制器输出控制指令驱使相机4执行相应动作；并且，相机4拍摄的照片信息可回传至通信模块7，并由通信模块7通过无线网络回传至接收端。而路径定位模块8与通信模块7连接，并可通过通信模块7为接收端提供实时位置信息。

请再参见图1和图2所示，在所述船体1上还设置有运动控制接收器9，运动控制接收器9上具有接收无线信号的天线，使运动控制接收器9可高效接收无线控制信号。其中，所述通信模块7通过导线与所述运动控制接收器9连接，且所述运动驱动组件3通过导线与所述运动控制接收器9连接。

另外，该水田水稻虫害视觉调查用无人船还包括便携式控制器10，可向所述运动控制接收器9发送无线控制信号。具体的，便携式控制器10包括触屏界面以及供电电池，并且内部设置有控制芯片，控制芯片内存储有软件控制系统；便携式控制10可接发无线信号，并可对接收的信号信息进行存储。而且，通信模块7通过无线网络与便携式控制器10连接，可与便携式控制器10实现无线网络信号传输，而便携式控制器10发出的无线信号指令可通过运动控制接收器9接收并传输至通信模块7和运动驱动组件3。

如此，本实施例的水田水稻虫害视觉调查用无人船工作时，由便携式控制器10发出无线控制信号，运动控制接收器9接收无线控制信号后，分别传输至运动驱动组件3以及通信模块7上，并分别控制运动驱动组件3驱使船体1航行运动以及控制相机4进行拍照。而相机4拍照的照片信息通过通信模块7传输至便携式控制10，路径定位模块8的实时定位信息通过通信模块7的无线网络实时传输至便携式控制10。从而，实现对船体1的航行动态的实时有效控制。

实施例2

本实施例的水田水稻虫害视觉调查方法，采用实施例1的水田水稻虫害视觉调查用无人船进行调查，参见图3所示，具体步骤如下：

(1)启动便携式控制器；人为根据水稻田的相关信息设定水稻虫害调查区域(记为A列、B列、C列…W列，且根据查区域设定的边界数，每列各穴水稻依次记为1穴、2穴、3穴…n穴)和调查起点。

(2)根据水稻田设定的调查区域，结合调查田块的形状尺寸及水稻插秧时排布数据，进行水稻虫害调查区域路劲规划设计。例如，由于水稻田水稻行和列都是规则的；同时插秧苗时候，首先设定坐标原点位于水稻田最下角边缘处记为(0,0)，其后进行记录每一穴水稻的坐标位置，最后根据每一穴水稻的坐标进行该块田每一穴水稻位置排布；水稻虫害调查时，第一，由调查者根据调查田块及水稻插秧时排布，数据选择调查区域，第二，由调查者选择水稻田中任意位置的一穴水稻为调查的起点记为(X0，Y0)，第三，把调查起点(X0，Y0)与插秧时记录的该穴水稻的位置坐标进行替换，进而通过计算得出调查者选择的调查区域每穴水稻的新坐标排布，第四，根据调查区域的每穴水稻新位置坐标排布设计调查区域路径，最后得到无人船调查的行驶路径图。

根据调查区域的水稻之间的横纵向间距设定相机定位拍照的位置。第一，调查者进行前期的测试，找到拍摄水稻茎部的最佳位置，记录该位置距左右穴水稻距离，例如，设定无人船沿列行驶，结合调查起点相关坐标数据，假设与左穴水稻(坐标为(X1，Y1))间距为S1，与右穴水稻(坐标为(X2，Y2))间距为S2；第二，由于插秧时记录水稻田每穴水稻之间的行间距L1和列间距L2是固定的，同时根据每穴水稻新位置坐标，可计算出拍照位置(坐标为(X1+S1，Y1))。

