基于北斗网格位置码的智慧林草管理系统的制作方法

1.本发明涉及一种管理系统，特别是涉及一种基于北斗网格位置码的智慧林草管理系统。


背景技术：

2.传统的经纬度表达法不利于标识块状区域，也无法体现地理高程。北斗网格位置码，是在全球剖分网格基础上发展出的一种多尺度、离散、适用于导航定位服务的全球地理网格编码形式。相较于传统用一对经纬度坐标代表一个点的位置，北斗网格码可以用一个长度不等的数串代表一个精度不等的区域位置。北斗网格码据此可以有效表达地形、高程、深度等全方位的空间数据，在技术上解决了如何标识不规则、非等高区域的难题，填补了经纬度表达的空白。
3.森林草原在遭受病虫害后在生理机制与外部形态上会发生变化，包括叶形变化、冠形变化、叶绿素衰减、反射光谱变化等，目前通过应用遥感监测手段，可以探测到森林草原病虫害危害因子、危害范围和等级等信息。通过遥感影像的分析可以获知森林草原病虫害的严重程度，假如基于北斗网格对森林草原病虫害分布图进行网格划分，就可以快速获取飞行器与病虫害区域的相对位置，解决用经纬度串组成矢量矩阵进行复杂浮点运算的缺陷。通过对飞行器进行航路规划，对病虫害区域进行精准消杀，实现森林草原病虫害的防治。
4.为了避免森林草原病虫害消杀工作中的喷洒区域重叠造成药物浪费，同时避免病虫害消杀工作中喷洒区域之间出现遗漏区域，需要将病虫害需要划分为大小不等的网格，并且喷洒区域覆盖网格中的林草并保证消杀效果。设计一种根据网格位置编码实时调整喷洒方式的森林草原管理系统，对于推进森林草原资源的可持续发展具有重要意义。


技术实现要素：

5.因此，本发明为了实现森林草原管理中病虫害消杀环节中喷洒区域覆盖网格中的林草并保证消杀效果，设计了一种基于北斗网格位置码的智慧林草管理系统。
6.本发明所采用的技术方案是：一种基于北斗网格位置码的智慧林草管理系统，其特征在于：包括无人机、储药罐、承载缸、主泵、导液管、伸缩杆、分泵，所述储药罐固定在无人机底部，所述储液罐内储存有液体消杀药物；所述承载缸为前后窄、左右长的长方体形，位于储药罐的正下方，所述储药罐的顶面靠外端固定设置有竖直的圆柱形的支架，所述支架的顶端固定连接在无人机底面。
7.所述承载缸内开设有前后并列的水平圆柱形的前侧导向腔和后侧导向腔，前侧导向腔的左端与外部连通，后侧导向腔的右端与外部连通；所述前侧导向腔的右端、后侧导向腔的左端的内壁上开设有排药口。
8.所述主泵固定安装在承载缸顶面的左右中间位置，所述主泵有一处入口和两处出
口，所述导液管有三件，第一件导液管连接储液罐底部出口和主泵入口，第二件导液管连接主泵的左侧出口和承载缸内后侧导向腔的左端的排药口，第三件导液管连接主泵的右侧出口和承载缸内前侧导向腔的右端的排药口；所述主泵将储药罐内的消杀药物排到前侧导向腔和后侧导向腔中。
9.所述伸缩杆为水平细圆柱体，有两件，分别装在前侧导向腔和后侧导向腔中，所述伸缩杆的内端固定设置有具有弹性的活塞，所述伸缩杆的外端位于承载缸的外部，所述伸缩杆的外端底部固定设置有分泵，所述伸缩杆内部沿着中心轴线开设有导液孔，所述分泵的底部设有喷药孔，位于前侧导向腔中的伸缩杆外端的分泵将前侧导向腔内的消杀药物排到外部，位于后侧导向腔中的伸缩杆外端的分泵将后侧导向腔内的消杀药物排到外部，喷药孔下方形成对称线竖直向下的90
°
夹角扇面喷雾，扇形面与无人机的前进方向垂直。
10.无人机内置处理器、存储模块、通信模块，通信模块接收地面指令数据并储存在存储模块中，指令数据包括飞行规划路线、网格编码，处理器根据飞行规划路线和网格编码调整无人机飞行高度、无人机飞行速度、主泵和分泵的开闭及输出流量。
11.假设所述主泵的输出流量为q1，所述分泵的输出流量为q2，当主泵和分泵都在额定功率下工作时，所述伸缩杆与承载缸的相对位置保持静止，即此时q1=2q2；每平米喷施消杀药量为p时，可达到病虫害灭杀效果；假设林草高度为h。
12.按照北斗二位网格位置码编码结构，将森林草原病虫害区域划分成网格进行精准消杀，最小单元网格有第六级网格、第七级网格、第八级网格、第九级网格这四种，大小依次是61.84mx61.84m网格、7.73m
×
7.73m网格、0.97m
×
