一种大熊猫栖息地飞播造林系统及方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102870530 A (43)申请公布日 2013.01.16 CN 102870530 A *CN102870530A* (21)申请号 201210080754.3 (22)申请日 2012.03.23 A01C 7/00(2006.01) (71)申请人 北京林业大学 地址 100083 北京市海淀区清华东路 35 号 (72)发明人 张玉波 郭文霞 李俊清 (74)专利代理机构 北京远大卓悦知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11369 代理人 刘冬梅 (54) 发明名称 一种大熊猫栖息地飞播造林系统及方法 (57) 摘要 一种飞播造林系统及方法， 其中。

2、飞行装置包 括 ： 动力模块， 包括水平方向上的四个电机、 电子 调速器和螺旋桨， 用以使飞行装置飞行 ； 全球定 位系统模块， 用以在飞行装置飞行时导引其到达 需要进行飞播的地区 ； 遥感模块， 用以在飞行装 置飞行时对需要进行飞播的地区进行扫描并确认 目标播种区域 ； 种子携带和释放模块， 在飞行装 置到达目标播种区域上空并处于指定高度时， 开 启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子 ； 以及控 制模块， 用以接收来自地面控制装置的起飞指令 和需要进行飞播的地区， 并基于所接收到的数据 对动力模块、 全球定位系统模块、 遥感模块以及种 子携带和释放模块进行控制。该系统不仅节省人 力， 还适用于。

3、地形复杂、 人力难以到达的区域。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 1/1 页 2 1. 一种飞播造林系统， 包括飞行装置和地面控制装置， 其特征在于， 所述飞行装置包 括 ： 动力模块， 其包括水平方向上的四个电机、 电子调速器和螺旋桨， 用以使所述飞行装置 飞行 ； 全球定位系统模块， 其用以在所述飞行装置飞行时导引所述飞行装置到达需要进行飞 播的地区 ； 遥感模块， 其用以在所述飞行装置飞行时对需要进行飞播的地区进行扫描并确认目标 播种区域。

4、 ； 种子携带和释放模块， 其在所述飞行装置到达所述目标播种区域上空并处于指定高度 时， 开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子 ； 以及 控制模块， 其接收来自所述地面控制装置的起飞指令和需要进行飞播的地区， 并基于 所接收到的数据对所述动力模块、 所述全球定位系统模块、 所述遥感模块以及所述种子携 带和释放模块进行控制。 2. 根据权利要求 1 所述的飞播造林系统， 其特征在于， 所述控制模块包括 ： 三轴陀螺仪， 其用以采集所述飞行装置的飞行姿态 ； 三轴加速度计， 其用以采集所述飞行装置的飞行速度 ； 超声波测距仪， 其用以在所述飞行装置与地面相距不大于 2 米时测量所述飞行装置与 地面。

5、之间的距离 ； 气压计， 其用以在所述飞行装置与地面相距大于 2 米时测量所述飞行装置与地面之间 的距离 ； 以及 中央控制器， 其接收来自所述地面控制装置的数据、 来自所述三轴陀螺仪和所述三轴 加速度计的采集数据以及来自所述超声波测距仪或所述气压计的测量数据， 并对所接收到 的各种数据进行处理以基于处理结果来控制所述电子调速器， 从而能够通过所述电子调速 器实时调整各所述电机的转速。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的飞播造林系统， 其特征在于， 所述遥感模块包括 ： 摄像模块， 其用以在所述飞行装置飞行时拍摄需要进行飞播的地区的植被状况 ； 以及 判断模块， 其用以基于所述摄像模块的拍。

6、摄结果判断当前所述飞行装置正对着的林窗 是否为目标播种区域， 即判断所述林窗的大小是否在 10 平方米至 20 平方米之间以及所述 林窗内无乔木并且草木和 / 或灌木的覆盖度在 30 50之间。 4. 一种利用权利要求 1 所述的飞播造林系统进行飞播造林的方法， 其特征在于， 包括 以下步骤 ： 所述地面控制装置向所述飞行装置中的所述控制模块发出起飞指令 ； 所述飞行装置中的所述动力模块的电机带动螺旋桨转动， 以完成起飞 ； 所述地面控制装置向所述飞行装置中的所述控制模块输出需要进行飞播的地区 ； 所述飞行装置在所述全球定位系统模块的导引下进行飞行， 并经由所述遥感模块确定 需要进行飞播的地区。

