一种基于5G通讯技术的红火蚁分布区域侦察机器人

摘要

本发明公开了一种基于5G通讯技术的红火蚁分布区域侦察机器人，包括履带车基座、诱饵投放装置、图像获取装置、传感器模块、设备通讯模块，所述履带车基座底部安装有所述诱饵投放结构和所述图像获取装置，所述履带车基座上部固定设置有用于测量并接收信息的所述传感器模块、用于信息传输的所述设备通讯模块，将数据储存云端并对图像数据进行处理与分析，然后将处理与分析的结果利用5G通讯技术发送到电脑端或者手机的APP开发端，生成区域红火蚁分布和发生数量情况GIS地图，及时掌握红火蚁的分布和发生数量情况，快速高效地鉴定红火蚁的发生，为制定管理策略和控制措施提供理论依据。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及到一种基于5G通讯技术的红火蚁分布区域侦察机器人。

背景技术

红火蚁是起源于南美洲的入侵性有害生物，是世界自然保护联盟收录的最具破坏性的农林业害虫。红火蚁对人有攻击性，蚁巢一旦受到干扰，红火蚁便迅速出巢并具有攻击行为，每次叮蜇时会释放毒液，少数人对毒液过敏，导致休克或有死亡的危险。

目前，红火蚁已经扩散到我国超过11个省218县，对入侵地的人体健康、生命安全和生态环境造成了严重的威胁。因此快速高效地鉴定红火蚁的发生有利于及时掌握红火蚁的分布和发生数量情况，为制定管理策略和控制措施提供理论依据，防止红火蚁对农林业生产及人民身心健康造成重大的危害。如何快速准确地鉴定红火蚁发生的相关信息是目前研究的难题。

目前，监测红火蚁发生的主要方法为火腿肠引诱法和酒精陷阱法，火腿肠引诱法为切取火腿肠薄片置于透明塑料瓶底部，放置于地面，30分钟后收集统计红火蚁数量。酒精陷阱法如下：将透明离心管，装入酒精后埋于土壤中，使其顶端与地表面齐平，放置24小时后取回并统计离心管内红火蚁工蚁数量。这两种方法均有其明显的缺点，火腿肠引诱法中，当食物被取食完后，蚂蚁离开，则不能判断火腿肠是否是被红火蚁还是其他蚂蚁取食。酒精陷阱法则耗时长(24小时)，收集的红火蚁数量较少，监测的效率低，不能真实的反应红火蚁的发生数量，如果入侵区域红火蚁的发生数量较少，则不能有效监测红火蚁的发生。

如果新入侵区域的红火蚁发现不及时，会延误红火蚁防治的最佳时期，造成不必要的经济损失，所以利用常用的监测方法不能真实及时地反映红火蚁的发生和分布。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于5G通讯技术的红火蚁分布区域侦察机器人，能够快速高效地鉴定红火蚁的发生，及时掌握红火蚁的分布和发生数量情况，为制定管理策略和控制措施提供理论依据。

技术方案

一种基于5G通讯技术的红火蚁分布区域侦察机器人，包括履带车基座、诱饵投放装置、图像获取装置、传感器模块、设备通讯模块，履带车基座底部安装有诱饵投放结构和图像获取装置，履带车基座上部固定设置有用于测量并接收信息的传感器模块、用于信息传输的设备通讯模块。

进一步的，图像获取装置包括摄像头和补光环形灯，摄像头用于获取诱饵附近的图像并传送给设备通讯模块，补光环形灯为摄像头提供充足的补充光源。

进一步的，传感器模块包括GPS接收装置、电子罗盘、惯性测量单元、里程计和超声波传感器，GPS接收装置用于接收位置信息，电子罗盘用于判断航向，惯性测量单元用于测量三轴姿态角或角速率以及加速度，里程计用于提供实时位置信息，超声波传感器用于辅助避障。

进一步的，诱饵投放装置包括诱饵盒，诱饵盒的顶部设置有盒盖，盒盖上设置有饵料补给口，盒盖上侧固定连接有舵机，舵机的下端动力连接有转轴，转轴的下端固定连接有扇形片，诱饵盒的底部设置有出饵口，扇形片紧贴诱饵盒的内部底壁且能够遮住出饵口。

进一步的，设备通讯模块采用5G通讯技术,设备通讯模块5将摄像头11拍摄的图像发送到云端，然后将数据储存于云端并在云端上对图像数据进行处理与分析，然后将处理与分析的结果利用5G通讯技术发送到电脑端或手机的APP开发端。

进一步的，处理与分析采用YOLOv4-TIA检测方法，检测方法融合改进了PANet结构与Triplet Attention机制。

进一步的，对于红火蚁的计数采用一种基于Detect-Density网络的小目标害虫识别与计数方法。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：能够按规划路线于关键路径点投放诱饵，并在各个关键路径点投放完毕后回到初始投放点拍摄诱饵图像，然后将摄像头11拍摄的图像通过5G通讯技术发送到云端，然后将数据储存云端并对图像数据进行处理与分析，然后将处理与分析的结果利用5G通讯技术发送到电脑端或者手机的APP开发端，生成区域红火蚁分布和发生数量情况GIS地图，及时掌握红火蚁的分布和发生数量情况，快速高效地鉴定红火蚁的发生，为制定管理策略和控制措施提供理论依据；采用履车带基座，应用地形广泛，满足户外地形地质复杂的情况，尤其是在红火蚁常见的降水量较大，道路较为泥泞的区域。