0.97m网格、12.0cm
×
12.0cm网格；步骤1，无人机沿着最小网格单元飞行；步骤2，当下一网格为六级网格时，无人机在网格分界线处先调整主泵至额定功率、暂停两件分泵，调整两件分泵间距到最大后再启动两件分泵至额定功率，调整无人机高度至(30.92 h)m高度后，以速度v=q1/61.84p水平匀速飞过网格；步骤3，当下一网格为七级网格时，无人机在网格分界线处先调整主泵至额定功率、暂停两件分泵，调整两件分泵间距到最大后再启动两件分泵至额定功率，调整无人机高度至(3.865 h)m高度后，以速度v=q1/7.73p水平匀速飞过网格；步骤4，当下一网格为八级网格时，无人机在网格分界线处先暂停主泵，启动两件分泵至额定功率，调整两件分泵间距到最小后再关闭其中一件分泵，启动主泵并调整其输出流量q1=分泵输出流量q2，调整无人机高度至(0.485 h)m高度后，以速度v=q2/0.97p水平匀速飞过网格；步骤5，当下一网格为九级网格时，无人机在网格分界线处先暂停主泵，启动两件分泵至额定功率，调整两件分泵间距到最小后再关闭其中一件分泵，启动主泵并调整其输出流量q1=分泵输出流量q2，调整无人机高度至(0.06 h)m高度后，以速度v=q2/0.12p水平匀速飞过网格。
13.本发明的原理为：北斗二维网格位置码的网格划分方式为：地球表面北斗二维网格的划分原点在赤道面与本初子午面的交点处，地球表面非两极区域（南纬88
°
～北纬88
°
）二维网格划分为十级，方法如下：a) 第一级网格划分：第一级网格根据gb/t13989-2012中的1:100万图幅进行划分，单元大小是6
°×4°
；
b) 第二级网格划分：将第一级6
°×4°
网格，按照经纬度等分，分成12
×
8个第二级网格，对应30
′×
30
′
网格，约等于地球赤道处55.66km
×
55.66km网格；c) 第三级网格划分：将第二级网格，按照经纬度等分，分成2
×
3个第三级网格，对应于1:5万地图图幅15
′×
10
′
网格，约等于地球赤道处27.83km
×
18.55km网格；d) 第四级网格划分：将第三级网格，按照经纬度等分，划分成15
×
10个第四级网格，约等于地球赤道1.85km
×
1.85km网格；e) 第五级网格划分：将第四级网格，按照经纬度等分，划分成15
×
15个第五级网格，约等于地球赤道处123.69m
×
123.69m网格；f) 第六级网格划分：将第五级网格，按照经纬度等分，划分成2
×
2个第六级网格，约等于地球赤道处61.84mx61.84m网格；g) 第七级网格划分：将第六级网格，按照经纬度等分，划分成8
×
8个第七级网格，约等于地球赤道7.73m
×
7.73m网格；h) 第八级网格划分：将第七级别网格，按照经纬度等分，划分成8
×
8个第八级网格，约等于地球赤道处0.97m
×
0.97m网格；i) 第九级网格划分：将第八级网格，按照经纬度等分，划分成8
×
8个第九级网格，约等于赤道处12.0cm
×
12.0cm网格；j) 第十级网格划分：将第九级网格，按照经纬度等分，划分成8
×
8个第十级网格，约等于地球赤道处1.5cm
×
1.5cm网格。
14.当下一网格单元为六级和七级网格时，忽略两件分泵之间的距离，将两件分泵之间的间距调整到最大，以便消杀药物充分覆盖到网格内的林草；当下一网格单元为八级和九级网格时，仅保留一件分泵即可保证消杀药物覆盖到网格内的林草。因为消杀药物以90
°
夹角的扇形喷雾的形状向下喷出，忽略流动风和空气阻力，喷药孔的高度在林草高度基础上增加网格的一半宽度，无人机在网格内的飞行时间t=(网格宽度
×
网格宽度
×
p)
÷
喷药量，无人机在网格内的飞行速度v=网格宽度
÷
飞行时间。
15.本发明一种基于北斗网格位置码的智慧林草管理系统具有如下优点：(1)将无人机的喷药系统设计两级泵搭配伸缩杆结构，实现喷洒宽度的可调，设计新颖；(2)将林草病虫害区域按照北斗二维网格位置码划分成大小不等的网格并编码，实现无人机飞行路线的快速计算；(3)根据飞行路线中下一网格的精度级别，调整无人机的飞行高度、飞行速度、主泵和分泵的开闭及输出流量，思路巧妙。
