一種基于無(wú)人機(jī)的秸稈焚燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無(wú)人機(jī)的秸桿焚燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，因農(nóng)作物秸桿無(wú)序焚燒而引發(fā)的大氣環(huán)境污染問(wèn)題，已引起全社會(huì)及各級(jí)政府的高度關(guān)注。秸桿焚燒產(chǎn)生的大量氣體及顆粒污染物會(huì)引起區(qū)域性空氣污染，危害人類身體健康，嚴(yán)重時(shí)會(huì)降低空氣能見(jiàn)度、引發(fā)交通事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國(guó)秸桿焚燒量約為140Tg(百萬(wàn)噸)，全國(guó)生物質(zhì)燃燒的⑶排放量中約有一半來(lái)自秸桿焚燒。每年6-10月收獲季，全國(guó)范圍內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)秸桿露天焚燒現(xiàn)象，很大程度上加重了大氣污染水平。為此，2008年國(guó)務(wù)院辦公廳下發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸桿綜合利用的意見(jiàn)》，2009和2012年國(guó)家發(fā)改委和農(nóng)業(yè)部等部委又聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)編制秸桿綜合利用規(guī)劃指導(dǎo)意見(jiàn)的通知》、Γ十二五〃農(nóng)作物秸桿綜合利用實(shí)施方案》。此后，各級(jí)政府還出臺(tái)了一系列秸桿禁燒政策。但近年來(lái)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸桿集中焚燒的現(xiàn)象屢禁不止，因秸桿露天焚燒致使大量顆粒物輸出引起國(guó)內(nèi)區(qū)域性大氣污染事件不勝枚舉，已成為公眾密切關(guān)注的社會(huì)、環(huán)境問(wèn)題。
[0003]當(dāng)前對(duì)于秸桿焚燒監(jiān)測(cè)主要利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于:該技術(shù)在大面積長(zhǎng)時(shí)間的焚燒現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中具有準(zhǔn)確性、客觀性及數(shù)據(jù)的可回溯性，并且能夠?yàn)槿娴暮暧^性的秸桿焚燒監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持。然而，由于衛(wèi)星運(yùn)行軌跡所限，其遙感監(jiān)測(cè)重復(fù)觀測(cè)時(shí)間僅為1-2天/次，受到每天監(jiān)測(cè)次數(shù)有限、較小焚燒點(diǎn)捕捉困難、云霧天氣影響監(jiān)測(cè)結(jié)果等客觀因素制約，直接導(dǎo)致觀測(cè)結(jié)果有以下不足:
[0004]I)沒(méi)有自有關(guān)鍵技術(shù)的突破，目前使用的數(shù)據(jù)處理和分析方法只能對(duì)超過(guò)一定面積和持續(xù)一定時(shí)間的焚燒場(chǎng)景進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)受客觀因素影響較多，特別是在多云及夜晚情況下無(wú)法取得較好的效果；
[0005]2)相關(guān)數(shù)據(jù)過(guò)于專業(yè)，測(cè)試數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)大量處理后才能夠進(jìn)行焚燒點(diǎn)辨識(shí)，而且數(shù)據(jù)的直觀性不強(qiáng)，監(jiān)測(cè)分辨率具有局限性，無(wú)法直接用于常規(guī)的焚燒監(jiān)測(cè)管理；
[0006]3)應(yīng)用范圍有限，衛(wèi)星遙感觀測(cè)和處理的數(shù)據(jù)資源，基于成本和技術(shù)，一般只能掌握在省級(jí)或國(guó)家的氣象部門，而市、縣、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)等所在區(qū)域才是秸桿焚燒的集中地，這些部門很難第一時(shí)間利用衛(wèi)星遙感進(jìn)行針對(duì)性的監(jiān)測(cè)和對(duì)秸桿焚燒集中地進(jìn)行迅速的處理，因此衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)秸桿焚燒的應(yīng)用范圍相當(dāng)有限；
