远程分布式信息化农业植保管理体系及管理方法

摘要

本发明提供一种远程分布式信息化农业植保管理体系与方法，由全域管控中心、分区管控站、中控平台与作业平台构成，中控平台与作业平台构成植保作业功能终端，全域管控中心用于将生成的任务指令发送到各分区管控站，并接收分区管控站传输的数据，以生成全域农业植保作业数据库和植保信息数据库；分区管控站用于对植保作业功能终端的运行状态进行实时监控，对植保作业功能终端的植保效果进行评估和数据采集，并将数据传输给全域管控中心；植保作业功能终端根据分区管控站发送的任务指令完成相关的植保作业。本发明实现广域分布式农业植保服务的集约化作业和管理，降低农户的使用成本，同时降低区域农业值保服务的整体费用，提升植保效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种信息管理体系，尤其是一种远程分布式信息化农业植保管理体系及管理方法。

背景技术

长期以来，在中国农业植保领域，对植物病虫害以及长势情况等信息缺乏及时准确的预警情报保障和实时监测手段，区域与区域之间因受地理行政划分和现有营销结构的限制难以形成有效的信息通联和协调运作机制；植保管控仍维持着“有病医病、有虫灭虫，你医你的病、我灭我的虫”的应激开展、独立实施的离散化格局；植保防治效果仍缺乏客观权威的评判标准和依据，累加防治的决策实施也难以保证时效；植保作业仍停留在以田间地头徒步巡查和人工背负喷洒作业为主的原始技术层面，不仅效率效果十分有限，

而且人力及能耗成本过高、资源浪费较为严重；同时，因不规范使用植保产品所造成的环境污染问题也愈发突出。

而受传统思维的影响，我国植保技术领域的专业研究一直偏重于各种病虫害防治的方法和手段上，各类高新技术的应用也只在针对具体问题的末端功能实现上，对整体产业架构缺乏立足长远发展的全局性规划设计，植保经营理念仍停留在以植保产品销售为主要利润获取方式的简单售卖层面上，缺乏由产品营销向产业服务过渡、由单纯谋求销售成本和收入之间的“最大利润”向以有机整合产品/技术的植保服务为农民不断创造收益增长的“最高价值”过渡的理论支撑和相对成熟的商业解决途径；当前农业植保产业的可持续发展面临着诸多现实而严峻的挑战。

因此，急需一款农业植保管理体系及管理方法，以解决上述问题。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之外，本发明提供一种远程分布式信息化农业植保管理体系及管理方法，以实现广域分布式农业植保服务的集约化作业和管理，降低农户的使用成本，同时降低区域农业值保服务的整体费用，提升植保效果。

为实现上述目的，本发明提供一种远程分布式信息化农业植保管理体系，由全域管控中心、分区管控站、中控平台与作业平台构成，所述中控平台与所述作业平台构成植保作业功能终端，所述全域管控中心与所述分区管控站连接，用于将生成的任务指令发送到各分区管控站，并接收所述分区管控站传输的数据，以生成全域农业植保作业数据库和植保信息数据库；所述分区管控站用于对所述植保作业功能终端的运行状态进行实时监控，对所述植保作业功能终端的植保效果进行评估和数据采集，并将数据传输给所述全域管控中心；所述植保作业功能终端根据所述分区管控站发送的任务指令完成相关的植保作业。

进一步地，所述全域管控中心由控制系统、大型中控计算机工作站与远程无线通信设备构成，通过所述远程无线通信设备接收分区管控站发送的作业信息和植保采集信息，通过所述大型中控计算机工作站生成全域范围内的农业植保情况数据库和作业指令数据库，并据此对各地区的植保工作做出预先规划和效果评估，向各分区管控站发送任务指令。

