本發(fā)明涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無人機放牧系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前有一些牧民使用遙控器對無人機控制進行牧牲畜作業(yè)，或獨機式牧牲畜犬系統(tǒng)。目前的主要問題是：單獨的無人機進行牧牲畜作業(yè)時，因只能在畜牧群的一面進行驅(qū)趕，不能很好的將畜牧群趕往需要的方向。當(dāng)有畜牧逃走或者遺失時，如若無人機去驅(qū)趕逃走的畜牧回來，那牲畜將處于無人看管的狀態(tài)，容易出現(xiàn)問題；而若不去驅(qū)趕回畜牧，那將造成損失；同時需要牧戶實時對其進行監(jiān)測，一旦放牧距離較遠，牧戶很難對其盡心管理，無法保證其在放牧過程中的安全。如中國專利cn106647811a公開了一種基于無人機集群的放牧系統(tǒng)，包括地面站和無人機集群系統(tǒng)，所述地面站中設(shè)有航線規(guī)劃系統(tǒng)和無人機控制系統(tǒng)，所述無人機控制系統(tǒng)與無人機集群系統(tǒng)通訊連接，所述無人機集群系統(tǒng)由若干組飛控系統(tǒng)組成，所述任意一組飛控系統(tǒng)均由若干無人機本體組成，所述飛控系統(tǒng)與無人機本體內(nèi)的動力裝置電性連接，所述無人機本體上設(shè)有監(jiān)控裝置和音響，所述音響與無人機控制系統(tǒng)通訊連接，由于采用了集群控制、航線規(guī)劃及自主起飛等技術(shù)，簡化了對無人機的操作流程，提高了牧民對牲畜放養(yǎng)的管理效率。放牧系統(tǒng)中僅涉及到了驅(qū)趕過程，但在放牧過程中還存在牧群在同一區(qū)域內(nèi)進食時間過長，不僅破壞植被，同時牲畜進食的植被質(zhì)量差，影響牲畜健康；另外在驅(qū)趕過程中由于放牧區(qū)域得不到限定，易出現(xiàn)放牧區(qū)域過遠，在這種情況下需要無人機具備較高的性能要求，這樣會增加牧戶的使用成本。猶如中國專利cn205029771u公開了一種智能放牧系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含：航拍無人機、用于控制所述航拍無人機飛行路線的飛控中心、遠程服務(wù)器、佩戴于頭牲畜的主設(shè)備、以及佩戴于若干從牲畜的從設(shè)備，所述從設(shè)備的個數(shù)與從牲畜的個數(shù)相同；所述主設(shè)備與從設(shè)備相連接，所述主設(shè)備與所述從設(shè)備組建為無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，mesh網(wǎng)絡(luò)；所述主設(shè)備與所述遠程服務(wù)器通信連接；所述遠程服務(wù)器與所述飛控中心通信連接；所述飛控中心與所述航拍無人機連接。通過該系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化遠程監(jiān)控，而且能使牧民輕松查看牧群的生存狀態(tài)。從而實現(xiàn)無人放牧。該系統(tǒng)中并未考慮到標(biāo)簽掉落的情況，一旦標(biāo)簽掉落，易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤，造成牲畜丟失的情況，同時放牧區(qū)域并未限定，牲畜長時間在同一區(qū)域進食，會破壞植被的生長，對牧場的生態(tài)循環(huán)造成破壞，需要高性能的無人機有目的性的驅(qū)趕放牧，會增加牧戶的購買成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的標(biāo)簽掉落后數(shù)據(jù)錯誤、單一區(qū)域進食時間過長的問題，本發(fā)明提供了一種無人機放牧系統(tǒng)。

本發(fā)明提供了一種無人機放牧系統(tǒng)，系統(tǒng)包括無人機、機庫、電子圍欄和控制站，控制站和無人機之間通過無線方式傳輸信息，電子圍欄安裝于草場構(gòu)成總體放牧區(qū)域，機庫供無人機停放并對其充電，其創(chuàng)新點在于：所述電子圍欄與控制站相連，且控制站中設(shè)有與電子圍欄相配對的電子地圖，電子圍欄中設(shè)有將總體放牧區(qū)域劃分成若干個獨立放牧區(qū)域的圍欄，由控制站在電子地圖上設(shè)定獨立放牧區(qū)域的輪牧順序；無人機設(shè)有飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)由飛行單元、數(shù)據(jù)采集單元、存儲單元、定位單元、計時單元、驅(qū)趕單元和分析單元構(gòu)成；飛行單元控制無人機飛行，數(shù)據(jù)采集單元將采集信息存放于存儲單元中，通過存儲單元傳輸至控制站；存儲單元內(nèi)還預(yù)設(shè)有牲畜運動軌跡和設(shè)定進食時間；定位單元中設(shè)有定位裝置，定位裝置連接控制站，計時單元連接分析單元，分析單元調(diào)用計時單元和存儲單元中設(shè)定時間進行對比，分析單元將對比信號傳輸至驅(qū)趕單元。