[0007]上述問(wèn)題的存在，大大降低了秸桿監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)效益。因此本發(fā)明基于無(wú)人機(jī)開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、監(jiān)測(cè)效率高的新型秸桿焚燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中基于衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)的重復(fù)觀察周期長(zhǎng)，使用成本高，相關(guān)技術(shù)復(fù)雜，監(jiān)測(cè)效果受環(huán)境影響大、應(yīng)用范圍有限等問(wèn)題，提供一種基于無(wú)人機(jī)的秸桿焚燒檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)還提供了一種基于無(wú)人機(jī)的秸桿焚燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量方法，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，簡(jiǎn)化了測(cè)量流程，降低了測(cè)量成本，效率較高，大大方了實(shí)際工程人員的使用。
[0009 ]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
[0010]一種基于無(wú)人機(jī)的秸桿焚燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0011]無(wú)人機(jī)，所述無(wú)人機(jī)上設(shè)置有用于定位自身三維位置信息的衛(wèi)星定位模塊，用于采集地面圖像的可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)，用于判斷秸桿焚燒區(qū)域的位置敏感探測(cè)器；
[0012]應(yīng)用終端，包括用于控制無(wú)人機(jī)飛行的控制裝置以及用于顯示監(jiān)測(cè)區(qū)域的圖像和無(wú)人機(jī)三維位置信息的圖像顯示模塊。
[0013]本發(fā)明所述一種基于無(wú)人機(jī)的秸桿焚燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中無(wú)人機(jī)中衛(wèi)星導(dǎo)航模塊用于輸入監(jiān)測(cè)區(qū)域的導(dǎo)航路徑信息并用于對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行路徑導(dǎo)航，紅外采集系統(tǒng)與可見(jiàn)光采集系統(tǒng)用于采集監(jiān)測(cè)區(qū)域的圖像信息，其中紅外采集系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)區(qū)域中熱源異常的紅外圖像信息，位置敏感探測(cè)器用于判斷紅外異常區(qū)域方向，無(wú)人機(jī)根據(jù)位置敏感探測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果調(diào)整無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)，可見(jiàn)光采集系統(tǒng)用于對(duì)紅外異常區(qū)域所在的整體區(qū)域進(jìn)行成像，使得可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)正對(duì)紅外異常區(qū)域，便于采集清晰的圖像信息；應(yīng)用終端的顯示模塊用于顯示完整的可見(jiàn)光圖像與紅外圖像，操作人員根據(jù)可見(jiàn)光圖像與紅外圖像進(jìn)行秸桿焚燒區(qū)域的辨別，并利用控制裝置控制無(wú)分機(jī)的飛行;該基于無(wú)人機(jī)的秸桿焚燒監(jiān)測(cè)方式，避免了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依賴于遙感監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，避免了重復(fù)觀察周期長(zhǎng)、使用成本高、相關(guān)技術(shù)復(fù)雜、監(jiān)測(cè)效果受環(huán)境影響大等弊端，利用無(wú)人機(jī)作為監(jiān)測(cè)載體，利用可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)收集監(jiān)測(cè)區(qū)域的圖像信息，利用位置敏感器件檢測(cè)值控制無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)紅外異常區(qū)域的清晰圖像采集，利用動(dòng)態(tài)圖像拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域圖像完整顯示;該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，簡(jiǎn)化了測(cè)量流程，降低了測(cè)量成本，效率較高，大大方便了實(shí)際工程人員的使用，也便于涉及到市、縣、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)等所在區(qū)域秸桿焚燒監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用。
