CN105928732A - 高空叶片取样与数据记录系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高空叶片取样与数据记录系统，包括航拍飞行器、固定于航拍飞行器上的叶片取样组件、遥控器终端，航拍飞行器包括主控芯片、定位芯片、夹具电机、打孔电机、贴标电机，定位芯片的信号输出端与主控芯片的信号输入端相连接，主控芯片的控制信号输出端与夹具电机、打孔电机、贴标电机的控制端相连接；叶片取样组件包括叶片夹具，对叶片进行打孔的打孔器，对叶片样本贴标的贴标机构，夹具电机、打孔电机、贴标电机的动力端分别与夹具、打孔器、贴标机构的控制端相连接，叶片经叶片取样组件取样并贴标后形成叶片样本，其对应的标签信息、参数信息经无线传输模块传输至遥控器终端，存储于存储器中。本发明提高了野外叶片取样工作的便利性。

Description

高空叶片取样与数据记录系统

技术领域

本发明涉及一种叶片取样装置，特别是涉及一种高空叶片取样与数据记录系统，属于林业研究技术领域。

背景技术

在植被生态学或林业科学研究中，需要进行大量的野外植物样品取样工作。现有的叶片取样过程一般是，利用传统的叶片取样工具采集大量的叶片，采集过程中，同步记录每份叶片样品对应的采集时间、地理位置、树高、物种名称等参数信息。

上述叶片取样工作的困难在于，一方面，传统的叶片取样工具仅能够采集一定范围内的叶片，如高枝剪能够采集距地面高度5米以内的叶片，借助爬树工具仅能够采集树木主干附近的叶片，借助热气球或直升飞机才能够采集树木上层林冠层的叶片，成本过于昂贵；另一方面，在数据记录过程中，树高参数需要寻找地势平坦、视野开阔的空间利用测距与量角工具进行测定，对林木生长密集的森林并不适用；野外无法鉴别的物种需采集、压制标本带回实验室进行鉴定；野外工作条件恶劣，纸质记录不易保管，手写字迹难以辨认等原因造成采样信息不完整而导致样品作废。

由此可见，尚没有一种使用方便、记录精准的自动化叶片取样装置，能够对任意高度尤其是对树木高度为10-30米及以上的植被群落进行叶片取样及参数记录，这对进一步开展林业研究造成了困难。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种高空叶片取样与数据记录系统，可通过控制飞行器采集任意高度、位置的叶片样本，同时自动记录每个叶片样本对应的各项参数信息，极大的提高了野外叶片取样工作的便利性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高空叶片取样与数据记录系统，包括航拍飞行器、固定于航拍飞行器上的叶片取样组件、遥控器终端，

该航拍飞行器包括主控芯片、定位芯片、夹具电机、打孔电机、贴标电机，该定位芯片的信号输出端与该主控芯片的信号输入端相连接，该主控芯片的控制信号输出端与该夹具电机、打孔电机、贴标电机的控制端相连接；

该叶片取样组件包括用于夹持叶片的夹具，用于对夹持于该夹具上的叶片打孔的打孔器，用于对经该打孔器打下的叶片样本进行贴标的贴标机构，该夹具电机、打孔电机、贴标电机的动力端分别与该夹具、打孔器、贴标机构的控制端相连接；

叶片经该叶片取样组件取样并贴标后形成叶片样本，该叶片样本的标签信息、参数信息经无线传输模块传输至该遥控器终端，存储于该遥控器终端的存储器中。

进一步的，

所述贴标机构包括标签组件和设置于所述夹具下方的收集组件，该收集组件包括第一卷轴、第一滚轴，该第一卷轴与第一滚轴上卷设有第一夹层，该标签组件包括第二卷轴、第二滚轴，该第二卷轴与第二滚轴上卷设有带有标签的第二夹层，该第一滚轴与第二滚轴相对应设置，该标签的位置与所述航拍飞行器的无线摄像头位置相对应。

所述夹具包括夹板和连杆，该夹板通过该连杆连接于所述航拍飞行器下方，该夹板上开有与所述打孔器对应的孔，所述夹具电机的动力端与该连杆相连接。

所述参数信息包括所述叶片样本对应的空间坐标、叶片倾角、树高、物种名称、采集时间、采集地点，该空间坐标参数根据所述定位芯片采集的信号获得，该叶片倾角参数根据所述航拍飞行器的惯性传感器采集的信号获得，该树高参数根据所述航拍飞行器的高度气压计采集的信号获得。

