一种基于无人机拍摄用的高原生态环境监测设备

一种基于无人机拍摄用的高原生态环境监测设备

随着无人机技术的快速发展，无人机在环境监测领域的应用日益广泛，特别是在生态环境监测中，无人机能够通过搭载相机等传感器，对环境进行实时监测和数据采集。对于高原环境这种特殊地理区域，由于其海拔高、气候复杂、气流不稳，常规的地面监测设备难以达到精确的监测效果，因此无人机作为空中监测平台，逐渐成为高原生态环境监测的重要工具。

背景技术

1. 随着无人机技术的快速发展，无人机在环境监测领域的应用日益广泛，特别是在生态环境监测中，无人机能够通过搭载相机等传感器，对环境进行实时监测和数据采集。对于高原环境这种特殊地理区域，由于其海拔高、气候复杂、气流不稳，常规的地面监测设备难以达到精确的监测效果，因此无人机作为空中监测平台，逐渐成为高原生态环境监测的重要工具。通过搭载各种传感器，无人机可以对高原环境中的大气、土壤、植被等进行全面的监控和分析，提供关键的生态数据支持。
2. 现有无人机监测设备的局限在于，其机械稳定性和相机抗震性能不足，无法在复杂气流条件下保持稳定，导致拍摄的图像不清晰，检测精度降低。此外，现有设备通常使用的材料无法适应高原环境中的高寒和腐蚀性气候，导致设备损坏频繁，无法长时间使用。
3. 现有的无人机生态监测设备中，化学和生物成分的检测通常较为简单，难以在复杂的环境下进行精准分析，缺乏对环境中的特定成分(如空气污染物、气体成分等)进行详细光谱分析的能力。