进一步地，所述分区管控站由控制系统、中型计算机工作站与远程无线通信设备构成，通过所述远程无线通信设备能够接收所述植保作业功能终端发回的作业信息和采集数据，通过所述中型计算机工作站对其作业情况进行监控和管理，并对采集数据进行汇总处理，生成详细的作业规划和授权，并通过远程无线通信设备传送到所述植保作业功能终端，确保其按照符合高效植保原则的方式实施作业。

进一步地，所述中控平台为区域内的作业平台提供通信中继支持，并将所述分区管控站发送的指令转发给区域内的作业平台，使其能够按照符合高效植保原则的方式实施作业；所述作业平台用于挂载植保制剂布撒装置直接进行农业植保作业或携带光学/红外观测设备对农业植保作业进行事前调查和事后评估。

进一步地，所述中控平台由飞行平台、指令控制模块和增强型通信模块构成，利用所述增强型通信模块通过无线网络接收所述分区管控站发送的任务指令，并将其转发给相应的所述作业平台；所述中控平台接收作业平台过程中实时采集的作业数据，并将其回传给所述分区管控站。

进一步地，所述作业平台分为基本型作业平台与特种型作业平台，所述基本型作业平台由飞行平台、指令控制模块、通信模块和植保布撒任务模块构成，用于挂载植保制剂布撒装置直接进行农业植保作业。

进一步地，所述特种型平台由飞行平台、指令控制模块、通信模块和光学/红外观测任务模块构成，用于携带各种光学/红外观测设备对农业植保作业进行事前调查和事后评估。

本发明还提供一种管理上述体系的方法，包括以下步骤：

S1、全域管控中心向分区管控站发送任务指令，并接收分区管控站传输的数据，以生成全域农业植保作业数据库和植保信息数据库；

S2、分区管控站接收到任务指令发送给中控平台，对其运行状态进行实时监控，对作业平台的植保效果进行评估和数据采集，回传给全域管控中心；

S3、中控平台将任务指令发送给作业平台，接收作业平台实时采集的数据，并将其回传给分区管控站；

S4、作业平台根据任务指令完成植保作业，并回传植保效果。

进一步地，在步骤S4中，任务指令分为作业模式指令与任务指令，作业平台中的控制模块首先对作业模式指令进行处理以形成控制指令；控制模块然后对任务指令进行判断，如果判断为是，则控制作业平台中的推进系统与升力系统完成植保作业；如果判断为否，则控制推进系统与升力系统的控制电路保持断路状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、实现广域分布式农业植保服务的集约化作业和管理，降低农户的使用成本，同时降低区域农业植保服务的整体费用，提升植保效果。

2、体系运行具有整体的安全性保障，通过以全国和各分区管控站，对分散在广泛地域的各浮空植保作业平台实现了全时监控，杜绝了各种不安全隐患。

3、打破中国农业传统式植保模式的单一植保制剂购销模式，以植保服务为核心，构建起一整套新型的现代农业综合植保服务体系，实现整个农业植保服务的增值和共赢。

4、打破传统农业植保作业的购买方即农户与制剂销售方的矛盾型利益格局，将二者的利益结合起来，成为利益攸关方。农业植保服务的提供方负责整个作业的成本和绩效管理，降低了农户承担的成本和绩效风险，同时借助植保作业服务提供方的农业植保专业技术背景，实现现代农业植保服务的科学化、正规化和绿色革命。

5、作为功能终端的作业平台，具有安全高效、节能环保、全寿命使用成本低和操控便捷等优势，便于在国内面积农业地区推广使用，特别适用于目前农业单位分散式作业的格局。

6、该体系使农业植保服务的成本实现可控，绩效实现可评估。通过在终端的浮空作业平台上的制剂用量传感器和控制系统，可以对单一平台的制剂用量以及使用地块进行智能分析；通过作业平台上的其他探测设备，可以对农业植保的效果进行数据采集和评估，这样就能随时掌握各地区农业植保作业的成本和绩效情况，并根据这些数据对下一阶段的作业方式做出相应调整。

