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专利号: 2019103946107
申请人: 华南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种耕地质量低空遥感和地面传感的监测数据采集方法,其特征在于,所述方法包括:基于被监测耕地的监测需求选择监测传感器,并将监测传感器按监测需求部署在所述被监测耕地指定位置内形成无线传感器网络地面节点,形成无线传感器网络地面节点集群;

基于所述无线传感器网络地面节点集群位置对搭载有汇聚无线网络节点的无人机进行飞行路径规划,获得飞行路径;

所述搭载有汇聚无线网络节点的无人机基于所述飞行路径进行双重采样任务飞行;

所述搭载有汇聚无线网络节点的无人机进入无线传感器网络地面节点集群有效通信范围后,向所述无线传感器网络地面节点集群发送飞行路径;以及所述无线传感器网络地面节点集群中每个地面网络节点根据无人机的飞行路径和自身的坐标点,计算无人机与自身通信的路径长度;

所述无线传感器网络地面节点集群基于飞行路径和路径长度计算确定集群的头节点并进行组网,在完成组网之后,所述头节点将组网内的成员节点的数据发送至无人机的汇聚无线网络节点;

所述搭载有汇聚无线网络节点的无人机在完成飞行后,将采集的数据上传至数据中心,所述数据中心对上传的数据依次进行拼接和空间位置校正,获取低空遥感数据。

2.根据权利要求1所述的监测数据采集方法,其特征在于,所述将监测传感器按监测需求部署在所述被监测耕地指定位置内形成无线传感器网络地面节点,还包括:对每个无线传感器网络地面节点根据所述监测传感器按监测需求设定采集周期定时采集地面数据,并将采集到的地面数据存储在所述无线传感器网络地面节点的存储模块中;

所述监测需求部署要求为利用高精度GPS或实时传输协议记录每个无线传感器网络地面节点的太阳能板中心点的经纬度坐标。

3.根据权利要求1所述的监测数据采集方法,其特征在于,所述基于所述无线传感器网络地面节点集群位置对搭载有汇聚无线网络节点的无人机进行飞行路径规划,获得飞行路径,包括:获取搭载有汇聚无线网络节点的无人机的采集图像的空间分辨率、旁向重叠率和航线重叠率,以及监测所需的低空遥感数据的精度;

将低空遥感的空间分辨率、旁向重叠率、航线重叠率以及低空遥感数据的精度输入无人机的地面站软件系统中进行飞行路径规划,获得飞行路径;

其中,所述飞行路径包括路径起始点以及各个路径转向点的经纬度及高度。

4.根据权利要求1所述的监测数据采集方法,其特征在于,所述搭载有汇聚无线网络节点的无人机基于所述飞行路径进行双重采样任务飞行,包括:所述搭载有汇聚无线网络节点的无人机按照所述飞行路径进行飞行的同时,无人机上的汇聚无线网络节点不断广播通信指令,确认是否进入无线传感器网络地面节点集群有效通信范围;以及基于飞行路径的重叠率在无人机每飞行预设距离,机载的相机或光谱成像仪即采集一张航拍数据。

5.根据权利要求1所述的监测数据采集方法,其特征在于,所述无线传感器网络地面节点集群基于飞行路径和路径长度计算确定集群的头节点并进行组网,包括:所述无线传感器网络地面节点集群距离所述无人机最近的无线传感器网络地面节点接收发送来的飞行路径;

距离所述无人机最近的无线传感器网络地面节点基于定向扩散协议将所述飞行路径发送至所述无线传感器网络地面节点集群中每一个无线传感器网络地面节点;

所述无线传感器网络地面节点集群基于飞行路径和路径长度的LEACH算法确定头节点;

所述头节点向所述无线传感器网络地面节点集群内的所有无线传感器网络地面节点发送组网广播指令;

所述无线传感器网络地面节点集群内的所有无线传感器网络地面节点接收到组网广播指令之后,向头节点反馈自身的节点编号;

所述头节点根据反馈的节点编号进行组网操作,完成组网。

6.根据权利要求5所述的监测数据采集方法,其特征在于,所述无线传感器网络地面节点集群基于飞行路径和路径长度的LEACH算法确定头节点,包括:在无线传感器网络地面节点集群每个无线传感器网络地面节点随机生成一个(0,1)之间的随机数,若该随机数小于预设阈值T(n),则确定该随机数对应的无线传感器网络地面节点为头节点;

