CN101877781A - 基于远程监控的农田信息实时采集系统、装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了基于远程监控的农田信息实时采集系统、装置及方法。在系统中，环境参数采集前端通过各环境要素传感器将实时采集的多路环境要素参数信号输出到数据采集装置；视频图像采集前端通过摄像机将实时拍摄的农田对象的图像信号输出到数据采集装置；数据采集装置对输入的多路环境要素参数信号和视频图像信号进行处理，将产生的多路环境要素信息和视频图像信息打包成一路信息，待上传到远程服务端和/或客户端；供电设备向数据采集装置提供工作电源。本发明通过将农田环境和农作物生长发育状况等信息有机地结合，为农业专家、决策者和农业生产者等做出决策和举措提供了直观、可信的参考信息。

Description

基于远程监控的农田信息实时采集系统、装置及方法

技术领域

本发明涉及农田信息实时监测技术，尤其涉及基于远程监控技术的农田信息实时采集系统、装置及方法。

背景技术

农业是中国国民经济的基础。农田信息监测信息是组织和指导农业生产的重要依据，对各级政府指导生产和制定政策都至关重要。农田生长环境和农作物生长发育状况等作为农田信息监测的重要内容，亦是作物产量评估和预报的必要前提，还可为作物灾损和农业灾害风险评价提供数据支撑与科学依据。

就目前的农田信息监测方法来看，主要有人工定期定点观测、自动气象台站、现场数据采集装置以及结合卫星遥感技术等方法。传统的人工观测方法不但耗费人力物力，而且将观测结果逐级向上汇报有一定的时间滞后性。上世纪80年代从国外引进的自动气象站技术和现场数据采集装置技术，在农田信息监测领域得到了较为广泛的应用。特别是随着近年来微计算机技术和通讯技术的发展，越来越多的农业科研和生产部门，相继引入并运用了自动化数据监测和控制管理等项手段。但是，气象台站监测设备并不是专门针对农田作物配置的，故安放位置通常距农田较远，用其反映农田信息存在较大偏差。传统数据采集装置只能实时采集变量数值，无法看到现场作物实际生长的图像。并且，大多数数据采集装置受数据传输条件的限制，数据只能存储在采集器上，需要定时派人到现场下载，无法及时获得现场的第一手资料，在实际使用中未能很好地发挥出信息系统的现代化优势。另外，各部门之间的协作较少，很难达到信息共享，同样也影响了地面有效数据的可用性。

随着卫星遥感技术的发展，其在大尺度农田信息监测中的应用越来越广泛和深入。但是，由于现有的卫星图像空间分辨率相对较低以及同物异谱、异物同谱等物谱差异的存在，导致遥感技术无法准确获得农田尺度作物信息，再加上地面调查样本的不足，都在一定程度上影响了卫星遥感监测结果的精度。

近年来，国内外逐渐开展了农田信息实时采集、远程监控系统及装置的研制工作。

有关农田信息采集、设备研制和远程监控方面的技术以日本居多。经对日本现有技术的文献检索发现，其在农田环境(气象信息、土壤信息)和作物生长发育状况信息采集方面均具有发明专利申请。其中，

与农田环境(气象和土壤信息)相关的代表性专利有：

1)专利申请号2003-425471，专利名称为基于自然供电系统的环境监测装置(自然エネルギ一で駆動する環境計测装置)；

2)专利申请号2003-333527，专利名称为农业信息传输系统(農業情報配信システム)；3)专利申请号2001-6054，专利名称为农业经济支助系统(農業ビジネス支援システム)。

与农作物生长发育状况相关的代表性专利有：

1)专利申请号PCT/JP2004/007531，专利名称为自主运行控制系统(自律稼働制御システム)；

2)专利申请号2000-377551，专利名称为远程农业支助系统(遠隔地農業支援システム)。

分析和总结日本的相关专利，主要在以下几方面存在局限：

(1)没有将农田环境信息(气象、土壤信息)和农作物生长发育状况信息进行有效地集成；

(2)没有将气象、土壤和视频图像要素的采集功能、交换功能以及供电功能进行有效地集成。

(3)用户端服务对象更多考虑的是农户本身，较少涉及农业管理部门、科研院所以及社会公众。

经过对国内现有技术的文献检索发现，有以下一些有代表性的相关专利文献：

中国专利申请号200510029659.0，专利名称为基于GPRS/GSM/GPS的大尺度农田墒情远程监测系统，该系统包括若干信息采集模块、数据无线网络传输模块、远程接收及监控平台模块，由埋设在土壤中的若干传感器采集土壤墒情信息，并通过GPRS/GSM/GPS网络通讯技术实现数据传输、接收和远程监控。