7、整个体系具有良好的扩展性。通过比较成熟的互联网和应用软件技术，该体系除可以实现浮空植保作业平台的管理、数据采集和汇总，以及数据和指令的远程注入外，未来还可以扩展应用到各种其他运营方式的农业植保作业平台，如智能化喷灌系统和无人植保作业车等。

8、采用先进的云计算理念，通过通用型、特种型和中控型等分布式服务平台，以及分区管控中心和全域管控中心构成的分布式数据采集-计算-应用网络，建立全域农业植保作业云数据资源，通过相应的应用软件，在数据的采集、处理、传输和应用等方面实现资源配置动态化、需求服务自助化、网络访问便捷化、服务可计量化和资源虚拟化，使作业平台在执行作业的同时，构成云数据资源的获取和应用终端，为农业植保服务体系提供有力的保障。

附图说明

图1为本发明管理体系的结构框图；

图2为图1中作业平台的结构图；

图3为本发明管理方法的流程图。

主要元件符号说明如下：

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种远程分布式信息化农业植保管理体系，由全域管控中心100、分区管控站200、中控平台300与作业平台400构成。全域管控中心与分区管控站连接，分区管控站与中控平台相连接，中控平台与作业平台相连接构成植保作业功能终端。

全域管控中心用于将生成的任务指令发送到各分区管控站，并接收分区管控站传输的数据，以生成全域农业植保作业数据库和植保信息数据库。其中，全域管控中心由控制系统、大型中控计算机工作站与远程无线通信设备构成，通过远程无线通信设备接收分区管控站发送的作业信息和植保采集信息，通过大型中控计算机工作站生成全域范围内的农业植保情况数据库和作业指令数据库，并据此对各地区的植保工作做出预先规划和效果评估，向各分区管控站发送任务指令。

借助一定时期内积累的农业植保情况数据库和作业指令数据库，全域管控中心能够将分区管控站汇总的各地区农业植保地域的地理数据、作业数据和绩效数据进行汇总，建立起高度综合化的全域农业植保服务数据库，为后续工作的改善和优化建立数据资源，对不同地区不同季节的农业植保作业给出服务指导意见。通过大量浮空植保作业平台采集的农情监测数据，全域管控中心可对各地区的农业病虫害做出及时预警，提出预防性植保作业方案，指挥实施预防性植保作业服务，改变以往的滞后作业方式，在显著提升植保作业效果的同时降低作业成本。

分区管控站用于对植保作业功能终端的运行状态进行实时监控，对植保作业功能终端的植保效果进行评估和数据采集，并将数据传输给全域管控中心。其中，分区管控站由控制系统、中型计算机工作站与远程无线通信设备构成，通过远程无线通信设备能够接收植保作业功能终端发回的作业信息和采集数据，通过中型计算机工作站对其作业情况进行监控和管理，并对采集数据进行汇总处理，生成详细的作业规划和授权，并通过远程无线通信设备传送到植保作业功能终端，确保其按照符合高效植保原则的方式实施作业。

分区管控站通过对各作业平台运行状态进行实时监控，对发生故障或存在故障隐患的及时预警，必要时远程控制终止作业。此外还能各地浮空作业平台的植保作业效果进行评估和数据采集，并传递给全域管控中心。分区管控站的远程无线通信设备还负责接收全域管控中心的指令，并据此生成任务信息。

植保作业功能终端根据分区管控站发送的任务指令完成相关的植保作业。中控平台为区域内的作业平台提供通信中继支持，并将分区管控站发送的指令转发给区域内的作业平台，使其能够按照符合高效植保原则的方式实施作业；作业平台用于挂载植保制剂布撒装置直接进行农业植保作业或携带光学/红外观测设备对农业植保作业进行事前调查和事后评估。其中，中控平台由飞行平台、指令控制模块和增强型通信模块构成，利用增强型通信模块通过无线网络接收分区管控站发送的任务指令，并将其转发给相应的作业平台；中控平台接收作业平台过程中实时采集的作业数据，并将其回传给分区管控站。