進一步的，所述無人機中分為驅(qū)趕無人機和追蹤無人機；無人機總數(shù)量n≥3，其中驅(qū)趕無人機數(shù)量n1≥2，追蹤無人機數(shù)量n2≥1。

進一步的，所述驅(qū)趕無人機和追蹤無人機分布在牲畜上側(cè)周邊，驅(qū)趕無人機之間組成當(dāng)前牲畜活動區(qū)域，活動區(qū)域面積要大于當(dāng)前牲畜實際所在區(qū)域。

進一步的，所述數(shù)據(jù)采集單元中包括定位監(jiān)控單元和紅外傳感器，定位監(jiān)控單元監(jiān)測領(lǐng)頭牲畜運動軌跡，將領(lǐng)頭牲畜運動軌跡存儲在分析單元中并發(fā)送至控制站；紅外傳感器實時監(jiān)測牲畜頭數(shù)和體溫信息，將頭數(shù)數(shù)量和體溫信息傳至控制站。

進一步的，所述數(shù)據(jù)采集單元中還包含有速度采集單元，速度采集單元用于采集領(lǐng)頭牲畜運動速度。

進一步的，所述計時單元分為進食時間單元和延時單元，其中進食時間單元由延時單元和速度采集單元共同控制，進食時間單元將信息反饋至控制站。

進一步的，所述圍欄上安裝有監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測圍欄周邊是否出現(xiàn)牲畜。

進一步的，所述圍欄監(jiān)控系統(tǒng)由報警單元、驅(qū)趕單元和測量距離單元構(gòu)成，測量距離單元與牲畜身體上標(biāo)簽相配對，驅(qū)趕單元和報警單元均與測量距離單元相連，測量距離單元和報警單元均勻分布于圍欄上，測量距離單元和報警單元相互對應(yīng)，報警單元還與追蹤無人機的警報單元相連。

進一步的，數(shù)據(jù)采集單元中還設(shè)有圖像采集單元，圖像采集單元采集草場上植被信息，將植被信息傳輸至控制站。

進一步的，所述飛行控制系統(tǒng)中還包括警報單元、巡查單元、待機單元和電量檢測單元，警報單元分別與紅外傳感器連接、控制站連接，紅外探測傳感器探測牲畜數(shù)量與控制站通過無人機定位信號圈出的當(dāng)前牲畜活動區(qū)域內(nèi)牲畜數(shù)量對比來控制警報單元開關(guān)狀態(tài)；所述巡查單元與飛行單元連接，巡查單元中預(yù)設(shè)工作時間；電量檢測單元分別連接無人機電源和飛行單元，電量檢測單元實時監(jiān)測無人機剩余電量并設(shè)置最低電量；待機單元分別連接控制站和機庫，無人機位于機庫內(nèi)待機單元啟動，控制站設(shè)定待機單元的待機時間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、本發(fā)明的無人機放牧系統(tǒng)牧戶可通過控制站實時檢測牲畜信息；存儲單元預(yù)設(shè)有牲畜運動軌跡和設(shè)定牲畜在同一區(qū)域內(nèi)的吃草時間；定位單元中設(shè)有定位裝置，通過定位裝置將無人機位置信息反饋至控制站，方便牧戶調(diào)整無人機位置，使得無人機始終處于牲畜上側(cè)周邊；同時由于飛行控制系統(tǒng)分成自動模式和手動模式，在自動模式下可實現(xiàn)無人機自主放牧，不需牧戶操作，只需在牧戶需要操作情況下切換至手動模式。

二、電子圍欄預(yù)先安裝在草場上圈出放牧總體區(qū)域，通過電子圍欄限定了放牧區(qū)域，不會出現(xiàn)放牧區(qū)域過遠的情況，減少了無人機的工作量，而且無人機的電量有限，能夠節(jié)省無人機的電量；另外，設(shè)定電子圍欄后，可阻擋放牧區(qū)域以外的動物接近，同時也降低了牲畜被盜風(fēng)險，保證放牧區(qū)域中牲畜安全；總體放牧區(qū)域由圍欄劃分隔成若干個獨立放牧區(qū)域的圍欄，由控制站設(shè)定當(dāng)前獨立放牧區(qū)域位置，根據(jù)季節(jié)或月份由控制站在電子地圖上設(shè)定獨立放牧區(qū)域的輪牧順序，防止牲畜群對其他草場的破壞，能夠達到準(zhǔn)確的區(qū)域放牧，同時避免了草場被過度開發(fā)，維持草場內(nèi)生態(tài)的平衡。