7、内的目标播种区域 ； 在所述飞行装置到达目标播种区域上空并停留在指定高度时， 所述种子携带和释放模 块开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子 ； 以及 所述飞行装置的所述控制模块在播种结束后启动返航程序。 权 利 要 求 书 CN 102870530 A 2 1/3 页 3 一种大熊猫栖息地飞播造林系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及飞播技术， 尤其涉及在大熊猫栖息地进行飞播造林的系统和方法。 背景技术 0002 云杉和冷杉是构成大熊猫栖息地的主要建群物种， 由于砍伐等干扰， 云杉林和冷 杉林遭到大量破坏， 由于缺乏母树， 种源匮乏成为采伐迹地无法恢复的主要因子。 0003 这些地区多处于。

8、高山峡谷， 人力往往难以企及， 而且这些地区天气复杂多变， 即使 人力能够达到也非常危险， 因此需要一种自动播种造林的方法， 促进受到破坏的云杉林和 冷杉林的恢复。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明的目的在于提供一种飞播造林系统和方法， 以能够在地形复杂、 人员不易到达的区域开展云杉和冷杉播种， 从而增加云杉和冷杉母树， 进而避免大熊猫因 栖息地云杉和冷杉母树不足导致生存环境受到威胁。 0005 为了实现上述目的， 本发明提供了一种包括飞行装置和地面控制装置的飞播造林 系统， 其中， 所述飞行装置包括 ： 动力模块， 其包括水平方向上的四个电机、 电子调速器和螺 旋桨， 用以使所述飞行装。

9、置飞行 ； 全球定位系统模块， 其用以在所述飞行装置飞行时导引所 述飞行装置到达需要进行飞播的地区 ； 遥感模块， 其用以在所述飞行装置飞行时对需要进 行飞播的地区进行扫描并确认目标播种区域 ； 种子携带和释放模块， 其在所述飞行装置到 达所述目标播种区域上空并处于指定高度时， 开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子 ； 以及控制模块， 其接收来自所述地面控制装置的起飞指令和需要进行飞播的地区， 并基于 所接收到的数据对所述动力模块、 所述全球定位系统模块、 所述遥感模块以及所述种子携 带和释放模块进行控制。 0006 对于上述飞播造林系统， 优选地， 所述控制模块包括 ： 三轴陀螺仪， 其用以。

10、采集所 述飞行装置的飞行姿态 ； 三轴加速度计， 其用以采集所述飞行装置的飞行速度 ； 超声波测 距仪， 其用以在所述飞行装置与地面相距不大于 2 米时测量所述飞行装置与地面之间的距 离 ； 气压计， 其用以在所述飞行装置与地面相距大于 2 米时测量所述飞行装置与地面之间 的距离 ； 以及中央控制器， 其接收来自所述地面控制装置的数据、 来自所述三轴陀螺仪和所 述三轴加速度计的采集数据以及来自所述超声波测距仪或所述气压计的测量数据， 并对所 接收到的各种数据进行处理以基于处理结果来控制所述电子调速器， 从而能够通过所述电 子调速器实时调整各所述电机的转速。 0007 对于上述飞播造林系统， 优。

11、选地， 所述遥感模块包括 ： 摄像模块， 其用以在所述飞 行装置飞行时拍摄需要进行飞播的地区的植被状况 ； 以及判断模块， 其用以基于所述摄像 模块的拍摄结果判断当前所述飞行装置正对着的林窗是否为目标播种区域， 即判断所述林 窗的大小是否在 10 平方米至 20 平方米之间以及所述林窗内无乔木并且草木和 / 或灌木的 覆盖度在 30 50之间。 说 明 书 CN 102870530 A 3 2/3 页 4 0008 此外， 本发明还提供了一种上述飞播造林系统进行飞播造林的方法， 包括 ： 所述地 面控制装置向所述飞行装置中的所述控制模块发出起飞指令 ； 所述飞行装置中的所述动力 模块的电机带动。

12、螺旋桨转动， 以完成起飞 ； 所述地面控制装置向所述飞行装置中的所述控 制模块输出需要进行飞播的地区 ； 所述飞行装置在所述全球定位系统模块的导引下进行飞 行， 并经由所述遥感模块确定目标播种区域 ； 在所述飞行装置到达目标播种区域上空并停 留在指定高度时， 所述种子携带和释放模块开启种子释放装置以播撒云杉和冷杉种子 ； 以 及所述飞行装置的所述控制模块在播种结束后启动返航程序。 0009 由于经由飞行装置来进行云杉和冷杉种子播撒， 本发明不仅节省人力， 还能够适 用于地形复杂、 人力难以到达的区域。而且， 本发明采用的飞行装置是垂直升降式的， 能够 定高悬停， 从而能够在期望的高度撒播云杉和。