附图说明

图1是本发明一种基于5G通讯技术的红火蚁分布区域侦察机器人的整体结构示意图；

图2是诱饵投放装置的拆分结构示意图；

图3是诱饵投放装置的整体结构示意图；

图4是图像获取装置的结构示意图。

其中，1-履带车基座；2-诱饵投放结构；3-图像获取装置；4-传感器模块；5-设备通讯模块；6-扇形片；7-转轴；8-舵机；9-诱饵盒；10-补光环形灯；11-摄像头；12-饵料补给口；13-盒盖；出饵口14。

具体实施方式

为更好地说明阐述本发明内容，下面结合附图和实施实例进行展开说明：

如图1-图4所示，一种基于5G通讯技术的红火蚁分布区域侦察机器人，包括履带车基座1、诱饵投放装置2、图像获取装置3、传感器模块4、设备通讯模块5，履带车基座1底部安装有诱饵投放结构2和图像获取装置3，履带车基座1上部固定设置有用于测量并接收信息的传感器模块4、用于信息传输的设备通讯模块5。

进一步的，图像获取装置3包括摄像头11和补光环形灯10，摄像头11用于获取诱饵附近的图像并传送给设备通讯模块5，补光环形灯10为摄像头11提供充足的补充光源。

进一步的，传感器模块4包括GPS接收装置、电子罗盘、惯性测量单元、里程计和超声波传感器，GPS接收装置用于接收位置信息，电子罗盘用于判断航向，惯性测量单元用于测量三轴姿态角或角速率以及加速度，里程计用于提供实时位置信息，超声波传感器用于辅助避障。

进一步的，诱饵投放装置2包括诱饵盒9，诱饵盒9的顶部设置有盒盖13，盒盖13上设置有饵料补给口12，盒盖13上侧固定连接有舵机8，舵机8的下端动力连接有转轴7，转轴7的下端固定连接有扇形片6，诱饵盒9的底部设置有出饵口14，扇形片6紧贴诱饵盒9的内部底壁且能够遮住出饵口14，工作过程中，旋转扇形片6打开出饵口14进行诱饵投放，投放完成后关闭出饵口14，移动至下一诱饵投放点重复以上操作，诱饵耗尽后，通过盒盖13上的饵料补给口12进行人工补充诱饵。

进一步的，设备通讯模块5采用5G通讯技术,5G通讯技术具有较快的上传和下载速度，连接更快也更加稳定，能够提高图像数据的处理效率，设备通讯模块5将摄像头11拍摄的图像发送到云端，然后将数据储存于云端并在云端上对图像数据进行处理与分析，然后将处理与分析的结果利用5G通讯技术发送到电脑端或手机的APP开发端，实现远程实时查看，具有可操作性。

进一步的，处理与分析采用YOLOv4-TIA检测方法，检测方法融合

改进了PANet结构与Triplet Attention机制，使得检测方法的检测速度更快，实现了速度和精度的最佳平衡，在不大规模增加模型复杂度、保证模型实时性的基础上，大幅提升了在红火蚁图像检测任务上的综合性能，红火蚁计数采用一种基于Detect-Density网络的小目标害虫识别与计数方法，该方法将密度评估应用到高聚集性小目标害虫识别与计数领域，其核心思想是通过密度分类网络、目标检测网络与密度评估网络完成小目标害虫识别与计数任务，该方法主要步骤为：

1、生成密度分类网络模型完成图像中害虫密集度分类，实现低密度与中高密度害虫图像的有效分离；

2、将低密度分布的害虫图像输入到目标检测网络，而将中高密度分布的害虫图像输入到设计的密度评估网络；

3、将目标检测网络与密度评估网络输出结果融合，得到准确的害虫数量。

具体地，为实现在大尺度范围、非特定应用环境中的机器人自主导航，减小地图构建成本，采用高德卫星地图来实现机器人全局导航路径规划，路径规划采用环形构建方式，具有两种工作模式：自动规划和手动规划；

在自动规划模式下，用户只需在地图上单击设定目标点，通过调用高德地图步行规划API即可获取表示最短路径的关键路径点序列；

在手动规划模式下，用户需要在地图上依次点击增加机器人待通过的各个关键路径点，并调整生成最终的关键路径点序列；

由于机器人当前位置点的坐标可从GPS接收装置获得，其输出的坐标一般采用的是WGS84地理坐标系，而高德卫星地图采用的是GCJ-02地理坐标系，因此在路径规划时首先需将机器人的WGS84坐标转换成GCJ-02坐标；

规划完成后，得到一个由GCJ-02坐标序列表示的全局导航路径，由于WGS84和GCJ-02坐标系均为球面坐标系，为了更好地进行机器人位置估计，距离与偏航角计算，最终将所有坐标均转换至UTM平面地理坐标系统中。

机器人按规划路线于关键路径点投放诱饵，在各个关键路径点投放完毕后回到初始投放点拍摄诱饵图像，将摄像头11拍摄的图像通过5G通讯技术发送到云端，然后将数据储存云端并对图像数据进行处理与分析，并将处理与分析的结果利用5G通讯技术发送到电脑端或者手机的APP开发端，生成区域红火蚁分布和发生数量情况GIS地图，为制定管理策略和控制措施提供理论依据。

此外，需要说明的是，以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。