16.所以，这种基于北斗网格位置码的智慧林草管理系统，实现森林草原管理中病虫害消杀环节中喷洒区域覆盖网格中的林草并保证消杀效果，对于推进森林草原资源的可持续发展具有重要意义。
17.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
18.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图
中，相同的参考符号表示相同的部件。
19.图1是装配体的顶部结构示意图。
20.图2是装配体的底部结构示意图。
21.图3是储药罐、主泵、支架、导液管、承载缸、伸缩杆的装配结构示意图。
22.图4是储药罐、主泵、导液管、承载缸、伸缩杆的装配结构示意图。
23.图5是右侧的伸缩杆与承载缸的装配结构示意图。
24.图6是承载缸右端剖开状态的伸缩杆和后侧导向腔的装配结构示意图。
25.图7是分泵的装配结构示意图。
26.图8是90
°
夹角喷雾区域示意图。
27.图9是北斗二维网格位置码编码结构图。
28.图10是基于北斗网格位置码的林草管理方法原理图。
29.图中标号：1-无人机、2-储药罐、3-承载缸、301-支架、302-前侧导向腔、303-后侧导向腔、304-排药口、4-主泵、5-导液管、6-伸缩杆、601-活塞、602-导液孔、7-分泵、701-喷药孔、a-90
°
夹角喷雾区域。
具体实施方式
30.以下将结合附图和实施例对本发明一种基于北斗网格位置码的智慧林草管理系统作进一步的详细描述，在方向描述上以无人机前进方向为前方，以伸缩杆移动方向为左右方向。
31.本发明所采用的技术方案，一种基于北斗网格位置码的智慧林草管理系统，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，其特征在于：包括无人机1、储药罐2、承载缸3、主泵4、导液管5、伸缩杆6、分泵7，所述储药罐2固定在无人机1底部，所述储液罐2内储存有液体消杀药物；所述承载缸3为前后窄、左右长的长方体形，位于储药罐2的正下方，所述储药罐2的顶面靠外端固定设置有竖直的圆柱形的支架301，所述支架301的顶端固定连接在无人机1底面。
32.所述承载缸3内开设有前后并列的水平圆柱形的前侧导向腔302和后侧导向腔303，前侧导向腔302的开口在左端，后侧导向腔303的开口在右端；所述前侧导向腔302的右端、后侧导向腔303的左端的内壁上开设有排药口304。
33.所述主泵4固定安装在承载缸3顶面的左右中间位置，所述主泵4有一处入口和两处出口，所述导液管5有三件，第一件导液管5连接储液罐2底部出口和主泵4入口，第二件导液管5连接主泵4的左侧出口和承载缸3内后侧导向腔303的左端的排药口304，第三件导液管5连接主泵4的右侧出口和承载缸3内前侧导向腔302的右端的排药口304；所述主泵4将储药罐2内的消杀药物排到前侧导向腔302和后侧导向腔303中。
34.所述伸缩杆6为水平细圆柱体，有两件，分别装在前侧导向腔302和后侧导向腔303中，所述伸缩杆6的内端固定设置有具有弹性的活塞601，所述伸缩杆6的外端位于承载缸3的外部，所述伸缩杆6的外端底部固定设置有分泵7，所述伸缩杆6内部沿着中心轴线开设有导液孔602，所述分泵7的底部设有喷药孔701，位于前侧导向腔302中的伸缩杆6外端的分泵7将前侧导向腔302内的消杀药物排到外部，位于后侧导向腔303中的伸缩杆6外端的分泵7将后侧导向腔303内的消杀药物排到外部，喷药孔701下方形成对称线竖直向下的90
°
夹角
扇面喷雾，扇形面与无人机的前进方向垂直。
35.无人机1内置处理器、存储模块、通信模块，通信模块接收地面指令数据并储存在存储模块中，指令数据包括飞行规划路线、网格编码，处理器根据飞行规划路线和网格编码调整无人机1飞行高度、无人机1飞行速度、主泵4和分泵7的开闭及输出流量。
36.假设所述主泵4的输出流量为q1，所述分泵7的输出流量为q2，当主泵4和分泵7都在额定功率下工作时，所述伸缩杆6与承载缸3的相对位置保持静止，即此时q1=2q2；每平米喷施消杀药量为p时，可达到病虫害灭杀效果；假设林草高度为h。
