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無人機整機
無人機配件
無人機服務(wù)
設(shè)備與工具
3 數(shù)據(jù)處理模塊
3.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
將以按時間劃分的元數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為以 RFID 進行劃分的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊采集到的元數(shù)據(jù)格式 Data1= {t1，long1， lati1，{{rfid1，rssi1｝， {rfid2，rssi2｝。｝｝。由于每項數(shù)據(jù)是以時間為主鍵進行的劃分，不便于后期的數(shù)據(jù)分析處理，需要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以 RFID 號為主鍵的劃分。轉(zhuǎn)化方法為遍歷每個rssi和經(jīng) 緯度數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換后格式為 Data= {rfid1， {rssi1，{long1，lati1｝，{rssi2，{long2，lati2｝，… …｝｝｝。
3.2 根據(jù)信號強度修正地理位置
裝載于無人機上的 RFID 讀卡器在一百多米的范圍內(nèi)掃描
RFID 卡，掃描范圍R，掃描距離在地面的投影距離 L 和飛行高度高度 H 的關(guān)系是：
（1）假設(shè)無人機的飛行高度為 30 米， 讀卡器的讀卡范圍是
150米，計算得到地面上的覆蓋高度是146米。
由于 RFID 讀卡器讀卡距離過長， 定位精度不高。若采用縮短 RFID 讀卡器讀卡距離的方法提高精度， 則需要無人機在同一區(qū)域內(nèi)掃描的路徑更為密集。本系統(tǒng)使用信號強度 （RS- SI） 修正目標位置范圍的方法來提高位置精度。
根據(jù) RSSI和距離的公式：
（2）則
（3）其中：n 代表信號傳播常量，d 代表距發(fā)射器間的距離; A 代表距離 1 m 時的接收信號強度。RSSI值會隨著距離的增加按如式 （2） 遞減。即RSSI的值越高，采集的位置數(shù)據(jù)越精確。于是對地理位置的作如下糾正：
1） 在每個 RFID 對應(yīng)的所有經(jīng)緯度數(shù)據(jù)中選擇 RSSI值最大的經(jīng)緯度作為采集經(jīng)緯度。
2） 根據(jù)公式 （3），使用RSSI值計算真實經(jīng)緯度與采集經(jīng)緯度的偏移距離。
牲畜定位位置為經(jīng)緯度加偏移距離。即牲畜位于以經(jīng)緯度位置點為圓心，以偏移距離為半徑的圓范圍內(nèi)。
4 數(shù)據(jù)顯示模塊
數(shù)據(jù)顯示模塊包括移動 App 客戶端和服務(wù)器系統(tǒng)。App客戶端除了使用本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊提供的牲畜地理位置數(shù)據(jù) 外，還使用了谷歌的離線數(shù)字地圖。如圖4， 用戶可以在地圖上查看到放養(yǎng)牲畜的地理位置點。利用地理位置數(shù)據(jù)等信息， 可以有效提高養(yǎng)殖戶對牲畜的日常管理效率。
App客戶端提供的功能包括：
1） 每個牲畜最新位置展示。
App提供的基本功能是請求保存在服務(wù)器端的牲畜位置數(shù)據(jù)。
2） 牲畜位置導航。
App配合藍牙讀卡器對牲畜進行精確定位。養(yǎng)殖人員攜帶手機 App和 RFID 閱讀器，RFID 閱讀器接收到附近的 RFID 標簽信號，通過藍牙在手機 APP 上顯示， 從而提示使用者該RFID 的距離遠近，使用者可以根據(jù)此提示方便找到目標位置。
圖4 牧畜管理APP客戶端
3） 基于位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析和查詢服務(wù)。
提供每個牲畜和 RFID 設(shè)備間的綁定和解除綁定， 能夠添加對應(yīng)牲畜的種類、性別、生日等基本數(shù)據(jù)。
5 系統(tǒng)實驗
5.1 實驗方法
利用本系統(tǒng)對安徽省合肥市肥西縣一大型養(yǎng)殖場散養(yǎng)的其中五十頭羊進行定位實驗。假定使用 GPS 測量的地理位置為實際位置。采用多次無人機巡航測量得到測量位置和 GPS 設(shè)備測量的位置作對比， 并分別求出誤差值， 最終得出平均誤差。
5.2 實驗步驟
1） 把 RFID 讀卡器、一個安卓手機綁在無人機上， 并設(shè)置好手機通過藍牙可以連接 RFID 讀卡器。
2）把每個 RFID 設(shè)備系在選定的羊的脖子上。
3） 把 GPS 設(shè)備同時系在帶有 RFID 設(shè)備的那幾只羊脖 子上;
把幾只帶有 RFID 的羊放回到羊群， 開啟無人機執(zhí)行預(yù)定軌道的巡航，無人機上的讀卡器掃描到 RFID 設(shè)備， 通過藍牙傳輸?shù)綗o人機上的手機，手機通過4G 移動網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器。
4） 無人機巡航幾次求得當次待測羊群的測量位置值。
5） 把之前帶測量的羊群設(shè)備換到另外一批羊群上， 重復做無人機巡航測量。
5.3 實驗結(jié)果和分析
以下為無人機飛行一次測量值和實際值，數(shù)據(jù)全部使用東經(jīng)和北緯。
通過5論測試之后， 得到通過本論文方法的測量誤差為8.24 M。此誤差對于放養(yǎng)牛羊等牲畜的定位， 具有實際使用價值。
實驗結(jié)果表明，本文所設(shè)計的基于RFID 和無人機的畜牧定位系統(tǒng)所采集到的養(yǎng)只位置數(shù)據(jù)在理論位置估計范圍內(nèi)， 定位有較高的可靠性和精確度。
6 結(jié) 語
本文針對大規(guī)模放養(yǎng)牲畜的需求， 設(shè)計實現(xiàn)了基于 RFID和無人機的畜牧定位系統(tǒng)。重點研究了移動機器人的全覆蓋路徑規(guī)劃和基于 RSSI的地理位置修正。實驗結(jié)果表明該定位系統(tǒng)能以較低的成本價格解決養(yǎng)殖戶在牲畜放養(yǎng)情況下出現(xiàn)的難以統(tǒng)計和容易走丟等問題，并且使用方便。
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