所述第一夹层、第二夹层可以是PE薄膜或石蜡密封膜。

所述遥控器终端是安装于移动终端上的应用程序。

本发明的优点是：

1、只要飞行器及其遥控器终端之间的距离在二者的数据传输范围之内，通过控制飞行器的飞行位置，就可以采集任意高度和位置的叶片样本；

2、能够自动记录每个叶片样本对应的各项参数信息，数据记录准确，大幅提高了叶片样本的有效性；

3、极大的提高了野外叶片取样工作的便利性，有利于推进树木上层尤其是林冠层的研究。

附图说明

图1是现有航拍飞行器的结构框图。

图2是本发明的航拍飞行器的结构框图。

图3是本发明的叶片取样组件结构示意图。

图4是本发明的叶片夹具结构示意图。

图5是本发明一具体实施例中遥控器终端的操作界面示意图。

图6是本发明一具体实施例中采集的叶片样品示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图2-5所示，本发明公开的高空叶片取样与数据记录系统，包括航拍飞行器1、固定于航拍飞行器下端的叶片取样组件、遥控器终端。

如图1所示，现有的航拍飞行器包括机架、主控芯片、电机、调速器、陀螺仪、加速度传感器、高度气压计(或超声波传感器)、遥控器、无线摄像头2等，陀螺仪、加速度传感器的信号输出端与主控芯片的信号输入端相连接，二者用于采集飞行器的姿态数据，高度气压计(或超声波传感器)的信号输出端与主控芯片的信号输入端相连接，用于采集飞行器的高度数据，主控芯片的控制信号输出端通过调速器与电机相连接，遥控器与主控芯片通过无线传输模块(如蓝牙、红外线、WIFI等)传输数据(包括控制指令等)，主控芯片接收遥控器发出的控制信号，根据该控制信号通过调速器调整电机的转速，实现飞行器的前后、左右、上下飞行动作；无线摄像头采集的视频、图像信息经遥控器上的显示屏显示。航拍飞行器及其相关技术已经属于现有技术，本发明不再对其结构及原理进行详细的说明。

如图2所示，本发明的航拍飞行器1，还包括定位芯片、夹具电机、打孔电机、贴标电机等，定位芯片的信号输出端与主控芯片的信号输入端相连接，主控芯片的控制信号输出端与夹具电机、打孔电机、贴标电机的控制端相连接；遥控器终端不仅具有遥控飞行器、显示视频画面的功能，还设有存储器，该存储器用于存储采集的叶片样本的各项参数信息；

如图3、4所示，叶片取样组件包括叶片夹具、打孔器3、贴标机构，叶片夹具用于夹住叶片，其包括夹板41和连杆42，夹板41通过连杆42连接于飞行器机架下方，夹板41上开有与打孔器3对应的孔43，夹具电机的动力端与连杆42相连接，夹具电机可驱动连杆42上下动作带动夹板41上下动作；打孔器3固定于夹板41上方与夹板上的孔43对应的位置，打孔电机的动力端与打孔器3相连接，打孔电机可驱动打孔器3上下动作，打孔器3向下动作时，对夹持于夹板41上的叶片进行打孔，打下的叶片作为叶片样本落入夹板下方的贴标机构上；

贴标机构包括设置于夹板41下方的收集组件和设置于夹板侧边的标签组件，收集组件包括第一卷轴51、第一滚轴52，第一卷轴51与第一滚轴52上卷设有第一夹层53，标签组件包括第二卷轴54、第二滚轴55，第二卷轴54与第二滚轴55上卷设有带有标签57(如二维码)的第二夹层56，标签57的位置与无线摄像头2的位置相对应，贴标电机的动力端与第一滚轴52、第二滚轴55相连接，叶片样本落入其下方的第一夹层53后，贴标电机驱动第一滚轴52、第二滚轴55转动，两个滚轴分别带动缠绕其上的夹层传动，叶片样本随第一夹层53运动，标签57随第二夹层56运动，第一、第二夹层通过两个滚轴之间的挤压贴合在一起，这样，形成了包裹有标签和叶片样本的叶片样品(如图6所示)；

上述采集叶片样本的同时，记录该叶片样本对应的各项参数信息，具体过程是：无线摄像头2与标签组件上的标签57位置相对应，采集叶片样本时，该叶片样本的标签信息经无线传输模块传输至遥控器终端，存储于遥控器终端的存储器中。如图5所示，遥控器终端不仅可以是经功能扩展的飞行器遥控器，也可以是能够安装于移动终端(如智能手机)上的应用程序，利用该遥控器终端，于采集叶片样本时，能够同时采集、记录该叶片样本对应的空间坐标、叶片倾角、树高、物种名称、采集时间、采集地点、采集人等参数信息，其中，需采集叶片样本的空间坐标参数时，飞行器主控芯片将定位芯片采集的地理位置数据经无线传输模块传输至遥控器终端，需采集叶片样本的叶片倾角参数时，飞行器主控芯片对陀螺仪、加速度传感器采集的姿态数据进行处理后将倾角数据经无线传输模块传输至遥控器终端，采集叶片样本的树高参数时，遥控飞行器飞行至树木顶端，飞行器主控芯片将高度气压计此时采集的飞行高度数据经无线传输模块传输至遥控器终端；最终，每一叶片样本及其对应的标签信息、空间坐标、叶片倾角、树高、物种名称(经专业人士输入确定)、采集时间、采集地点、采集人等参数信息作为一条完整的叶片样品信息保存于遥控器终端的存储器中。