中国专利申请号200520118828.3，专利名称为棉田环境参数实时采集与远程管理装置，该装置整体结构由数据采集终端和集中监控中心两部分组成；其中，数据采集终端采集雨量、风速、光照、地温和水分等数据，采集到的数据通过GSM网络传至集中监控中心，由其决策支持软件将决策结果以SMS短信形式发送到用户手机上，实现对膜下滴灌棉田水分智能化管理。

中国专利申请号200620019802.8，实用新型专利名称为农田信息采集器，本实用新型不需要管理人员亲临测量，就能够对农田作物的病虫害情况等信息进行自动采集、取得数据以指导管理人员进行田间管理，连接温度、湿度传感器后还可以对农田中的水分、空气温度、湿度、作物叶面湿度等信息进行自动采集，增加远程通信控制器即可实现远程监控。

总体来看，国内相关专利存在以下几方面局限：

(1)没有将可监测农作物生长发育状况的视频图像功能引入农业领域；

(2)没有实现气象信息、土壤信息和农作物生长发育状况信息的有效集成。

由于以上现有技术的局限，使得无论是农业专家、决策者还是农业生产者，在面对农业环境的变迁、农作物长势、农业灾害的预防和控制、灾害损失与风险评价以及减灾应对措施的制定时，难以高速、高效地做出响应决策。

因此，研究基于远程监控的农田信息实时采集系统、装置和方法，不仅能够有效地弥补其它监测手段的不足，而且可以大大提高农田监测的精度，并实现农田信息有效共享，以服务于各层次农业生产和建设的需要。不仅如此，基于远程监控的农田信息实时采集系统还能利用网络传输跨越地域的限制，让用户及时了解农田环境和作物数据，并将实时监测的图像及时地传递回监控中心，给人以身临其境的感觉。在这一点上，对于农业生产的掌控，特别是针对农业环境的变迁、作物长势、农业灾害预防和控制、灾害损失与风险评价以及减灾应对措施的正确制定等，均具有十分重要的应用意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于远程监控的农田信息实时采集系统、装置及方法，能够将农田环境信息(气象信息、土壤信息)以及农作物生长发育状况信息等有机地结合在一起，从而实现农田信息的可视化实时监测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于远程监控的农田信息实时采集系统，包括：数据采集装置、分别与所述数据采集装置连接的环境参数采集前端、视频图像采集前端以及供电设备，其中：

环境参数采集前端，用于通过各环境要素传感器将实时采集的多路环境要素参数信号输出到数据采集装置；

视频图像采集前端，用于通过摄像机对准拍摄对象将实时拍摄下来的图像信号输出到数据采集装置；

数据采集装置，用于对输入的多路环境要素参数信号和视频图像信号进行信号处理，并将处理后的多路环境要素信息和视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待上传到远程服务端和/或客户端；

供电设备，用于向数据采集装置提供必要的工作电源。

优选地，

所述环境要素传感器至少包括：风速传感器、风向传感器、光合有效辐射传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、雨量传感器、土壤温度传感器以及土壤湿度传感器；

摄像机，包括模拟摄像机和/或数码摄像机；

数据采集装置，输入的信号包括数字信号、模拟信号以及频率信号中的一种或多种，输出的是一路数字信号。

优选地，

数据采集装置，还用于将从远程服务端或客户端接收的控制命令信息至少分发成多路环境要素控制命令和/或视频控制命令，多路环境要素控制命令下传到环境参数采集前端，视频控制命令下传到视频图像采集前端；

环境参数采集前端，还用于在多路环境要素控制命令的控制下，设置各环境要素传感器相应的上传数据的间隔时间；

视频图像采集前端，还包括球形云台、枪型云台以及万向云台中的一种或多种，用于在所述视频控制命令的控制下动作，从而调整摄像机的拍摄角度和距离。

优选地，

数据采集装置，还用于存储处理后的多路环境要素信息和视频图像信息；将控制命令信息还分发成数据上传控制命令，在该数据上传控制命令的控制下，将存储的多路环境要素信息和视频图像信息打包成一路信息，待上传到远程服务端和/或客户端。

优选地，

供电设备，向数据采集装置提供的工作电源具有二级通讯端口防雷保护功能。

优选地，

供电设备，通过太阳能板和太阳能控制器将太阳能转换成电能作为工作电源，或者，通过风能发电机将风能转换成电能作为工作电源，并且，通过电池储存太阳能和/或风能转换成的电能；或者，通过电源线引入标准市电作为工作电源。

