无人机农情监测应用解决方案.pptx
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1、无人机农情监测领域应用解决方案目 录01无人机遥感系统基本概念02无人机遥感系统研究进展应用前景03无人机遥感系统与农情监测03.1农作物分类 病虫害监测03.3污染监测 覆盖度监测04总结思考03.203.4研究框架研究框架研究进展基本概念应用前景无人机遥感系统农情监测方面的应用病虫害监测污染监测覆盖度监测农作物分类其他应用原理应用现状应用成果总结思考第 章无人机遥感系统基本概念01APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING (1)无人机(UAV)是一种机上无人驾驶的航空器,其具有动力装置和导航模块动力装置和导航模块。在一定范围内靠无线电遥控
2、设备或计算机预编无线电遥控设备或计算机预编程序自主控制飞行程序自主控制飞行。(2)无人机遥感(UAVRSS)是利用先进的无人驾驶飞行器技术,遥感传感器技术,遥测遥控技术,通信技术,POS定位定姿技术,GPS差分定位技术和遥感应用技术,具有自动化自动化,智能化智能化,专业化专业化快速获取国土,资源,环境,事件等空间遥感信息,并进行实时处理,建模和分析的先进新兴航空遥感技术解决方案。无人机遥感系统即是一种以无人机遥感系统即是一种以UAVUAV为平台为平台,以各种成像与非成像传感器为主要载荷以各种成像与非成像传感器为主要载荷,飞行高度一般在几千米以内飞行高度一般在几千米以内,能够获取遥感影像能够获取
3、遥感影像,视频等数据的无人航空遥感与摄影测量系统视频等数据的无人航空遥感与摄影测量系统。1基本概念基本概念APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING 基本概念基本概念 UAVRSS技术以固定翼,无人旋翼机和垂直起降等作为遥感平台获取实时高分辨率遥感影像数据能克服有人航空遥感受制于长航时有人航空遥感受制于长航时,大机动大机动,恶劣气象恶劣气象条件条件,危险环境等的影响危险环境等的影响,又能弥补卫星因天气和时又能弥补卫星因天气和时间无法获取调查区遥感信息的空缺。还能避免地面间无法获取调查区遥感信息的空缺。还能避免地面遥感工作范围小,视野窄,工作量大
4、等因素。遥感工作范围小,视野窄,工作量大等因素。随着计算机通信技术的迅速发展以及各种重量轻体积小探测精度高的数字化新型传感器的不断面世。UAVRSUAVRS的性能不断提高,使具有结构简单,成的性能不断提高,使具有结构简单,成本低,风险小,灵活机动,实时性强等优点。本低,风险小,灵活机动,实时性强等优点。正逐步成为卫星遥感,有人机遥感和地面遥感的有效补充手段。第 章无人机遥感系统研究进展应用前景02APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING 研究进展研究
5、进展涉及内容涉及内容研究进展研究进展飞行平台飞行平台材质材质由传统钢铝等金属转换为重量轻,强度大的轻质复合材料,如玻璃纤维,碳纤维等。发动机发动机由传统体积大,噪音高,寿命短,耗油量大,可靠性差的逐渐转变为体积小,噪音低,新能源推进系统。空气动力学空气动力学方面,传统设计主要针对中高空侦察的中,大型无人机,传统设计不能满足民用无人机升阻特性和操稳特征的要求,必须对其进行总体和气动外形的优化。例如改进普通翼和三角翼型设计,采用新型垂直翼片结构等。1飞行控制与导航飞行控制与导航系统系统由传统主要利用经典的单回路频域或根轨迹等线性控制方法单回路频域或根轨迹等线性控制方法来设 计飞行控制与导航系统,转
6、变为非线性动态控制,神经网络智能控制和组合导航非线性动态控制,神经网络智能控制和组合导航等,这些新型飞行控制与导航方法很好地提高无人机飞行性能。1数据传输存储技数据传输存储技术术一是控制信息传送控制信息传送,向UAV和遥感设备的状态参数,可实现飞机姿态,高度,速度,航向的实时显示。二是遥感信息传输,遥感信息传输,传输UAV获得的影像,视频等遥感信息,供地面人员使用。应选择合适的数据传输解压缩方法。采取多种高效可靠的数传链采取多种高效可靠的数传链路系统,并考虑将遥感信息在下传地面站的同时进行机上硬盘备份,路系统,并考虑将遥感信息在下传地面站的同时进行机上硬盘备份,以确保获得快速,安全,高质量的遥