结合图5所示，本发明的高空叶片取样与数据记录系统，使用方法是：

通过遥控器终端控制航拍飞行器的飞行位置，使得叶片近似平行的位于夹板41上方，点击夹样按钮，主控芯片控制夹具电机动作使得夹板上升而将叶片夹住，点击取样按钮，主控芯片控制打孔电机动作使得打孔器3对夹持于夹板上的叶片打孔，打下的叶片落入下方的收集组件上，主控芯片控制贴标电机动作使得第一滚轴52、第二滚轴55转动，叶片与标签57随相应的夹层运动，两夹层通过两个滚轴之间的挤压贴合在一起，形成叶片样品，与此同时，无线摄像头2将采集的该叶片样本对应的标签图像经无线传输模块传输至遥控器终端并存储于存储器中；叶片采样操作完成后，可根据需要，于遥控器终端设置该叶片样本需要同步采集记录的各项参数信息，采集记录完成后，点击保存，即将采集的叶片样品及其参数信息完整的保存于存储器中。

如图5所示，点击照片对应的按钮，系统还可以采集采样地照片、无法鉴定物种的照片等，并存储于存储器中，便于返回实验室进行进一步的鉴定研究。

所述第一夹层53、第二夹层56可以是PE薄膜或石蜡密封膜等可通过挤压紧密贴合、且不透水不透气的材质，既可固定住叶片样本，挤压出空气减少氧化，又可避免叶片水分散失，不影响后续对叶片化学成分的测定。

所述定位芯片可以根据使用场合设置，例如，对大空间尺度的植被生态学或林业科学研究，定位芯片采用GPS芯片，记录采样位置的精度为10m以内；对群落生态学等小空间尺度的研究，定位芯片可采用LocalSence等室内精确定位系统，在样方四个角落部署定位基站，定位精度可达到10cm以内。

于一具体实施例中，第一卷轴与第一滚轴的距离为20cm，第二卷轴上的第二夹层每隔20cm贴合一二维码标签。航拍飞行器使用四轴航拍飞行器，具有尺寸较小、重量较轻、易于携带等优点。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.高空叶片取样与数据记录系统，其特征在于，包括航拍飞行器、固定于航拍飞行器上的叶片取样组件、遥控器终端，

该航拍飞行器包括主控芯片、定位芯片、夹具电机、打孔电机、贴标电机，该定位芯片的信号输出端与该主控芯片的信号输入端相连接，该主控芯片的控制信号输出端与该夹具电机、打孔电机、贴标电机的控制端相连接；

该叶片取样组件包括用于夹持叶片的夹具，用于对夹持于该夹具上的叶片打孔的打孔器，用于对经该打孔器打下的叶片样本进行贴标的贴标机构，该夹具电机、打孔电机、贴标电机的动力端分别与该夹具、打孔器、贴标机构的控制端相连接；

叶片经该叶片取样组件取样并贴标后形成叶片样本，该叶片样本的标签信息、参数信息经无线传输模块传输至该遥控器终端，存储于该遥控器终端的存储器中。

2.根据权利要求1所述的高空叶片取样与数据记录系统，其特征在于，所述贴标机构包括标签组件和设置于所述夹具下方的收集组件，该收集组件包括第一卷轴、第一滚轴，该第一卷轴与第一滚轴上卷设有第一夹层，该标签组件包括第二卷轴、第二滚轴，该第二卷轴与第二滚轴上卷设有带有标签的第二夹层，该第一滚轴与第二滚轴相对应设置，该标签的位置与所述航拍飞行器的无线摄像头位置相对应。

3.根据权利要求1所述的高空叶片取样与数据记录系统，其特征在于，所述夹具包括夹板和连杆，该夹板通过该连杆连接于所述航拍飞行器下方，该夹板上开有与所述打孔器对应的孔，所述夹具电机的动力端与该连杆相连接。

4.根据权利要求1所述的高空叶片取样与数据记录系统，其特征在于，所述参数信息包括所述叶片样本对应的空间坐标、叶片倾角、树高、物种名称、采集时间、采集地点，该空间坐标参数根据所述定位芯片采集的信号获得，该叶片倾角参数根据所述航拍飞行器的惯性传感器采集的信号获得，该树高参数根据所述航拍飞行器的高度气压计采集的信号获得。

5.根据权利要求2所述的高空叶片取样与数据记录系统，其特征在于，所述第一夹层、第二夹层可以是PE薄膜或石蜡密封膜。

6.根据权利要求1所述的高空叶片取样与数据记录系统，其特征在于，所述遥控器终端是安装于移动终端上的应用程序。