專利名稱：一種大熊貓棲息地飛播造林系統及方法
技術領域：
本發明涉及飛播技術，尤其涉及在大熊貓棲息地進行飛播造林的系統和方法。
背景技術：
云杉和冷杉是構成大熊貓棲息地的主要建群物種，由于砍伐等干擾，云杉林和冷杉林遭到大量破壞，由于缺乏母樹，種源匱乏成為采伐跡地無法恢復的主要因子。這些地區多處于高山峽谷，人力往往難以企及，而且這些地區天氣復雜多變，即使人力能夠達到也非常危險，因此需要一種自動播種造林的方法，促進受到破壞的云杉林和冷杉林的恢復
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種飛播造林系統和方法，以能夠在地形復雜、人員不易到達的區域開展云杉和冷杉播種，從而增加云杉和冷杉母樹，進而避免大熊貓因棲息地云杉和冷杉母樹不足導致生存環境受到威脅。為了實現上述目的，本發明提供了一種包括飛行裝置和地面控制裝置的飛播造林系統，其中，所述飛行裝置包括動力模塊，其包括水平方向上的四個電機、電子調速器和螺旋槳，用以使所述飛行裝置飛行；全球定位系統模塊，其用以在所述飛行裝置飛行時導引所述飛行裝置到達需要進行飛播的地區；遙感模塊，其用以在所述飛行裝置飛行時對需要進行飛播的地區進行掃描并確認目標播種區域；種子攜帶和釋放模塊，其在所述飛行裝置到達所述目標播種區域上空并處于指定高度時，開啟種子釋放裝置以播撒云杉和冷杉種子；以及控制模塊，其接收來自所述地面控制裝置的起飛指令和需要進行飛播的地區，并基于所接收到的數據對所述動力模塊、所述全球定位系統模塊、所述遙感模塊以及所述種子攜帶和釋放模塊進行控制。對于上述飛播造林系統，優選地，所述控制模塊包括三軸陀螺儀，其用以采集所述飛行裝置的飛行姿態；三軸加速度計，其用以采集所述飛行裝置的飛行速度；超聲波測距儀，其用以在所述飛行裝置與地面相距不大于2米時測量所述飛行裝置與地面之間的距離；氣壓計，其用以在所述飛行裝置與地面相距大于2米時測量所述飛行裝置與地面之間的距離；以及中央控制器，其接收來自所述地面控制裝置的數據、來自所述三軸陀螺儀和所述三軸加速度計的采集數據以及來自所述超聲波測距儀或所述氣壓計的測量數據，并對所接收到的各種數據進行處理以基于處理結果來控制所述電子調速器，從而能夠通過所述電子調速器實時調整各所述電機的轉速。對于上述飛播造林系統，優選地，所述遙感模塊包括攝像模塊，其用以在所述飛行裝置飛行時拍攝需要進行飛播的地區的植被狀況；以及判斷模塊，其用以基于所述攝像模塊的拍攝結果判斷當前所述飛行裝置正對著的林窗是否為目標播種區域，即判斷所述林窗的大小是否在10平方米至20平方米之間以及所述林窗內無喬木并且草木和/或灌木的覆蓋度在30% 50%之間。
此外，本發明還提供了一種上述飛播造林系統進行飛播造林的方法，包括所述地面控制裝置向所述飛行裝置中的所述控制模塊發出起飛指令；所述飛行裝置中的所述動力模塊的電機帶動螺旋槳轉動，以完成起飛；所述地面控制裝置向所述飛行裝置中的所述控制模塊輸出需要進行飛播的地區；所述飛行裝置在所述全球定位系統模塊的導引下進行飛行，并經由所述遙感模塊確定目標播種區域；在所述飛行裝置到達目標播種區域上空并停留在指定高度時，所述種子攜帶和釋放模塊開啟種子釋放裝置以播撒云杉和冷杉種子；以及所述飛行裝置的所述控制模塊在播種結束后啟動返航程序。由于經由飛行裝置來進行云杉和冷杉種子播撒，本發明不僅節省人力，還能夠適用于地形復雜、人力難以到達的區域。而且，本發明采用的飛行裝置是垂直升降式的，能夠定高懸停，從而能夠在期望的高度撒播云杉和冷杉種子。根據下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本發明的其它特征及方面將變得清楚。