作业平台分为基本型作业平台与特种型作业平台。其中，基本型作业平台由飞行平台、指令控制模块、通信模块和植保布撒任务模块构成，用于挂载植保制剂布撒装置直接进行农业植保作业。特种型平台由飞行平台、指令控制模块、通信模块和光学/红外观测任务模块构成，用于携带各种光学/红外观测设备对农业植保作业进行事前调查和事后评估。

如图2所示，基本型作业平台与特种型作业平台的结构相似，主要包括浮空升力体1、推进部分与升降部分，升降部分内置在浮空升力体上的中央涵道4中，用于实时调整飞行作业平台的作业高度；浮空升力体通过连接件7与推进部分相连接，推进部分为作业平台提供飞行所需的推力与转向力。其中，该连接件7可采用挂钩或中空式的支架，还可以采用其他能够起来连接效果的部件，在本实施例中，连接件7为中空式的支架。

浮空升力体1采用高分子电沉积镀铝PET薄膜制成，具有抗氦气渗透力强、坚固耐用、使用寿命较长的优点。浮空升力体1由浮空升力气囊2与安定面3构成，其中，安定面3呈垂直状设置在浮空升力气囊2的外壁表面上，安定面3和浮空升力气囊2相连接的端面形状与浮空升力气囊2外壁的形状相同。在本实施例中，浮空升力气囊2的形状为飞碟形结构，另外，还可以根据需要将其设计为盘形结构。浮空升力气囊与安定面为一体式结构，在浮空升力气囊与安定面中注入有氦气，用于产生作业平台飞行所需85%～115%的升力。浮空升力体采用完全安全的氦气进行填充，由于氦气不燃烧，因此，其安全性能大大优于采用氢气充填的浮空式飞行器。

中央涵道4设置在浮空升力气囊2的中心处，并贯穿至浮空升力气囊2顶部端面至底部端面。其中，在中央涵道4中，其顶部端面和底部端面的内径大于中部区域的内径。

在中央涵道的顶部端面与底部端面覆盖有防伤害护网（图中未示出），用于防止异物进入中央涵道中对升力风扇造成损害，另外，还可以避免旋转部件对相关人员的安全造成威胁。在本实施例中，防伤害护网为碳纤维防护网。

另外，在中央涵道4的底部端面上还设有可偏转舵面（图中未示出），可偏转舵面综合大气、航向传感器数据与飞行作业预设航向的实时比差，自动生成控制指令控制航面偏转角度，通过对可偏转舵面进行控制，以使作业平台在横侧乱流扰动下仍然能够保持航向。

升降部分由套管、刚性悬架5与升力风扇6构成，其中，套管插接在中央涵道4的内部，由于中央涵道4的顶部端面和底部端面的内径大于中部区域的内径，因此，在浮空升力气囊2中注满氦气后，套管的外壁表面在挤压力的作用下会紧密接触在中央涵道的壁面上，因此，无需采用通过其他结合方式对套管与中央涵道进行固定。另外，采用插接方式也便于浮空升力气囊在没有注入氦气时将其取出。刚性悬架5安装在套管的内壁上，升力风扇6安装在刚性悬架5上。其中，刚性悬架为十字形支架。升力风扇为对转双螺旋桨升力风扇，升力风扇设置采用共轴双浆涵道设计，由无级电机正、反桨驱动，用于提供作业平台飞行所需+20%～-20%的升力，以实现作业平台高度的自主调整。

另外，套管的底部端面延伸至中央涵道的底部外侧以形成用于与推进部分相连接的延伸部（图中未示出）。该延伸部可以是弯曲结构或垂直结构。

推进部分由推进模块8与偶数个差速矢量推进模块构成，偶数个差速矢量推进模块采用相互对应的方式安装在推进模块的外侧。在推进模块8中内置有机载计算机、电源模块、无线电高度表、GPS定位模块、气压高度表、无线通信模块、以及用于和载荷部分连接的载荷接口组件与载荷传感器构成。电源模块分别与机载计算机、GPS定位模块、无线通信模块以及载荷传感器相连接，为其供电。其中，电源模块为蓄电池，可以通过家用交流电充电，方便实用。电源模块通过线路与升力风扇连接，和升力风扇相连接的线路在贯穿于中空式支架的内部后从而与升力风扇相连接，为其进行供电。

