一种基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法与流程

本发明涉及农业领域，具体为一种基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法。

背景技术：

由于草地贪夜蛾一晚可飞行100公里，母蛾子在产卵前可迁飞500公里，目前人工监测其迁飞、发生发展动态情况非常困难。如果没有准确监测，无法掌握防治最佳期，无法科学防治，无法快速有效防控国际农业和生物科学中心评为世界十大植物害虫之一的草地贪夜蛾。

草地贪夜蛾原生于美洲热带和亚热带地区，2016年以前只在西半球活动。2016年首次在非洲的尼日利亚被发现。因其繁衍能力强、迁飞扩散快，以及喜欢温暖湿润的气候环境，草地贪夜蛾迅速蔓延到整个撒哈拉以南的非洲，此后又扩散到也门、印度、缅甸等地。2019年1月草地贪夜蛾从缅甸迁飞至我国云南，并迅速蔓延到贵州、广西等20来个省份。2019年7月最北已出现在陕西汉中、河南、江苏北部地区。草地贪夜蛾可危害80多种农作物，如玉米、高粱、甘蔗、水稻等，可致玉米苗期受害减产20％至50％，严重的田块甚至绝收。低龄的草地贪夜蛾幼虫一般啃食玉米叶，形成窗户纸一样的薄膜，老熟幼虫则会把玉米叶啃穿，叶面形成大大小小的窟窿，甚至会直接钻到玉米果穗里啃食，白天它们都躲在新叶里面，晚上出来为害。到了傍晚以后，它就爬到叶片上咬食叶片。

草地贪夜蛾是2019年首次入侵我国的迁飞性害虫，仅半年时间，草地贪夜蛾已在19个省份的1000多个县发现，涉及面积约500万亩，主要在南方地区，呈点片状发生，有向北扩展的态势。7月-8月是西南季风最强的季节，也是草地贪夜蛾随季风向北迁徙的关键季节，黄淮海地区玉米将进入生长旺季，防控形势依然严峻。高温少雨导致草地贪夜蛾生长发育加快、历期缩短；草地贪夜蛾繁殖力强，单雌产卵量大，种群数量可在短期内激增；草地贪夜蛾幼虫取食量较大，3龄以后即进入暴食期，为害严重；草地贪夜蛾寄主植物广泛，潜在经济损失巨大。如果不能有效控制其扩散和爆发，对我国玉米等作物的危害影响非常感大。2017年9月，国际农业和生物科学中心报道，仅在已被入侵的非洲12个玉米种植国家中，草地贪夜蛾为害可造成玉米年减产830万到2060万吨，经济损失高达24.8亿到61.9亿美元。

不仅仅是草地贪夜蛾，我国农业还有其他害虫，如飞蝗、粘虫、草地螟、稻纵卷叶螟、褐飞虱等。

所以，本方案所要解决的技术问题是：如何实现对于流动性强的病虫害进行及时控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法，该方法在杀虫策略上综合考虑天气因素、昆虫类型、作物类型、昆虫习性，进行可预警的虫害防治。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法，所述方法涉及大区域病虫害防治系统，所述大区域病虫害防治系统包括服务器、多个固定在田间的杀虫模块；还包括多台具有药物喷洒功能的第一无人机、多台具有图像采集功能的第二无人机、固定有田间地头的固定摄像模块；所述第一无人机、第二无人机、固定摄像模块设置于大区域中的各个小区域中；所述杀虫模块、第一无人机、第二无人机、固定摄像模块分别和服务器通信连接；

所述方法具体为：

步骤1：各个杀虫模块的第二无人机、固定摄像头采集各个小区域的图像并传送至服务器；

步骤2：服务器从第三方天气预报平台获取各小区域的天气情况，所述天气情况包括是否降水、降水量、温度、风速；所述服务器中预先存储有各种不同的昆虫的迁飞习性资料；

步骤3：服务器从固定摄像头所传输的图像中分析各个小区域的昆虫种类；服务器从第二无人机所传输的图像中统计各个小区域的昆虫数量；

步骤4：服务器根据步骤3所分析得到的昆虫种类找到该昆虫种类的迁飞习性，结合天气情况、各小区域的作物种类分析其迁移路径和迁移速度；

步骤5：服务器根据迁移路径和迁移速度发送给该路径上的各个小区域针对性的杀虫预警信息；所述杀虫预警信息包括：针对该昆虫种类所需采用的杀虫剂类型、针对该昆虫数量准备所需杀虫剂数量、针对迁移速度计算得到的昆虫预计到达时间；