优选地，数据采集装置包括数据采集模块、数据交换模块、数据存储模块以及电源模块，其中：

数据采集模块，分别与数据交换模块和数据存储模块连接，用于将从数据交换模块输入的多路环境要素控制命令和视频控制命令，分别相应地下传到环境参数采集前端和视频图像采集前端；将从各环境要素传感器输入的各环境要素参数信号还原成相应的环境要素数据，并将从摄像机输入的视频图像信号转换成视频图像数据，然后对多路环境要素数据和视频图像数据进行信号处理后，产生的多路环境要素信息和视频图像信息分别输出给数据交换模块和数据存储模块；

数据交换模块，用于将接收的控制命令信息分发成多路环境要素控制命令、视频控制命令以及数据上传控制命令中的一种或多种，该多路环境要素控制命令和该视频控制命令输出给数据采集模块；将从数据采集模块输入的多路环境要素信息和所述视频图像信息打包成一路信息；或者，在数据上传控制命令的控制下，将存储在数据存储模块内的多路环境要素信息和视频图像信息打包成一路信息，待上传给远程服务端和/或客户端；

数据存储模块，用于存储从数据采集模块输入的多路环境要素信息和视频图像信息；

电源模块，分别与供电设备、数据采集模块、数据交换模块以及数据存储模块连接，用于将供电设备输出的工作电源进行变压、稳压，分别提供给数据采集模块、数据交换模块以及数据存储模块直流电源电压。

优选地，

数据存储模块，采用安全数字SD卡存储处理后的多路环境要素信息和视频图像信息。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于远程监控的农田信息实时采集装置，包括数据采集模块、数据交换模块以及电源模块，其中：

数据采集模块，与所述数据交换模块连接，用于将从各环境要素传感器输入的多路环境要素参数信号和从摄像机输入的视频图像信号进行信号处理，并将处理后的多路环境要素信息和视频图像信息输出给数据交换模块；

数据交换模块，用于将输入的多路环境要素信息和视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待上传给远程服务端或客户端；

电源模块，分别与数据采集模块以及数据交换模块连接，用于将供电设备输出的工作电源进行变压、稳压，分别提供给数据采集模块及数据交换模块直流电源电压。

优选地，

多路环境要素参数信号至少包括：风速、风向、光合有效辐射、空气温度、空气湿度、雨量、土壤温度以及土壤湿度；

数据数据采集模块，输入的信号包括数字信号、模拟信号以及频率信号中的一种或多种。

优选地，

数据交换模块，还用于将从远程服务端或客户端接收的控制命令信息至少分发成多路环境要素控制命令和/或视频控制命令，该多路环境要素控制命令下传到环境参数采集前端，该视频控制命令下传到视频图像采集前端；

多路环境要素控制命令，用于控制环境参数采集前端设置各环境要素传感器相应的上传数据的间隔时间；

视频控制命令，用于控制视频图像采集前端中云台的动作，从而调整摄像机的拍摄角度和距离。

优选地，数据采集装置还包括分别与数据采集模块、数据交换模块连接的数据存储模块，其中：

数据采集模块，还用于将处理后的多路环境要素信息和视频图像信息输出给数据存储模块；

数据存储模块，用于存储输入的多路环境要素信息和视频图像信息；

数据交换模块，还用于将接收的控制命令信息分发成数据上传控制命令，在数据上传控制命令的控制下将存储在数据存储模块内的多路环境要素信息和视频图像信息打包成一路信息，待上传到远程服务端和/或客户端。

优选地，

数据存储模块，采用安全数字SD卡存储处理后的多路环境要素信息和视频图像信息。

优选地，数据采集模块包括：控制单元以及分别与控制单元连接的环境参数接口、视频接口以及采集-处理单元，数据交换模块包括交换端口；其中：

数据采集模块，在控制单元的控制下，将从数据交换模块输入的多路环境要素控制命令和视频控制命令，分别通过环境参数接口和视频接口相应地下传到环境参数采集前端和视频图像采集前端；通过环境参数接口将从各环境要素传感器输入的各环境要素参数信号还原成相应的环境参数数据，并通过视频接口将从摄像机输入的视频图像信号还原成视频图像数据，然后对环境要素数据和视频图像数据通过所述采集-处理单元进行信号处理后，产生的多路环境要素信息和视频图像信息分别输出给数据存储模块以及数据交换模块；

数据交换模块，用于通过多通道将输入的多路环境要素信息和视频图像信息打包成一路信息通过交换端口输出；或者，通过交换端口接收控制命令信息，分发成的多路环境要素控制命令和视频控制命令输出到数据采集模块；或者将接收的控制命令信息分发成数据上传控制命令，在数据上传控制命令的控制下，从数据存储模块读取多路环境要素信息和视频图像信息，并打包成一路信息通过交换端口输出。