载荷接口组件包括标准化的携挂接口和数据接口，实现任务载荷接口的通用化，用于为作业平台携挂不同的任务载荷，以满足多样化植保作业任务和各类信息数据传输需要。无线通信模块用于接收、处理分区管控站发出的作业路线设定和其他控制指令，并向分区管控站实时转发信息采集及处理系统获取的相关信息数据；另外，在无线通信模块中内置有RFID识别标签，用于向各级管控机构和广域“物联网”提供唯一的对象识别信息。

如图3所示，本发明还提供一种远程分布式信息化农业植保管理方法，包括以下步骤：

S1、全域管控中心向分区管控站发送任务指令，并接收分区管控站传输的数据，以生成全域农业植保作业数据库和植保信息数据库；

S2、分区管控站接收到任务指令发送给中控平台，对其运行状态进行实时监控，对作业平台的植保效果进行评估和数据采集，回传给全域管控中心；

具体的，分区管控站通过中控计算机和专用控制系统生成对本辖区全部需要植保作业的地块的综合任务规划，根据各作业平台当前所处的位置和状态，进行最优配备，为其划分合理的作业区域和作业时间，生成作业模式规划指令，并传递给用于控制各作业平台的中控平台。

S3、中控平台将任务指令发送给作业平台，接收作业平台实时采集的数据，并将其回传给分区管控站。

S4、作业平台根据任务指令完成植保作业，并回传植保效果。

具体的，在步骤S4中，任务指令分为作业模式指令与任务指令，作业模式指令一般通过远程无线电信号发送，由中控平台发出，输入作业平台的控制模块，并经由控制模块生成各种控制指令。如果控制模块在接收完毕作业模式指令后，又接到了内容为“是”的作业授权指令，则控制模块与作业平台推进系统、升力系统之间的控制电路被接通，作业平台可以在作业模式规定的时间，以规定的方式进行农业植保作业。如果控制模块接到的授权指令内容为“否”，则控制模块与与作业平台推进系统、升力系统之间的控制电路保持断路状态，平台不能升空作业。

以“否”作为内容的任务授权指令，也作为紧急状态下的应急处置措施使用。如果当地作业气象条件突然发生变化，超出作业许可条件，而浮空平台已经升空作业，则分区管控站或中控型平台可以通过操作人员输入指令，直接生成作业授权指令“否”。浮空作业平台控制模块在作业过程中接到这一指令，控制模块会立即切断推进系统电源，同时保持升力系统低功率运行，使浮空作业平台低速缓缓原地降下，结束作业，避免对地面人员财产以及平台自身造成损害。

如果作业过程中平台自身出现异常，如电力不足或推进机构故障等，控制系统会通过监测电池剩余能量，以及同构平台上的GPS监测系统，将监测到的实际飞行路线与作业模式指令中的计划路线进行比对，一旦发现连续两个节点偏移量超出许可范围，则自动生成终止任务命令，此时控制模块会立即切断推进系统电源，同时保持升力系统低功率运行，使浮空作业平台低速缓缓原地降下，结束作业，避免对地面人员财产以及平台自身造成损害。

作业平台对所在辖区农业植保地域进行观测评估，将所采集的信息传递到分区管控站，最终汇集到全域管控中心，后者通过专用任务软件，将这些信息汇集成全域农业植保数据库，并据此判断各区农业植保工作的实际需求，以及对已经实施的作业进行效果评估，并将这些处理过的信息传回相应的分区管控站，作为未来作业规划的参考依据。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士．在了解本发明的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰，曾应仍属本发明专利涵盖的范围内。