步骤6：各个相关小区域在收到杀虫预警信息后在预计到达时间之前准备针对类型和数量的杀虫剂；

步骤7：通过小区域的固定摄像头判断杀虫预警信息所针对的昆虫是否到达，当到达后采用已经准备好的杀虫剂通过杀虫模块、第一无人机进行杀虫。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，所述迁飞习性包括无固定繁育基地的连续迁飞型昆虫的飞行路径、有固定繁育基地的迁飞型昆虫的飞行路径、越冬或越夏迁飞型昆虫的飞行路径；所述迁飞习性预先存储于服务器中；所述迁飞习性经过往年的昆虫迁飞数据统计得到。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，其特征在于，所述迁飞习性结合天气情况、各小区域的作物种类分析其迁移路径和迁移速度的方法为：

步骤41：服务器通过第二无人机、固定摄像头采集各个小区域的图像分析得到各个小区域的作物类型；

步骤42：将飞行路径两侧预设距离内的小区域内的作物类型予以标识；

步骤43：分析是否降水，若降水，则该小区域的昆虫停止迁移；若不降水则进行步骤44；

步骤44：根据昆虫类型确定该昆虫是在白天迁飞还是晚上迁飞；

若该昆虫在白天迁飞，则分析该昆虫白天的可飞行距离并计算野外来临时昆虫预计到达的位置和该位置附近预设距离内的昆虫所适应的作物类型，得到昆虫会在当晚栖息在哪一个或哪几个小区域内；

若该昆虫在晚上迁飞，则分析该昆虫晚上的可飞行距离并计算黎明来临时昆虫预计到达的位置和该位置附近预设距离内的昆虫所适应的作物类型，得到昆虫会在当天白昼栖息在哪一个或哪几个小区域内；

所述可飞行距离的计算方法为：昆虫无风飞行速度与顺着该飞行路径的风速之和。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，所述固定摄像模块包括固定有任意一个小区域中的一根或若干根固定杆，所述固定杆上设有360°云台、连接在云台上的第一摄像机。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，所述第二无人机上搭载有第二摄像机、第一定位模块。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，所述第一无人机上搭载有农药喷洒模块、第二定位模块。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，所述杀虫模块分布在各小区域中，每个小区域分布一个或多个杀虫模块。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，所述杀虫模块包括固定有田间地头的立柱、设置在立柱上的杀虫灯，所述杀虫灯与外设电源或自备电源电连接。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，所述杀虫模块还包括自备电源、控制模块，所述杀虫灯、控制模块分别电连接至自备电源；所述杀虫灯包含多根诱虫灯管、布置于诱虫灯管外围的高压杀虫网，所述诱虫灯管、高压杀虫网与控制模块电连接；所述控制模块用于控制诱虫灯管的开启数量和高压杀虫网的工作启停；所述控制模块和服务器通信连接。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，所述自备电源为太阳能电池板、蓄电池，所述太阳能电池板、蓄电池均电连接至控制模块。

在上述的基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治方法中，还包括车载防控系统，该车载防控系统同样搭载有如上所述的固定摄像模块和杀虫模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在硬件上采用可移动的监控、固定监控组合，通过固定杀虫模块、可移动的杀虫模块组合，基于物联网框架，可实现大区域的病虫害防治，抑制虫害扩大。

本发明在杀虫策略上综合考虑天气因素、昆虫类型、作物类型、昆虫习性，进行可预警的虫害防治。

附图说明

图1为本发明的实施例1的系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例1的系统的杀虫模块的结构示意图；

图3为本发明的实施例1的系统的第一无人机的结构示意图；

图4为本发明的实施例1的系统的第二无人机的结构示意图；

图5为本发明的实施例1的系统的固定摄像模块的结构示意图；

图6为本发明的实施例1的系统的控制框图；

图7为本发明的实施例1的方法的流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

在阐述本发明的方法之前，先对本发明方法所需要的系统进行介绍。

请参阅图1-6，一种基于无人机、固定摄像模块联用的大区域病虫害防治系统，包括服务器1、多个固定在田间的杀虫模块2；还包括多台具有药物喷洒功能的第一无人机3、多台具有图像采集功能的第二无人机4、固定有田间地头的固定摄像模块5；所述第一无人机3、第二无人机4、固定摄像模块5设置于大区域a中的各个小区域b中；所述杀虫模块2、第一无人机3、第二无人机4、固定摄像模块5分别和服务器1通信连接。

在应用过程中，将大区域a分为若干小区域b，一般来说，我们会要求将几十至几百万平方公里的范围作为一个大区域a，小区域一般为大区域的面积的千分之一或万分之一；然后在大区域a中根据农田分布情况划分若干小区域b。每个小区域b中都有独立的杀虫模块2、第一无人机3、第二无人机4、固定摄像模块5。