13、冷杉种子。 0010 根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明， 本发明的其它特征及方面将变得 清楚。 附图说明 0011 包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的 示例性实施例、 特征和方面， 并且用于解释本发明的原理。 0012 图 1 是示出根据本发明的飞播造林系统的实施例的框图 ； 0013 图 2 是示出根据本发明的飞播造林系统的优选实施例的框图 ； 以及 0014 图 3 是示出根据本发明的飞播造林方法的实施例的流程图。 具体实施方式 0015 以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、 特征和方面。附图中相同 的附图标记表示功能相同或相似的元件。。

14、 0016 在这里专用的词 “示例性” 意为 “用作例子、 实施例或说明性” 。这里作为 “示例性” 所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。 尽管在附图中示出了实施例的各 种方面， 但是除非特别指出， 不必按比例绘制附图。 0017 如图 1 所示， 本发明主要包括飞行装置 200 和地面控制装置 100。飞行装置 200 主 要包括动力模块 220、 控制模块 210、 遥感模块 230、 全球定位系统 (GPS) 模块 240、 种子携带 和释放模块250。 此外， 虽然此处为了描述简便而未提及电源， 但本领域技术人员应能理解， 飞行装置 200 中显然还应当包括电源以给上述各。

15、模块提供工作电力。 0018 飞行装置 200 的飞行高度可以达到 1000m、 飞行半径达 2KM、 对起飞和降落的场地 要求低。此外， 飞行装置 200 中的种子携带和释放模块一次能够携带 2KG 的云杉和冷杉种 子进行飞播、 面积可达 1 公顷。当飞行装置 200 在空中飞行时， 可通过遥感模块 230 对需要 进行飞播的地区进行扫描以确认目标播种区域。在确认后飞行装置 200 位于目标播种区域 上方后， 经由控制模块 210 控制动力模块 220 以使得飞行装置 200 悬停在指定高度。然后， 经由控制模块 210 使种子携带和释放模块 250 开启释放装置， 以均匀地释放云杉和冷杉种。

16、 子。在播种结束后， 飞行装置 200 返回起飞点。 0019 如图 2 所示， 动力模块 220 包括水平方向上的四个电机 221、 电子调速器 222 和螺 旋桨 223， 控制模块 210 包括中央控制器 211、 三轴陀螺仪 212、 三轴加速度计 213、 超声波测 说 明 书 CN 102870530 A 4 3/3 页 5 距仪 214 和气压计 215。三轴陀螺仪 212 和三轴加速度计 213 分别采集飞行装置 200 的飞 行姿态和速度， 并交由中央控制器211来处理， 以通过电子调速器222来实时调整各个电机 221的转速， 从而可利用转速差来保持飞行装置200的平衡。 。

17、在小于或等于2米的高度范围 内， 飞行装置 200 和地面距离的测量由超声波测距仪 214 来完成， 大于 2 米后由气压计 215 来完成。 0020 如图 3 所示， 利用上述飞播造林系统进行飞播造林的具体操作主要包括 ： 地面控 制装置 100 给飞行装置 200 的控制模块 210 发出起飞指令 ( 步骤 S0) ； 此时电机 221 带动 螺旋桨 223 转动后产生的升力使飞行装置起飞 ( 步骤 S1) ； 之后地面控制装置 100 给飞行 装置 200 发出需要进行飞播的地区指令 ( 步骤 S2) ； 飞行装置 200 按照指令在 GPS 模块 240 的导引下飞向需要进行飞播的地。

18、区， 并经由遥感模块 230 确定需要进行飞播的地区内的目 标播种区域 ( 步骤 S3) ； 在飞行装置 200 到达目标播种区域上空并达到指定高度后， 种子携 带和释放模块 250 开启释放装置， 以使得云杉和冷杉种子下落到目标播种区域 ( 步骤 S4)。 之后， 飞行装置 200 启动返航程序 ( 步骤 S5)， 以返回到起飞点 ( 步骤 SE)。整个飞播过程 结束。 0021 对于上述飞播造林系统和方法， 优选地， 遥感模块 230 具有自动识别目标播种区 域的功能。具体而言， 遥感模块 230 在飞行装置 200 进入需要进行飞播的地区后， 自动地将 符合如下标准的林窗确定为目标播种区。

19、域， 即 ： 林窗的大小在 10-20 平方米之间 ； 林窗内无 乔木 ； 并且林窗内草木、 灌木的覆盖度 ( 即投影面积比 ) 在 30 50之间。 0022 对于种子携带和释放模块 250， 其可以单独携带云杉或冷杉种子， 也可以混合云杉 和冷杉种子， 具体根据播种需要确定。 0023 需要声明的是， 上述发明内容及具体实施方式仅旨在证明本发明所提供技术方案 的实际应用， 不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原 理内， 当可作各种修改、 等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。 说 明 书 CN 102870530 A 5 1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102870530 A 6 2/3 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 102870530 A 7 3/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 102870530 A 8 。