优选地，

数据交换模块的交换端口采用双通讯多通道交换端口RJ45/RS48，并采用以太网设备供电POE技术，且该交换端口具备宽电压3～60V供电范围，具有二级通讯端口防雷保护。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于远程监控的农田信息实时采集方法，包括：

输入环境参数采集前端实时采集的多路环境要素参数信号，并将多路环境要素参数信号还原成相应的环境要素参数数据；同时，输入视频图像采集前端实时采集的拍摄对象的视频图像信号，并将视频图像信号转换成视频图像数据；

分别将多路环境要素参数数据、视频图像数据进行信号处理，并将处理后产生的多路环境要素信息和视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待上传给远程服务端和/或客户端。

优选地，

多路环境要素参数信号至少包括：风速、风向、光合有效辐射、空气温度、空气湿度、雨量、土壤温度以及土壤湿度；

输入的信号包括数字信号、模拟信号以及频率信号中的一种或多种。

优选地，在输入多路环境要素参数信号和视频图像信号之前，还包括：

将从远程客户端或服务端接收的控制命令信息至少分发成多路环境要素控制命令和/或视频控制命令；将该多路环境要素控制命令下传到环境参数采集前端，将该视频控制命令下传到视频图像采集前端；

环境参数采集前端在多路环境要素控制命令的控制下，设置各环境要素传感器相应的上传数据的间隔时间；视频图像采集前端中的云台在视频控制命令的控制下动作，从而调整摄像机的拍摄角度和距离。

优选地，在将多路环境要素参数数据、视频图像数据进行信号处理后还包括：存储处理后产生的多路环境要素信息和视频图像信息。

优选地，该方法还包括：

将从控制命令信息还分发成数据上传控制命令，在该数据上传控制命令的控制下，将存储的多路环境要素信息和视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待上传给远程服务端和/或客户端。

采用本发明的基于远程监控的农田信息实时采集系统、装置及方法，由于能够将农田环境信息(气象信息、土壤信息)和农作物生长发育状况信息等有机地结合在一起，实现了农田信息的可视化实时监测，从而能够为农业专家、决策者以及农业生产者等做出决策和有效举措提供直观、可信的参考信息和数据。

附图说明

图1为本发明的基于远程监控的农田信息实时采集系统的结构框图；

图2为本发明的农田信息实时采集系统的现场安装配置示意图；

图3为图1所示的农田信息实时采集系统中数据采集装置的结构框图；

图4为本发明的基于远程监控的农田信息实时采集方法流程图。

具体实施方式

本发明的基于远程监控的农田信息实时采集系统，包括：环境参数采集前端、视频图像采集前端、数据采集装置以及供电设备，其中：环境参数采集前端通过各种环境要素传感器将采集测量的多路环境要素参数信号传输到数据采集装置，视频图像采集前端通过云台的动作，将摄像机对准拍摄对象(农作物等)实时拍摄下来的视频图像信号传输到数据采集装置，数据采集装置将多路环境要素参数信号和视频图像信号进行信号处理，并存储处理后的多路环境要素信息和视频图像信息，同时将多路环境要素信息和视频图像信息打包成一路信息，待传输给远程服务端和/或客户端。

以下结合附图和优选实施例，对本发明的上述技术构思展开叙述，以期清晰、完整地披露和展现本发明的技术方案。以下实施例仅用于说明和解释本发明，而非用于限制本发明。本发明技术方案的保护范围，当以权利要求书中的权利要求为准。

图1表示的是本发明的基于远程监控的农田信息实时采集系统的结构框图。该信息采集系统100包括数据采集装置130、分别与数据采集装置130连接的环境参数采集前端110、视频图像采集前端120以及供电设备140，其中：

环境参数采集前端110，用于在数据采集装置130下传的多路环境要素控制命令的控制下，设置各环境要素传感器相应的上传数据的间隔时间，通过各环境要素传感器将实时采集的多路环境要素参数信号输出到数据采集装置130；

在此，针对不同的环境要素，各环境要素传感器通过远程控制命令可设置相应的上传数据的间隔时间，譬如设置为每5分钟上传一次数据，或每1分钟上传一次数据，不同的环境要素上传数据的间隔时间可任意设置。