技术实现思路

1. 针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于无人机拍摄用的高原生态环境监测设备，解决了无人机监测设备的局限在于，其机械稳定性和相机抗震性能不足，无法在复杂气流条件下保持稳定，导致拍摄的图像不清晰，检测精度降低的问题。
2. 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于无人机拍摄用的高原生态环境监测设备，通过搭载于无人机的多光谱相机获取目标植物的光谱反射信息，所述多光谱相机能够捕获植物在多个电磁波段上的光谱特征，从而实现对植物生理状态、健康状况及种群分布的高精度识别；
3. 基于所采集的多光谱数据，利用先进的光谱分析算法对植物叶绿素含量、光合作用效率及植被覆盖度进行精确计算，以实现对高原生态系统中植物种群的动态变化监测与特征评估；
4. 针对高原地区地形起伏复杂的特性，通过无人机集成的仿地飞行模块，使无人机自主感知地形并实时调整飞行高度，从而确保多光谱相机与植物目标保持最佳观测距离，以获得高分辨率和高质量的光谱数据；
5. 结合无人机自主导航与路径规划系统，使其能够在复杂地形中自主规划最优飞行路径，精准覆盖目标生态区域，确保生态环境数据的全面性和连续性；
6. 通过内置的数据处理模块对实时采集的多光谱影像进行处理和分析，将植物物种识别结果及生态环境动态变化情况传输至地面控制中心，从而为高原生态保护、科学研究及环境管理提供精准的数据支持与决策依据。
7. 优选的，所述无人机下方设置有支架，无人机下方设有第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆的一端连接第一支撑板，第二连接杆的一端连接安装块；所述第一支撑板和第二支撑板通过横板连接，所述横板的内部滑动连接有第一插杆，横板可沿第一支撑板的垂直方向滑动，以调节相机的安装高度，适应高原不同地形的拍摄和检测需求；
8. 所述相机通过安装板固定在复合运动机构上，复合运动机构包括滑杆、转动板和拉簧；滑杆通过滑动连接件设置在限位板上的限位槽内，实现纵向运动，限位板转动在第二支撑板上；转动板设于滑杆上，可围绕滑杆转动；拉簧一端连接转动板，通过拉簧的弹力，实现相机的动态减震与稳定；
9. 所述相机集成了用于高原生态环境监测的功能模块，利用相机的光学系统，对空气中的特定物质进行光谱分析，检测环境中的化学或生物成分，提供生态环境监测数据；
10. 所述安装板通过固定板与相机固定连接，所述固定板上设有滑轨和滑块，滑块可沿滑轨滑动，实现相机的角度调整；通过调整相机的高度和角度，使其功能模块能够针对不同高度和方向的空气区域进行检测，获取不同区域的环境参数。
11. 优选的，所述限位板上设有多个凹槽，滑杆能够沿凹槽滑动，凹槽用于限定滑杆的滑动范围，确保相机在飞行过程中保持稳定；通过滑杆和凹槽的配合，保证相机的光谱分析过程的稳定。
12. 优选的，所述转动板通过滑杆可以在限位板的内部进行滑动，所述限位板的内部可拆卸连接有的第二插杆，所述第二插杆的外壁设置有限位块，所述第二插杆外壁设有第三支撑板，第三支撑板和第二插杆用于实现转动板的旋转定位，防止滑杆因高原气流变化而意外移动，确保相机的拍摄和检测过程不受干扰。
13. 优选的，所述拉簧与第二连接杆之间设有限位横板，用于限制拉簧的最大压缩量，防止过度振动影响相机的稳定。
14. 优选的，所述无人机下方设置支撑机构，所述支撑机构包括第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板之间通过第一连接杆和限位板连接，形成三角形支撑结构，增强设备的整体稳定。
15. 优选的，所述滑杆、限位板、转动板、拉簧、第一连接杆和第二连接杆均采用耐低温、耐腐蚀的材料制成，以确保设备在高寒、高湿的高原环境中长期稳定运行；相机及其功能模块也采用耐低温、抗干扰的设计，保证其在恶劣环境下的可靠性。
16. 优选的，所述相机与安装板之间设有减震垫，用于减少无人机在飞行过程中产生的振动对相机的影响。
17. 优选的，所述无人机下设有安装块，安装块用于固定第一连接杆和第二连接杆，通过调整安装块的安装位置，可改变支架的支撑角度，适应不同飞行姿态下的监测需求。
18. 优选的，所述相机、安装板、安装块和支架均采用模块化设计，能够根据不同监测需求快速更换相机或调整设备配置，以适应高原生态环境下多样化的监测任务；相机的功能模块支持更换不同类型的光学元件或软件算法，实现对特定化学或生物成分的检测。
19. 工作原理：无人机通过其下方的支架和连接杆、将整个监测设备稳固安装在其下方，并通过支撑结构确保设备的稳定性。在无人机飞行时，支架和连接杆的组合结构，如第一支撑板、第二支撑板及横板，通过滑动调节功能来调节相机的高度，以适应不同地形的需求，确保相机能够灵活地在复杂的高原地形环境中进行拍摄和监测；相机通过安装板与复合运动机构相连接，复合运动机构包括滑杆、转动板和拉簧；滑杆能够沿着限位板的凹槽滑动，使相机在无人机飞行过程中进行纵向运动，转动板围绕滑杆转动，从而实现相机的角度调节，拉簧作为减震装置，通过与转动板的连接，能够吸收相机在飞行中的振动，提供动态减震效果，确保相机在高海拔、气流复杂的环境中保持稳定，减少抖动对拍摄和检测精度的影响；在高空飞行过程中，限位板通过凹槽和滑杆配合工作，限制滑杆的运动范围，确保相机的稳定性。滑杆与转动板配合，依靠拉簧的弹力控制，防止外界风力和振动影响相机的姿态。与此同时，限位块和第三支撑板进一步加强了设备的结构稳定性，防止因气流变化导致相机姿态意外改变；相机集成了光学功能模块，用于对空气中的特定物质进行光谱分析；在无人机飞行过程中，设备能够采集环境中的化学和生物成分，提供生态环境监测数据；通过滑轨和滑块，相机角度可以进行细微调整，进一步优化不同高度和方向的检测范围，从而实现对不同空气层、区域的精准检测；无人机下方的安装块可调节支架的角度，适应不同的飞行姿态，确保设备在飞行过程中保持最优的监测角度，通过模块化设计，设备中的相机及其光学功能模块可以根据任务需要快速更换或升级，以满足不同的监测需求。
20. 本发明提供了一种基于无人机拍摄用的高原生态环境监测设备。具备以下有益效果：
21. 1. 本发明通过无人机下方的支架、第一连接杆和第二连接杆的配置为设备提供了良好的固定性和稳定性，在高原环境下，空气稀薄、气流不稳，稳定的支撑系统对保持相机的准确定位尤为重要，三角形的支撑结构有效增强了设备的稳定性，能够在高原多变的环境中长期稳定运行，同时通过集成光谱分析模块，可以实时检测空气中的化学和生物成分，无论是在检测大气污染物还是空气中的颗粒物及微生物成分，系统都能够提供精确、实时的分析数据，确保监测结果的可靠性。
22. 2. 本发明滑杆、限位板、转动板、拉簧、连接杆等，均采用耐低温、耐腐蚀的材料，确保设备能够适应高寒和高湿的高原环境。这种材料能够在高寒和腐蚀性强的环境中长期使用，延长设备的使用寿命，避免因温度变化或环境恶劣导致的设备失效。
23. 3. 本发明通过拉簧与转动板的结合，相机在无人机飞行过程中可以实现动态减震。拉簧能吸收无人机飞行过程中产生的振动，确保相机在高原复杂的气流环境中保持稳定，从而提高拍摄图像和检测数据的清晰度和准确性。同时，限位横板防止拉簧的过度压缩，有效控制减震范围，进一步增强相机稳定性。
24. 4. 本发明相机通过安装板、滑轨和滑块实现高度和角度的调整，可以针对不同的拍摄需求进行灵活的调整。这种设计使得相机能够适应各种地形和环境需求，确保获得最优的拍摄和检测角度。