三、當(dāng)速度采集單元中采集到的領(lǐng)頭牲畜運動速度小于5m/s，速度采集單元啟動放牧?xí)r間單元，放牧?xí)r間單元中設(shè)定時間由牧戶調(diào)整，在速度采集單元和放牧?xí)r間均達到設(shè)定條件后進食時間單元啟動，開始計算牲畜進食時間，當(dāng)進食時間超過設(shè)定進食時間，控制站控制無人機對牲畜發(fā)出驅(qū)趕信號，這樣避免了牲畜在同一區(qū)域吃草時間過程，同時也能保證牲畜不會對草場過渡啃食。

四、紅外傳感器實時監(jiān)測牲畜頭數(shù)，并將頭數(shù)數(shù)量傳輸至控制站，并可將每個牲畜的體溫傳輸至控制站，由控制站對每個牲畜體溫進行分析，另外與控制站通過無人機定位信號圈出的牲畜區(qū)域內(nèi)監(jiān)控到的牲畜數(shù)據(jù)進行比對，避免個別牲畜的標(biāo)簽掉落出現(xiàn)信息錯誤。

五、將測量距離單元的測量范圍設(shè)定在50m，為圍欄監(jiān)控系統(tǒng)留出較充足的反應(yīng)時間，同時也給無人機和牧戶足夠的應(yīng)對時間。測量距離單元檢測到牲畜靠近，觸發(fā)報警單元和驅(qū)趕單元，報警單元分別與追蹤無人機的警報單元相連，追蹤無人機接收到電子圍欄發(fā)出的報警單元后，追蹤無人機快速飛至靠近發(fā)出報警信號的圍欄區(qū)域進行驅(qū)趕。

六、無人機具備巡查功能，保證了無人機始終處于電源充足的情況，由于無人機無需長時間處于工作狀態(tài)，延長了無人機的使用壽命，

附圖說明

圖1是無人機飛行控制系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本實施例披露了一種無人機放牧系統(tǒng)，該無人機放牧系統(tǒng)包括無人機、機庫、電子圍欄、定位傳感器和控制站，定位傳感器采用gps定位并安裝于牲畜帶有的標(biāo)簽上，控制站接收該gps定位信息，領(lǐng)頭牲畜的定位傳感器與其他牲畜在控制站中顯示具有區(qū)分度；控制站和無人機之間通過無線傳輸信息，電子圍欄安裝在草場上圈出總體放牧區(qū)域，電子圍欄與控制站相連，控制站中設(shè)有與電子圍欄相配對的電子地圖，電子圍欄中設(shè)有將總體放牧區(qū)域劃分成若干個獨立放牧區(qū)域的圍欄，根據(jù)季節(jié)或月份由控制站在電子地圖上設(shè)定獨立放牧區(qū)域的輪牧順序。電子地圖上顯示放牧區(qū)域和牲畜的gps定位信息。通過電子圍欄限定了放牧區(qū)域，不會出現(xiàn)放牧區(qū)域過遠的情況，防止牲畜群對其他草場的破壞，能夠達到準(zhǔn)確的區(qū)域放牧，同時避免了草場被過度開發(fā)，維持草場內(nèi)生態(tài)的平衡。無人機中分為驅(qū)趕無人機和追蹤無人機，驅(qū)趕無人機將牲畜驅(qū)趕至吃草區(qū)域，追蹤無人機用于將落單的個別牲畜趕回牲畜中，在放牧的過程中，無人機總數(shù)量n≥3，其中驅(qū)趕無人機數(shù)量n1≥2，追蹤無人機數(shù)量n2≥1，驅(qū)趕無人機和追蹤無人機分布在牲畜上側(cè)周邊，無人機之間組成當(dāng)前牲畜活動區(qū)域，其活動區(qū)域面積要大于當(dāng)前牲畜實際所在區(qū)域；機庫置于控制站內(nèi)供無人機停放和充電，充電方式采用藍牙充電或有線充電。每個無人機設(shè)有飛行控制系統(tǒng)，如圖1所示，飛行控制系統(tǒng)包括飛行單元、數(shù)據(jù)采集單元、存儲單元、定位單元、計時單元、驅(qū)趕單元和分析單元；數(shù)據(jù)采集單元用于采集放牧過程中牲畜位置信息和體溫信息，數(shù)據(jù)采集單元將采集信息存放于存儲單元中，存儲單元與控制站連接，牧戶可通過控制站實時檢測牲畜信息；存儲單元預(yù)設(shè)有牲畜運動軌跡、設(shè)定牲畜在同一區(qū)域內(nèi)的吃草時間和監(jiān)控時間；定位單元中設(shè)有定位裝置，通過定位裝置將無人機位置信息反饋至控制站，方便牧戶調(diào)整無人機位置，使得無人機始終處于牲畜上側(cè)周邊。計時單元與分析單元連接，分析單元調(diào)用計時單元和存儲單元中設(shè)定時間作對比，分析單元將對比信號傳輸至驅(qū)趕單元，驅(qū)趕單元中會預(yù)錄牧戶聲音，通過發(fā)出牧戶聲音驅(qū)趕牧群。當(dāng)計時單元的時間超過設(shè)定時間，驅(qū)趕無人機啟動驅(qū)趕單元對牲畜發(fā)出驅(qū)趕信號，這樣避免了牲畜在同一區(qū)域吃草時間過長，同時也能保證牲畜不會對草場過渡啃食。飛行單元用于控制無人機飛行，飛行單元中分為手動模式和自動模式，手動模式下的無人機由牧戶控制飛行軌跡，自動模式下的無人機飛行軌跡根據(jù)預(yù)先設(shè)定的運動軌跡飛行。