37.按照北斗二位网格位置码编码结构，将森林草原病虫害区域划分成网格进行精准消杀，最小单元网格有第六级网格、第七级网格、第八级网格、第九级网格这四种，大小依次是61.84mx61.84m网格、7.73m
×
7.73m网格、0.97m
×
0.97m网格、12.0cm
×
12.0cm网格；步骤1，无人机1沿着最小网格单元飞行；步骤2，当下一网格为六级网格时，无人机1在网格分界线处先调整主泵4至额定功率、暂停两件分泵7，调整两件分泵7间距到最大后再启动两件分泵7至额定功率，调整无人机1高度至(30.92 h)m高度后，以速度v=q1/61.84p水平匀速飞过网格；步骤3，当下一网格为七级网格时，无人机1在网格分界线处先调整主泵4至额定功率、暂停两件分泵7，调整两件分泵7间距到最大后再启动两件分泵7至额定功率，调整无人机1高度至(3.865 h)m高度后，以速度v=q1/7.73p水平匀速飞过网格；步骤4，当下一网格为八级网格时，无人机1在网格分界线处先暂停主泵4，启动两件分泵7至额定功率，调整两件分泵7间距到最小后再关闭其中一件分泵7，启动主泵4并调整其输出流量q1=分泵输出流量q2，调整无人机1高度至(0.485 h)m高度后，以速度v=q2/0.97p水平匀速飞过网格；步骤5，当下一网格为九级网格时，无人机1在网格分界线处先暂停主泵4，启动两件分泵7至额定功率，调整两件分泵7间距到最小后再关闭其中一件分泵7，启动主泵4并调整其输出流量q1=分泵输出流量q2，调整无人机1高度至(0.06 h)m高度后，以速度v=q2/0.12p水平匀速飞过网格。
38.北斗二维网格位置码的网格划分方式为：地球表面北斗二维网格的划分原点在赤道面与本初子午面的交点处，地球表面非两极区域（南纬88
°
～北纬88
°
）二维网格划分为十级，方法如下：a) 第一级网格划分：第一级网格根据gb/t13989-2012中的1:100万图幅进行划分，单元大小是6
°×4°
；b) 第二级网格划分：将第一级6
°×4°
网格，按照经纬度等分，分成12
×
8个第二级网格，对应30
′×
30
′
网格，约等于地球赤道处55.66km
×
55.66km网格；c) 第三级网格划分：将第二级网格，按照经纬度等分，分成2
×
3个第三级网格，对应于1:5万地图图幅15
′×
10
′
网格，约等于地球赤道处27.83km
×
18.55km网格；d) 第四级网格划分：将第三级网格，按照经纬度等分，划分成15
×
10个第四级网格，约等于地球赤道1.85km
×
1.85km网格；e) 第五级网格划分：将第四级网格，按照经纬度等分，划分成15
×
15个第五级网格，约等于地球赤道处123.69m
×
123.69m网格；f) 第六级网格划分：将第五级网格，按照经纬度等分，划分成2
×
2个第六级网格，
约等于地球赤道处61.84mx61.84m网格；g) 第七级网格划分：将第六级网格，按照经纬度等分，划分成8
×
8个第七级网格，约等于地球赤道7.73m
×
7.73m网格；h) 第八级网格划分：将第七级别网格，按照经纬度等分，划分成8
×
8个第八级网格，约等于地球赤道处0.97m
×
0.97m网格；i) 第九级网格划分：将第八级网格，按照经纬度等分，划分成8
×
8个第九级网格，约等于赤道处12.0cm
×
12.0cm网格；j) 第十级网格划分：将第九级网格，按照经纬度等分，划分成8
×
8个第十级网格，约等于地球赤道处1.5cm
×
1.5cm网格。
39.当下一网格单元为六级和七级网格时，忽略两件分泵7之间的距离，将两件分泵7之间的间距调整到最大，以便消杀药物充分覆盖到网格内的林草；当下一网格单元为八级和九级网格时，仅保留一件分泵7即可保证消杀药物覆盖到网格内的林草。因为消杀药物以90
°
夹角的扇形喷雾的形状向下喷出，忽略流动风和空气阻力，喷药孔的高度在林草高度基础上增加网格的一半宽度，无人机1在网格内的飞行时间t=(网格宽度
×
网格宽度
×
p)
÷
喷药量，无人机1在网格内的飞行速度v=网格宽度
÷
飞行时间。
40.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。