[0014]優(yōu)選地，所述可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)為共軸圖像采集系統(tǒng)，所述共軸圖像采集系統(tǒng)用于在同一張圖像成像時(shí)同時(shí)拍攝紅外圖像和可見(jiàn)光圖像，成像方便簡(jiǎn)單。
[0015]優(yōu)選地，所述位置敏感探測(cè)器為四象限位置敏感探測(cè)器，即相對(duì)位置敏感探測(cè)器視角中心的左方、右方、前方和后方四個(gè)象限位置，采用了四個(gè)光電探測(cè)器分別進(jìn)行檢測(cè)紅外異常區(qū)成像在視角的位置，當(dāng)其成像位置不在光軸上，對(duì)該成像信號(hào)的幅度和位置進(jìn)行判斷，自動(dòng)控制無(wú)人機(jī)做位置調(diào)整使得探測(cè)到的紅外異常區(qū)成像信息調(diào)整到光軸中心位置，即使可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)的成像視角正對(duì)紅外異常區(qū)域。
[0016]優(yōu)選地，所述位置敏感探測(cè)器前方設(shè)有可見(jiàn)光截止濾光片，用于將可見(jiàn)光過(guò)濾，紅外光通過(guò)，秸桿焚燒區(qū)域的拍攝效果更好。
[0017]優(yōu)選地，還包括設(shè)于無(wú)人機(jī)或者圖像顯示模塊中的用于將可見(jiàn)光圖像和紅外圖像進(jìn)行拼接的圖像處理模塊。
[0018]該圖像處理模塊可以利用動(dòng)態(tài)圖像拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)將分離可見(jiàn)光圖像與紅外圖像分別拼接為一張完整圖像，并在顯示模塊能夠顯示完整的可見(jiàn)光圖像與紅外圖像，操作人員根據(jù)可見(jiàn)光圖像與紅外圖像進(jìn)行秸桿焚燒區(qū)域的辨別。當(dāng)圖像處理模塊集成到應(yīng)用終端中時(shí)，無(wú)人機(jī)將可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)拍攝的照片傳輸至應(yīng)用終端，在應(yīng)用終端實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)拼接。
[0019]優(yōu)選地，所述無(wú)人機(jī)上還包括用于測(cè)量其相對(duì)地面高度的高度傳感器，用于相對(duì)地面高度的測(cè)量，用于顯示秸桿焚燒紅外區(qū)域圖像時(shí)，顯示拍攝高度的坐標(biāo)信息。
[0020]本發(fā)明還提供了一種基于無(wú)人機(jī)的秸桿焚燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括使用上述的一種基于無(wú)人機(jī)的秸桿焚燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其測(cè)量方法包括以下步驟:
[0021]步驟一、設(shè)定無(wú)人機(jī)飛行速度與拍照間隔時(shí)間，啟動(dòng)所述無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)導(dǎo)航路徑飛行至導(dǎo)航起始位置；
[0022]步驟二、啟動(dòng)所述無(wú)人機(jī)上的可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)沿著導(dǎo)航路徑向前飛行，根據(jù)位置敏感探測(cè)器檢測(cè)到的紅外異常區(qū)域調(diào)整無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)，使所述可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)正對(duì)紅外異常區(qū)域，當(dāng)拍照間隔時(shí)間到達(dá)時(shí)，所述可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)分別對(duì)紅外異常區(qū)域進(jìn)行拍照；
[0023]步驟三、無(wú)人機(jī)繼續(xù)沿著預(yù)設(shè)導(dǎo)航路徑飛行，重復(fù)所述步驟二，在飛行過(guò)程中根據(jù)位置敏感探測(cè)器檢測(cè)紅外異常區(qū)域的結(jié)果，不斷調(diào)整無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)，并在拍照間隔時(shí)間到達(dá)時(shí)，啟動(dòng)所述可見(jiàn)光采集系統(tǒng)與紅外采集系統(tǒng)開(kāi)始拍照，并將可見(jiàn)光圖像與紅外圖像分別傳輸至應(yīng)用終端，并在應(yīng)用終端進(jìn)行顯示；
[0024]步驟四、無(wú)人機(jī)完成導(dǎo)航路徑飛行后，無(wú)人機(jī)降落至起飛位置，系