其中,T(n)的公式如下:

其中,pn的表达式如下:

其中,p表示无线传感器网络地面节点集群中所需要的头节点数目与总的节点数目的比值;r表示当前选举的轮数;G表示在剩余的1/p轮中非头节点的节点集;ln表示无人机飞过无线传感器网络地面节点n的有效通信范围的路径长度;d表示汇聚无线网络节点的最大直线通信距离;h表示无人机飞行的高度;n为正整数,表示第几个无线传感器网络地面节点。

7.根据权利要求5所述的监测数据采集方法,其特征在于,所述头节点向所述无线传感器网络地面节点集群内的所有无线传感器网络地面节点发送组网广播指令,包括:确定所述无线传感器网络地面节点集群内的头节点为一个或者多个;

若确定头节点为一个时,则所述头节点基于定向扩散协议向所述无线传感器网络地面节点集群发送组网广播指令;

若确定头节点为多个时,每个头节点均基于定向扩散协议向所述无线传感器网络地面节点集群发送组网广播指令;

所述无线传感器网络地面节点集群内的所有无线传感器网络地面节点接收到组网广播指令之后,向头节点反馈自身的节点编号,包括:若所述无线传感器网络地面节点集群只有一个头节点时,则所述无线传感器网络地面节点集群内的所有无线传感器网络地面节点接收到组网广播指令之后,向头节点反馈自身的节点编号;

若所述无线传感器网络地面节点集群存在多个头节点时,则所述无线传感器网络地面节点集群内的所有无线传感器网络地面节点接收到组网广播指令之后,向最邻近的头节点反馈自身的节点编号;

其中,所述组网广播指令包括头节点的当选信息和坐标信息。

8.根据权利要求1所述的监测数据采集方法,其特征在于,所述头节点将组网内的成员节点的数据发送至无人机的汇聚无线网络节点,包括:所述头节点根据每个成员节点反馈的自身的节点编号,为组网内的成员节点分配相应的时隙表;

成员节点根据时隙表向所述头节点发送数据,所述头节点在接受完成员节点发送的数据后,向无人机的汇聚无线网络节点发送接收到的成员节点数据。

9.根据权利要求1所述的监测数据采集方法,其特征在于,所述数据中心对上传的数据依次进行拼接和空间位置校正,包括:所述数据中心对上传的数据输入图像拼接处理平台进行拼接和计算;获取拼接后的鸟瞰图和DSM低空遥感数据;

基于区域内无线传感器网络地面节点的太阳能板中心点的经纬度坐标作为地面控制点对所述拼接后的鸟瞰图和DSM低空遥感数据进行空间位置校正。

10.一种耕地质量低空遥感和地面传感的监测数据采集系统,其特征在于,所述系统包括:地面节点部署模块:用于基于被监测耕地的监测需求选择监测传感器,并将监测传感器按监测需求部署在所述被监测耕地指定位置内形成无线传感器网络地面节点,形成无线传感器网络地面节点集群;

飞行路径规划模块:用于基于所述无线传感器网络地面节点集群位置对搭载有汇聚无线网络节点的无人机进行飞行路径规划,获得飞行路径;

采样飞行模块:用于所述搭载有汇聚无线网络节点的无人机基于所述飞行路径进行双重采样任务飞行;

飞行路径发送模块:用于所述搭载有汇聚无线网络节点的无人机进入无线传感器网络地面节点集群有效通信范围后,向所述无线传感器网络地面节点集群发送飞行路径;以及所述无线传感器网络地面节点集群中每个地面网络节点根据无人机的飞行路径和自身的坐标点,计算无人机与自身通信的路径长度;

数据发送模块:用于所述无线传感器网络地面节点集群基于飞行路径和路径长度计算确定集群的头节点并进行组网,在完成组网之后,所述头节点将组网内的成员节点的数据发送至无人机的汇聚无线网络节点;

低空遥感数据生成模块:用于所述搭载有汇聚无线网络节点的无人机在完成飞行后,将采集的数据上传至数据中心,所述数据中心对上传的数据依次进行拼接和空间位置校正,获取低空遥感数据。