包含在說明書中并且構成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發明的示例性實施例、特征和方面，并且用于解釋本發明的原理。圖I是示出根據本發明的飛播造林系統的實施例的框圖；圖2是示出根據本發明的飛播造林系統的優選實施例的框圖；以及圖3是示出根據本發明的飛播造林方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式以下將參考附圖詳細說明本發明的各種示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優于或好于其它實施例。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。如圖I所示，本發明主要包括飛行裝置200和地面控制裝置100。飛行裝置200主要包括動力模塊220、控制模塊210、遙感模塊230、全球定位系統(GPS)模塊240、種子攜帶和釋放模塊250。此外，雖然此處為了描述簡便而未提及電源，但本領域技術人員應能理解，飛行裝置200中顯然還應當包括電源以給上述各模塊提供工作電力。飛行裝置200的飛行高度可以達到1000m、飛行半徑達2KM、對起飛和降落的場地要求低。此外，飛行裝置200中的種子攜帶和釋放模塊一次能夠攜帶2KG的云杉和冷杉種子進行飛播、面積可達I公頃。當飛行裝置200在空中飛行時，可通過遙感模塊230對需要進行飛播的地區進行掃描以確認目標播種區域。在確認后飛行裝置200位于目標播種區域上方后，經由控制模塊210控制動力模塊220以使得飛行裝置200懸停在指定高度。然后，經由控制模塊210使種子攜帶和釋放模塊250開啟釋放裝置，以均勻地釋放云杉和冷杉種子。在播種結束后，飛行裝置200返回起飛點。如圖2所示，動力模塊220包括水平方向上的四個電機221、電子調速器222和螺旋槳223，控制模塊210包括中央控制器211、三軸陀螺儀212、三軸加速度計213、超聲波測距儀214和氣壓計215。三軸陀螺儀212和三軸加速度計213分別采集飛行裝置200的飛行姿態和速度，并交由中央控制器211來處理，以通過電子調速器222來實時調整各個電機221的轉速，從而可利用轉速差來保持飛行裝置200的平衡。在小于或等于2米的高度范圍內，飛行裝置200和地面距離的測量由超聲波測距儀214來完成，大于2米后由氣壓計215來完成。如圖3所示，利用上述飛播造林系統進行飛播造林的具體操作主要包括地面控制裝置100給飛行裝置200的控制模塊210發出起飛指令(步驟S0);此時電機221帶動螺旋槳223轉動后產生的升力使飛行裝置起飛(步驟SI);之后地面控制裝置100給飛行裝置200發出需要進行飛播的地區指令(步驟S2);飛行裝置200按照指令在GPS模塊240的導引下飛向需要進行飛播的地區，并經由遙感模塊230確定需要進行飛播的地區內的目標播種區域(步驟S3);在飛行裝置200到達目標播種區域上空并達到指定高度后，種子攜帶和釋放模塊250開啟釋放裝置，以使得云杉和冷杉種子下落到目標播種區域(步驟S4)。之后，飛行裝置200啟動返航程序(步驟S5)，以返回到起飛點(步驟SE)。整個飛播過程 結束。對于上述飛播造林系統和方法，優選地，遙感模塊230具有自動識別目標播種區域的功能。具體而言，遙感模塊230在飛行裝置200進入需要進行飛播的地區后，自動地將符合如下標準的林窗確定為目標播種區域，即林窗的大小在10-20平方米之間；林窗內無喬木；并且林窗內草木、灌木的覆蓋度(即投影面積比)在30% 50%之間。對于種子攜帶和釋放模塊250，其可以單獨攜帶云杉或冷杉種子，也可以混合云杉和冷杉種子，具體根據播種需要確定。需要聲明的是，上述發明內容及具體實施方式