數(shù)據(jù)采集單元中包括定位監(jiān)控單元和紅外傳感器，定位監(jiān)控單元用于實時監(jiān)測領(lǐng)頭牲畜運動軌跡，將領(lǐng)頭牲畜運動軌跡存儲在存儲單元中后發(fā)送至控制站，利用無人機分析單元對領(lǐng)頭牲畜的運動軌跡進行分析提前了解牲畜的運動軌跡，便于牧戶觀察牲畜，且通過領(lǐng)頭牲畜運動軌跡可在下次放牧?xí)r采用自動放牧模式，不需要牧戶始終檢測放牧信息，實現(xiàn)自動放牧；紅外傳感器用于實時監(jiān)測牲畜頭數(shù)，并將頭數(shù)信息傳輸至控制站，并可將每個牲畜的體溫傳輸至控制站，由控制站對每個牲畜體溫進行分析，另外與控制站通過無人機定位信號圈出的吃草區(qū)域內(nèi)監(jiān)控到的牲畜數(shù)據(jù)進行比對，避免個別牲畜的標(biāo)簽掉落出現(xiàn)信息錯誤。

數(shù)據(jù)采集單元中還包含有速度采集單元，速度采集單元用于采集領(lǐng)頭牲畜運動速度。計時單元分為進食時間單元和延時單元，其中進食時間單元由延時單元和速度采集單元共同控制，進食時間單元與控制站連接，當(dāng)速度采集單元中采集到的領(lǐng)頭牲畜運動速度小于5m/s，速度采集單元啟動延時單元，延時單元中設(shè)定的時間可由牧戶調(diào)整，在速度采集單元和延時時間均達到設(shè)定條件后進食時間單元啟動，開始計算牲畜進食時間，當(dāng)進食時間超過設(shè)定進食時間，控制站控制無人機對牲畜發(fā)出驅(qū)趕信號。數(shù)據(jù)采集單元中還設(shè)有圖像采集單元，通過圖像采集單元采集草場上植被信息，將植被信息傳輸至控制站，由控制站對植被信息分析。

飛行控制系統(tǒng)中還包括警報單元、巡查單元、待機單元和電量檢測單元，警報單元分別與紅外傳感器和控制站連接，紅外傳感器探測牲畜數(shù)量與控制站通過無人機定位信號圈出的當(dāng)前牲畜活動區(qū)域內(nèi)牲畜數(shù)量對比來控制警報單元開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)紅外傳感器探測的牲畜數(shù)量低于放牧數(shù)量則觸發(fā)警報單元。所述巡查單元與飛行單元連接，巡查單元中預(yù)設(shè)工作時間，工作時間由無人機起飛時開始計算，當(dāng)工作時間達到設(shè)定值時，巡查單元控制飛行單元返回控制站；電量檢測單元分別連接無人機電源和飛行單元，所述電量檢測單元實時監(jiān)測無人機剩余電量，電量檢測單元中設(shè)置最低電量，當(dāng)無人機電源中剩余電量低于最低電量，飛行單元控制無人機返回機庫。待機單元分別連接控制站和機庫，無人機位于機庫內(nèi)待機單元啟動，控制站設(shè)定待機單元的待機時間，待機時間由無人機返回機庫時開始計算，本實施方式中工作時間設(shè)定為20-30min，待機時間結(jié)束后，待機單元關(guān)閉，控制站對無人機飛行控制系統(tǒng)發(fā)送信號，此時無人機根據(jù)當(dāng)前牧群位置飛至牧群上方進行巡查。無人機具備巡查功能，保證了無人機始終處于電源充足的情況，由于無人機無需長時間處于工作狀態(tài)，延長了無人機的使用壽命。