第二无人机4和固定摄像模块5是相互配合的，固定摄像模块5基于其固定在田间地头的属性，其并不能完全覆盖小区域b，所以其需要和第二无人机4配合，才能检测本小区域b内是否有病虫害，但是固定摄像模块5有其优势在于：距离虫害近、可24小时不间断监控；其监测逻辑为：第二无人机4定期起航拍摄所属区域内的飞行的虫害，采集图像；固定摄像模块5持续检测所属小区域b内的图像。两者将图像按照一定的频率传送给服务器1。

服务器1根据图像会进行相应的分析，分析内容包括：病虫害密度、病虫害种类。病虫害种类一般提取图像中若干虫类个体图像和标准图像比对，得到结果。

根据分析结果，可以得知本区域的病虫害情况，决定第一无人机3和/或杀虫模块2是否工作。

作为逻辑控制的一个重要方面，本服务器1还会集中多个小区域b内的图像信息进行综合分析，同时，额外的，本系统还包括天气因素分析单元，比如风力采集模块，用于采集个小区域b风力。基于多个小区域b的图像和可选的天气因素等，可以分析病虫害的流动方向，为病虫害即将经过的小区域b进行预警，及时启用适当的防虫杀虫手段，如启用对应的第一无人机3、杀虫模块2。

优选地，所述固定摄像模块5包括固定有任意一个小区域b中的一根或若干根固定杆51，所述固定杆51上设有360°云台52、连接在云台52上的第一摄像机53。固定杆51的数量需要根据小区域b的面积来决定，小区域b的面积大，自然固定摄像模块5的数量应当多，后文的杀虫模块2的数量设置也是同样道理。

优选地，所述第二无人机4上搭载有第二摄像机41、第一定位模块42，所述第一无人机3上搭载有农药喷洒模块31、第二定位模块32。第一定位模块42、第二定位模块32都用于无人机定位用，一般为gps模块。

隐含的，市售绝大多数的无人机均搭载通信装置，无人机的图像、农药喷洒模块31的控制指令均有无人机内部搭载的和服务器1通信连接的通信装置进行通信连接。

优选地，所述杀虫模块2分布在各小区域b中，每个小区域b分布一个或多个杀虫模块2。

具体来说，所述杀虫模块2包括固定有田间地头的立柱21、设置在立柱21上的杀虫灯，所述杀虫灯与自备电源25电连接，所述杀虫模块2还包括自备电源25、控制模块22，所述杀虫灯、控制模块22分别电连接至自备电源25；所述杀虫灯包含多根诱虫灯管23、布置于诱虫灯管23外围的高压杀虫网24，所述诱虫灯管23、高压杀虫网24与控制模块22电连接；所述控制模块22用于控制诱虫灯管23的开启数量和高压杀虫网24的工作启停；所述控制模块22和服务器1通信连接；所述自备电源25为太阳能电池板、蓄电池，所述太阳能电池板、蓄电池均电连接至控制模块22。

杀虫模块2的工作原理为：根据服务器1的指令，控制模块22根据指令决定杀虫灯是否启动，以及诱虫灯管23启动的数量，一般来说，诱虫灯管23的数量越多，诱虫效果越好。本杀虫模块2采用太阳能电源进行供电。同理，本实施例的固定摄像模块5也优选采用自备的太阳能电池供电。

请参阅图7，图7示出了本发明的方法步骤流程图，具体来说：

所述方法具体为：

步骤1：各个杀虫模块的第二无人机、固定摄像头采集各个小区域的图像并传送至服务器；服务器中预先存储有各种昆虫的多角度的图片，服务器将固定摄像头采集的图像和图片进行比对，可得到昆虫的种类，很多情况下昆虫种类并不是单一的，因此优选服务器对同一小区域多张图像进行分析，其不仅可以分析得到有多少种昆虫，还可以得到每种昆虫的数量比例，这对于后续的研究和预警分析是有帮助的。

步骤2：服务器从第三方天气预报平台获取各小区域的天气情况，所述天气情况包括是否降水、温度、风速；所述服务器中预先存储有各种不同的昆虫的迁飞习性资料；

温度并不是判断所有昆虫迁移的必要参数，但是其对某些昆虫是有明显影响的，比如bph和稻纵卷叶螟在29-30℃以上时，卵巢明显受到抑制，会对其是否继续迁移造成影响。

一般来说，降水会对昆虫的迁移造成普遍性的影响，出现降水昆虫一般会停止迁移直至放晴。

风速也是影响昆虫迁移的一个主要因素，但是风速一般来说并不以改变昆虫的传统迁移路径，因为风速从统计上来说每年的风向、季风发生时间都是相对固定的，风速会减速或减缓迁移速度。