7、感数据。1表表1-11-1:无人机遥感系统研究进展一览表:无人机遥感系统研究进展一览表2.12.1研究进展研究进展表表1-11-1:无人机遥感系统研究进展一览表(接上页):无人机遥感系统研究进展一览表(接上页)APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING 2.12.1研究进展研究进展表格来源:自绘1李德仁,李明.无人机遥感系统的研究进展与应用前景J.武汉大学学报:信息科学版,2014,39(5):505-513.涉及内容涉及内容研究进展研究进展遥感数据处
8、理遥感数据处理UAVRSS多使用小型成像与非成像传感器作为机载遥感设备,与传统的航天和航空影像相比,存在采样周期短,分辨率高,像幅小,影像数量多,倾角过大和倾斜方向不规律等问题。遥感数据的处理由主要以地面处理为主转换为地面准实时处理和遥感数据的处理由主要以地面处理为主转换为地面准实时处理和机上实时处理。机上实时处理。1遥感传感器技术遥感传感器技术我国传感器技术实现了由早期的胶片相机向大面阵数字化相机发展的历程,各种智能,轻小由早期的胶片相机向大面阵数字化相机发展的历程,各种智能,轻小型化的光电红外传感器,激光三维扫描仪和合成孔径雷达等的综合化,模块化使用。型化的光电红外传感器,激光三维扫描仪和
9、合成孔径雷达等的综合化,模块化使用。遥感传感器技术的发展除了各种传感器在硬件技术上的突破与成功应用外,还体现在传感器智能化和自主化的发展上。它依托计算机处理能力和机上存储器的发展初步实现了传感器自初步实现了传感器自主性观测。主性观测。1运行空域政策与运行空域政策与环境环境我国在相关空域管理法规,人员培训,基础,设施建设及保障方面与急剧膨胀的UAV遥感市场空域开放需求不相适应,与发达国家相比,空域管理是我国当前中低空域全面开放的难点所在。部分中大型,长航时部分中大型,长航时UAVUAV飞行高度与商飞行高度与商,民用载人飞行高度相互交叉民用载人飞行高度相互交叉大量中小型遥感大量中小型遥感UAVUA
10、V航空设备较差航空设备较差,在我国某些地区在我国某些地区,雷达探测能力弱雷达探测能力弱,通信易被干扰通信易被干扰,尤其是尤其是边境与沿海等敏感地区边境与沿海等敏感地区,极易造成航空飞行器飞行状态监视失控。极易造成航空飞行器飞行状态监视失控。1(4 4)海事信息化海事信息化建设与动态管理建设与动态管理(5 5)灾害预报灾害预报监测与评估监测与评估(1 1)气象监测与预报气象监测与预报(2 2)国土资源环境调查国土资源环境调查(3 3)城市管理)城市管理(6 6)国家海国家海洋权益保障洋权益保障APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING APPLI
11、CATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING 2.22.2应用前景应用前景(4 4)农情预测)农情预测(2 2)国土资源环境调查国土资源环境调查(1 1)气象监测与预报气象监测与预报对温度,湿度,气压,风速,风向和电场等气象参数进行测量。美国,澳大利亚,法国,中国等相继研制了Perseus,Theseus,Aerosonde,Fox,Chacal等气象遥感系统。1(4 4)农情预测)农情预测(3 3)城市管理)城市管理(5 5)海事信息化建设与动态管理)海事信息化建设与动态管理(6 6)灾害预报监测与评估)灾害预报监测与评估(7 7)国家海洋权益保障)国家
12、海洋权益保障APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING 2.22.2应用前景应用前景环境监测;违章用地监测;城市交通管理,道路拥堵监测;解译出违法乱建废弃物乱堆乱放;规划执行现状;追踪调查高危湖泊,河道,海岸和涉污工厂集中区等1土地及资源调查与分类;区域土地利用类型遥感图;资源分布等的抽样调查;资源分类与资源总量估算;1农情无人机遥感监测是以遥感技术为主对农业生产过程进行动态监测的过程,内容是对大宗农作物种植面积、长势、墒情与产量的发生与发展过程进行系