在放牧過程中采用紅外傳感器探測可能會出現(xiàn)三種情況：

第一種情況，當(dāng)無人機紅外傳感器探測的牲畜數(shù)量為放牧數(shù)量，其數(shù)量與控制站通過無人機定位信號圈出的當(dāng)前牲畜區(qū)域內(nèi)的牲畜數(shù)量相同，表明牲畜數(shù)量正確，繼續(xù)放牧。

第二種情況，當(dāng)無人機紅外傳感器探測的牲畜數(shù)量小于放牧數(shù)量，其數(shù)量與控制站通過無人機定位信號圈出的當(dāng)前牲畜區(qū)域內(nèi)的牲畜數(shù)量相同，表明有個別牲畜掉隊，無人機開啟警報系統(tǒng)，此時追蹤無人機通過該牲畜的定位信息將掉隊的牲畜重新趕至牲畜群，直至無人機探測的牲畜數(shù)量、控制站通過無人機定位信號圈出的當(dāng)前牲畜區(qū)域內(nèi)的牲畜數(shù)量和放牧數(shù)量相同，則解除警報；

第三種情況，當(dāng)無人機紅外傳感器探測的牲畜數(shù)量等于放牧數(shù)量，而控制站通過無人機定位信號圈出的牲畜區(qū)域內(nèi)的當(dāng)前牲畜數(shù)量小于放牧數(shù)量，此時通過在放牧區(qū)域內(nèi)通過牲畜定位信息表明牲畜數(shù)量與放牧數(shù)量相同，此時表明個別牲畜身上的標(biāo)簽出現(xiàn)掉落，此時控制站將標(biāo)簽掉落位置標(biāo)注，在放牧結(jié)束后，由牧戶將其取回。

在草原上安裝電子圍欄，通過電子圍欄圈出放牧區(qū)域，并將其放牧區(qū)域地圖預(yù)先錄入控制站內(nèi)。電子圍欄通過分隔欄將總體放牧區(qū)域劃分成若干個獨立放牧區(qū)域，根據(jù)季節(jié)或月份由控制站在電子地圖上設(shè)定獨立放牧區(qū)域的輪牧順序。當(dāng)放牧之前，控制站將當(dāng)前獨立放牧區(qū)域內(nèi)位置信息發(fā)送于無人機，無人機根據(jù)該位置信息驅(qū)趕牧群移動至當(dāng)前獨立放牧區(qū)域內(nèi)。

所述圍欄上安裝有圍欄監(jiān)控系統(tǒng)，通過圍欄確定牲畜的放牧區(qū)域，圍欄監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)測圍欄周邊是否出現(xiàn)牲畜。所述圍欄監(jiān)控系統(tǒng)由報警單元、圍欄驅(qū)趕單元和測量距離單元構(gòu)成，測量距離單元與牲畜身體上標(biāo)簽相配對，圍欄驅(qū)趕單元和報警單元均與測量距離單元相連，測量距離單元中檢測距離由牧戶控制，測量距離單元和報警單元均勻分布于圍欄上，測量距離單元和報警單元相互對應(yīng)。本實施方式中將測量距離單元的測量范圍設(shè)定在50m，為圍欄監(jiān)控系統(tǒng)留出較充足的反應(yīng)時間，同時也給無人機和牧戶足夠的應(yīng)對時間。測量距離單元檢測到牲畜靠近，觸發(fā)報警單元和圍欄驅(qū)趕單元，報警單元分別與追蹤無人機的警報單元、控制站相連，追蹤無人機接收到電子圍欄發(fā)出的報警單元后，追蹤無人機快速飛至靠近發(fā)出報警信號的圍欄區(qū)域進行驅(qū)趕。圍欄控制系統(tǒng)還設(shè)有視頻照相單元，視頻照相單元和報警單元同時啟動，通過視頻照相單元監(jiān)測當(dāng)前報警單元附近的事物。通過設(shè)定電子圍欄阻擋放牧區(qū)域以外的動物接近，同時也降低了牲畜被盜風(fēng)險，保證放牧區(qū)域中牲畜安全。

上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進行改動。而本領(lǐng)域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。