昆虫的迁飞习性决定迁飞路径，由于本方案无法穷举，列出几个比较典型的例子：无固定繁育基地的连续迁飞型昆虫：粘虫、草地螟、稻纵卷叶螟、褐飞虱；

有固定繁育基地的迁飞型昆虫：飞蝗；

越冬或越夏迁飞型昆虫：七星瓢虫、稻水象、棉蚜、草地贪夜蛾。

每种昆虫的迁飞习性导致每年迁飞时候迁飞会分布在一个若干公里宽的迁飞路径上，比如10km，这只是例子，需要根据往年的数据实测得到。

步骤3：服务器从固定摄像头所传输的图像中分析各个小区域的昆虫种类；服务器从第二无人机所传输的图像中统计各个小区域的昆虫数量；

步骤4：服务器根据步骤3所分析得到的昆虫种类找到该昆虫种类的迁飞习性，结合天气情况、各小区域的作物种类分析其迁移路径和迁移速度；

具体来说：步骤4包括如下子步骤：

步骤41：服务器通过第二无人机、固定摄像头采集各个小区域的图像分析得到各个小区域的作物类型；

作物类型决定了昆虫在停歇时有多大概率会停留在该小区域内，一般来说不同的昆虫危害的作物类型是不同的，草地贪夜蛾的幼虫可大量啃食禾本科如水稻、甘蔗和玉米之类细粒禾榖及菊科、十字花科等多种农作物；粘虫寄主于麦、稻、粟、玉米等禾谷类粮食作物及棉花、豆类、蔬菜等16科104种以上植物；草地螟主要为害甜菜、大豆、向日葵、马铃薯、麻类、蔬菜、药材等多种作物；稻纵卷叶螟除为害水稻外，还可取食大麦、小麦、甘蔗、粟等作物及稗、李氏禾、雀稗、双穗雀稗、马唐、狗尾草、蟋蟀草、茅草、芦苇等杂草；褐飞虱则只能在水稻和普通野生稻上取食和繁殖后代；飞蝗属于杂食性昆虫，其适宜发育温度范围介于25—35℃之间，春旱干热，可促进蝗卵提早孵化或加速幼蝻的生长；秋季高温则可部分发生第三代，加重当年的为害，但未必有利于第二年的发生。春季阴冷，则第一代孵化迟、生长慢，使第二代发生推迟；秋末寒流来临早，秋蝗不能全部羽化或未能充分产卵而死亡。冬季低温，可造成越冬卵死亡。凡冬季平均气温在-10℃以下出现20天或-15℃以下超过5天的地区，就不适于飞蝗的发生。棉蚜寄主植物有石榴、花椒、木槿、鼠李属、棉、瓜类等。

步骤42：将飞行路径两侧预设距离内的小区域内的作物类型予以标识；

一般来说飞行路径左右两侧10公里左右的范围均为昆虫可能停留的区域。当然如果进行往年统计，其预设距离的判断更为精准。

步骤43：分析是否降水，若降水，则该小区域的昆虫停止迁移；若不降水则进行步骤44；

步骤44：根据昆虫类型确定该昆虫是在白天迁飞还是晚上迁飞；

若该昆虫在白天迁飞，则分析该昆虫白天的可飞行距离并计算野外来临时昆虫预计到达的位置和该位置附近预设距离内的昆虫所适应的作物类型，得到昆虫会在当晚栖息在哪一个或哪几个小区域内；

若该昆虫在晚上迁飞，则分析该昆虫晚上的可飞行距离并计算黎明来临时昆虫预计到达的位置和该位置附近预设距离内的昆虫所适应的作物类型，得到昆虫会在当天白昼栖息在哪一个或哪几个小区域内；

也有些昆虫属于白天和夜晚均迁飞的类型。草地贪夜蛾属于夜晚迁飞型昆虫。

所述可飞行距离的计算方法为：昆虫无风飞行速度与顺着该飞行路径的风速之和。

步骤5：服务器根据迁移路径和迁移速度发送给该路径上的各个小区域针对性的杀虫预警信息；所述杀虫预警信息包括：针对该昆虫种类所需采用的杀虫剂类型、针对该昆虫数量准备所需杀虫剂数量、针对迁移速度计算得到的昆虫预计到达时间；

步骤6：各个相关小区域在收到杀虫预警信息后在预计到达时间之前准备针对类型和数量的杀虫剂；

步骤7：通过小区域的固定摄像头判断杀虫预警信息所针对的昆虫是否到达，当到达后采用已经准备好的杀虫剂通过杀虫模块、第一无人机进行杀虫。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。