13、统监测。结合农作物地面测量数据,能迅速而准确地完成该区域农情监测任务,并为更大范围农情采样估计提供便利。2迅速抵达灾区进行航拍,通过对大量现势遥感影像的快速处理与对比分析,短时间内获得了灾区灾情的初步评价结果,为减灾救灾科学决策与指挥提供了更加客观,及时,全面,的灾情信息。提高了减灾效果,提升了灾害现场勘查能力。如城市火灾,地震等海事海-空监测系统,形成全方位,全天候的海-空-天立体监测,实现了海事监管水域的多维可视化,为近海常规巡航与目标搜索,应急现场监控与信息传递,船舶事故探查与污染监视等提供新技术解决手段。1许多重点海域,如钓鱼岛,南海,黄海等和海上油田等项目需进行多频次,高精度的监视监
14、测,国家海洋局实施了“国家海域动态监视监测管理系统”的研究与建设,以UAVRSS动态监测为主要内容.1第 章无人机遥感系统与农情监测03APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING 3.13.1农作物分类农作物分类应用现状应用原理表表3-13-1:无人机遥感系统农作物分类应用原理:无人机遥感系统农作物分类应用原理传感器:针对不同需要,有多种供选择类型,如ADC Air 冠层测量相机,理光 GXR A12 数码相机等。数据预处理:需要借助多种图像处理软件,
15、如PixelWrench2,ENVI等。分类原理与算法:分析不同农作物波普曲线,借助NDVI 等软件可以消除大部分与仪器定标、太阳角、地形、云阴影和大气条件有关辐照度的变化,增强了对植被的响应能力。分类结果分析:根据合适的算法分析,编程实现自动分类。普适性验证与评价:农作物分类结果混淆矩阵进行验证和精度评价。数据与方法1数据获取与预处理传感器无人机平台试验设计数据预处理2分析农作物影像特征3分类原理与算法结果分析1分类结果分析2普适性验证与评价APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING APPLICATION IN THE FIELD OF U
16、AV REMOTE SENSING 3.13.1农作物分类农作物分类应用成果:河北省廊坊市的中国农业科学院国际农业高新技术产业园项目应用成果:河北省廊坊市的中国农业科学院国际农业高新技术产业园项目 以位于河北省廊坊市的中国农业科学院国际农业高新技术产业园(万庄)为依托,对面积评价区域种植的春玉米、夏玉米、苜蓿和裸土 4 种地物类型进行分类,对无人机影像在农情监测方面的应用进行了初步研究,开展了无开展了无人机影像获取、地面数据的采集和正射影像图、人机影像获取、地面数据的采集和正射影像图、农田区划图等的制作,利用野外检查点对这些农田区划图等的制作,利用野外检查点对这些成果的几何精度进行评价,成果的
17、几何精度进行评价,表明人机影像校正处理结果在几何精度上是满足农业应用需求的;依据校正后的影像,分别采用传统的监督分类依据校正后的影像,分别采用传统的监督分类方式进行了农作物分布的分类提取,与地面实方式进行了农作物分布的分类提取,与地面实测数据进行比较,测数据进行比较,表明无人机影像在农作物遥感监测方面的应用是切实可行且能达到较高的精度。1APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING APPLICATION IN THE FIELD OF UAV REMOTE SENSING 3.13.1农作物分类农作物分类应用成果:河北省廊坊市的中国农业科学院国
18、际农业高新技术产业园项目应用成果:河北省廊坊市的中国农业科学院国际农业高新技术产业园项目 研究采用 Free Bird 小型电动无人机,起飞质量 2.5 kg,巡航速度 54 km/h,飞行高度 502 500 m。系统操控简单,轻便灵活,易于推广。无人机上搭载了理光 GXR A12 数码相机。为了进一步定量考察分类结果的精度,利用 GPS 地面测量结果对其进行验证,将测量结果地面真值,计算二者之间的混淆矩阵,如表 4 中给出了不同作物类型的总体精度。从表中可见,4 种类型的地物分类精度均在 85%以上,尤其是苜蓿,精度达 93%,由此可见,无人由此可见,无人机遥感系统在农业领域对检测地区的农
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