根据调查区域的水稻之间的横纵向间距设定自动拍照的时间间隔。其中，水稻插秧设计的穴间距记为L，无人船航行速度记为V，得出拍照时间间隔ΔT＝L/V。

(3)把水稻虫害调查的无人船放入调查起点，例如，根据水稻插秧时水稻排布数据，设定水稻虫害调查区域为水稻田中心区域，其面积占水稻田总面积的1/5区域。接着设定调查起点为水稻田调查区域边界A列与田坎垂直的垂直交点记为(X0，Y0)，结合水稻田的形状尺寸及水稻插秧时排布相关数据信息，在便携式控制器里的系统中设置无人船对调查区域水稻虫害视觉拍照的行驶路径(根据上述调查区域设定(2)可得到无人船行驶的路径)。

(4)启动无人船上总开关，供电电池为各模块供电，确保各模块可正常工作；接着启动相机拍照模块，启动路径定位控制模块，启动通信模块。

(5)开启便携式控制器开始调查键；

首先，无人船的运动控制接收器收到运行信号，相应运行信号指令下达到两组运动驱动组件的驱动电机，两个驱动电机启动，同时通过电机轴带动螺旋桨运动，推动无人船前行，无人船根据设定路径规划从调查起点沿着水稻A列与B列之间的横向(或纵向)间距空间开始运行。运行到调查区域边界列记为A列(分为A1穴、A2穴、A3穴…An穴)，依次对A列A1穴、A2穴、A3穴…An穴水稻(根据调查区域设定的边界数)茎秆部位0°-180°区域进行拍照。

如无人船到达A列A1穴水稻中心位置点，无人船的相机拍照模块对A1穴水稻茎秆部位0°-180°区域进行拍照，记为A1-1；同时路径定位控制模块记录照片的当前位置坐标，获取的照片信息和位置坐标信息通过通信模块实时传输到便携式控制器保存。接着无人船根据设置好的水稻之前的拍照时间间隔，运行到达A2穴水稻拍照位置，对其茎秆部位0°-180°区域进行拍照，记为A2-1；同时路径定位控制模块记录照片的当前位置坐标，获取的照片信息和位置坐标信息通过通信模块实时传输到便携式控制器保存。A3穴、A4穴…An穴水稻茎秆部位信息采集类同A1穴采集方法，依次完成视觉信息采集。

当拍摄完A列An穴水稻茎秆0°-180°部位后，记为An-1，无人船运动控制接收器接收到转向A列水稻180°-360°区域进行水稻茎秆信息获取，转向A列的信号传输到两组运动驱动组件的两个驱动电机，使两组运动驱动组件的两个螺旋桨1之间形成差速运动，从而使无人船航到A列水稻180°-360°区域，进而依次对A列A1穴、A2穴、A3穴…An穴水稻(根据调查区域设定的边界数)茎秆部位180°-360°区域进行拍照。如无人船到达A列A1穴水稻中心位置点，无人船的相机拍照模块对A1穴水稻茎秆部位180°-360°区域进行拍照，记为A1-2，同时路径定位控制模块记录照片的当前位置坐标，获取的照片信息和位置坐标信息通过通信模块实时传输到便携式控制器进行保存。依次对A2穴、A3穴…An穴进行水稻茎秆部位视觉信息获取，方法类同A列A1穴水稻茎秆部位180°-360°区域视觉信息获取。

(6)便携式控制器根据路径定位模块记录照片坐标(如把A列记为Y坐标，那么A列Y坐标相同两张照片，即A1-1穴和A1-2穴，组合起来就为A列A1穴水稻茎秆全部信息)组合A列A1-1和A1-2水稻茎秆两张照片为A1穴水稻茎秆全部信息。采用类似A1穴水稻茎秆全部信息的组合方法，依次完成对A2穴、A3穴…An穴水稻茎秆全部信息的组合。

(7)设定的调查区域B列、C列…W列水稻虫害视觉调查方法的步骤重复步骤(5)和(6)。

(8)无人船调查完W列的Wn穴水稻后，无人船首先沿Wn穴水稻处运动到An穴水稻处，再沿A列回到设定的调查起点。

(9)结束本块调查田设定调查区域的水稻虫害调查。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，本说明书为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述。然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。而且，以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。

应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。