僅旨在證明本發明所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本發明保護范圍的限定。本領域技術人員在本發明的精神和原理內，當可作各種修改、等同替換或改進。本發明的保護范圍以所附權利要求書為準。
權利要求
1.一種飛播造林系統，包括飛行裝置和地面控制裝置，其特征在于，所述飛行裝置包括 動力模塊，其包括水平方向上的四個電機、電子調速器和螺旋槳，用以使所述飛行裝置飛行； 全球定位系統模塊，其用以在所述飛行裝置飛行時導引所述飛行裝置到達需要進行飛播的地區； 遙感模塊，其用以在所述飛行裝置飛行時對需要進行飛播的地區進行掃描并確認目標播種區域； 種子攜帶和釋放模塊，其在所述飛行裝置到達所述目標播種區域上空并處于指定高度時，開啟種子釋放裝置以播撒云杉和冷杉種子；以及 控制模塊，其接收來自所述地面控制裝置的起飛指令和需要進行飛播的地區，并基于所接收到的數據對所述動力模塊、所述全球定位系統模塊、所述遙感模塊以及所述種子攜帶和釋放模塊進行控制。
2.根據權利要求I所述的飛播造林系統，其特征在于，所述控制模塊包括 三軸陀螺儀，其用以采集所述飛行裝置的飛行姿態； 三軸加速度計，其用以采集所述飛行裝置的飛行速度； 超聲波測距儀，其用以在所述飛行裝置與地面相距不大于2米時測量所述飛行裝置與地面之間的距離； 氣壓計，其用以在所述飛行裝置與地面相距大于2米時測量所述飛行裝置與地面之間的距離；以及 中央控制器，其接收來自所述地面控制裝置的數據、來自所述三軸陀螺儀和所述三軸加速度計的采集數據以及來自所述超聲波測距儀或所述氣壓計的測量數據，并對所接收到的各種數據進行處理以基于處理結果來控制所述電子調速器，從而能夠通過所述電子調速器實時調整各所述電機的轉速。
3.根據權利要求I或2所述的飛播造林系統，其特征在于，所述遙感模塊包括 攝像模塊，其用以在所述飛行裝置飛行時拍攝需要進行飛播的地區的植被狀況；以及 判斷模塊，其用以基于所述攝像模塊的拍攝結果判斷當前所述飛行裝置正對著的林窗是否為目標播種區域，即判斷所述林窗的大小是否在10平方米至20平方米之間以及所述林窗內無喬木并且草木和/或灌木的覆蓋度在30% 50%之間。
4.一種利用權利要求I所述的飛播造林系統進行飛播造林的方法，其特征在于，包括以下步驟 所述地面控制裝置向所述飛行裝置中的所述控制模塊發出起飛指令； 所述飛行裝置中的所述動力模塊的電機帶動螺旋槳轉動，以完成起飛； 所述地面控制裝置向所述飛行裝置中的所述控制模塊輸出需要進行飛播的地區； 所述飛行裝置在所述全球定位系統模塊的導引下進行飛行，并經由所述遙感模塊確定需要進行飛播的地區內的目標播種區域； 在所述飛行裝置到達目標播種區域上空并停留在指定高度時，所述種子攜帶和釋放模塊開啟種子釋放裝置以播撒云杉和冷杉種子；以及 所述飛行裝置的所述控制模塊在播種結束后啟動返航程序。
全文摘要
一種飛播造林系統及方法，其中飛行裝置包括動力模塊，包括水平方向上的四個電機、電子調速器和螺旋槳，用以使飛行裝置飛行；全球定位系統模塊，用以在飛行裝置飛行時導引其到達需要進行飛播的地區；遙感模塊，用以在飛行裝置飛行時對需要進行飛播的地區進行掃描并確認目標播種區域；種子攜帶和釋放模塊，在飛行裝置到達目標播種區域上空并處于指定高度時，開啟種子釋放裝置以播撒云杉和冷杉種子；以及控制模塊，用以接收來自地面控制裝置的起飛指令和需要進行飛播的地區，并基于所接收到的數據對動力模塊、全球定位系統模塊、遙感模塊以及種子攜帶和釋放模塊進行控制。該系統不僅節省人力，還適用于地形復雜、人力難以到達的區域。
文檔編號A01C7/00GK102870530SQ20121008075
公開日2013年1月16日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者張玉波, 郭文霞, 李俊清 申請人:北京林業大學