环境要素传感器至少包括：风速传感器、风向传感器、光合有效辐射传感器、空气温、湿度传感器、雨量传感器、土壤温、湿度传感器。

视频图像采集前端120，用于通过云台在数据采集装置130下传的视频控制命令的控制下动作，将摄像机对准拍摄对象(农作物等)实时拍摄下来的图像信号输出到数据采集装置130；

在此，通过远程控制命令控制云台的动作，从而操控摄像机的拍摄角度和距离。

云台包括球形云台、枪型云台以及万向云台中的一种或多种，摄像机包括模拟摄像机和/或数码摄像机。

当然，环境参数采集前端110、视频图像采集前端120均可以在系统默认命令的控制下进行环境参数信号的采集或图像信号的采集。

数据采集装置130，用于将接收的远程控制命令下传，对输入的多路环境要素参数信号和视频图像信号进行信号处理，存储处理后的多路环境要素信息和视频图像信息，同时将多路环境要素信息和视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待传输到远程服务端或客户端；

数据采集装置130可输入的信号至少包括多路的数字信号(包含视频信号)、模拟信号(电流、电压、电阻、脉冲及方波等)以及频率信号中的一种或多种，并对于多种量程、多种信号电平都能兼容，适合多类环境监测的传感器；数据采集装置130输出的是一路数字信号。

供电设备140，用于向数据采集装置130提供必要的工作电源。

向数据采集装置130提供的工作电源具有二级通讯端口防雷保护功能(参见图2中的避雷线)。

并且，供电设备140的最大特点，是其除了通过电源线将标准市电引入作为电源外，还能够充分利用自然能量，譬如，通过太阳能板和太阳能控制器将太阳能转换成电能；或者，通过风能发电机将风能转换成电能，作为供电电源提供给数据采集装置130。而且，太阳能或风能转换成的电能，均能够通过电池储能，以便在阴天或无风的天气仍能通过该电池为数据采集装置130提供充足的电源。

如图2所示，为图1所示的农田信息实时采集系统的现场安装配置示意图。在一块农田的上空和地下，分别安装有各种环境要素传感器，至少包括：风速传感器、风向传感器、光合有效辐射传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、雨量传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器，还安装有视频图像设备；这些传感器分别将采集测量的风速、风向、光合有效辐射、空气温、湿度、农田雨量、土壤温、湿度等环境要素参数值传输到数据采集装置上，并且，视频图像设备将实时拍摄的农田现场作物、土壤等图像传输到数据采集装置上；该数据采集装置可通过太阳能转换的电能进行供电。

如图3所示，为本发明的数据采集装置130实施例的结构框图，该数据采集装置包括数据采集模块1310、数据存储模块1320以及数据交换模块1330，还包括分别与这三个模块连接的电源模块1340，其中：

数据采集模块1310，用于在控制单元的控制下，将从数据交换模块1330输入的多路环境要素控制命令信号和/或视频控制命令，分别通过环境参数接口和视频接口相应地下传到环境参数采集前端110和视频图像采集前端120；通过环境参数接口将从各环境要素传感器输入的各环境要素信号还原成相应的环境参数数据，并通过视频接口将来自摄像机的视频图像信号转换成视频图像数据，然后对各环境要素数据和视频图像数据通过采集-处理单元进行信号处理后，分别输出给数据存储模块1320以及数据交换模块1330；

在此，各环境要素信号包括开关量、格雷码、电流、电压、电阻、脉冲、方波以及频率等。即通过环境参数接口将这些环境要素信号处理、还原成相应的标准环境参数数据。

数据存储模块1320，用于存储输入的各环境要素数据和视频图像数据；

在此，数据存储模块1320采用安全数字(SD，Secure Digital)SD卡将输入的数据存储在本地。该SD卡用于在上传的数据不完整时作为弥补，通过远程控制命令到该SD卡里取数据，以确保整体农田数据的完整性。

数据交换模块1330，用于通过多通道将输入的环境要素数据和视频图像数据打包成统一规格的一路信息通过交换端口输出，待远程传输；或者，通过交换端口接收远程控制命令信息，并将远程控制命令信息分发成多路环境要素控制命令信号和/或视频控制命令信号输出到数据采集模块1310；将远程控制命令信息还分发成数据上传命令信号，在数据上传命令信号的控制下读取数据存储模块1320中存储的各环境要素数据和视频图像数据，并打包成统一规格的一路信息通过交换端口输出，待上传。

在此，交换端口采用双通讯多通道交换端口RJ45/RS48，采用以太网设备供电(POE，Power Over Ethernet)技术，能够在确保现有结构化布线及供电安全的同时，保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本和设备安装的难易程度。并且，该交换端口具备宽电压3～60V供电功能，具有二级通讯端口防雷保护。

电源模块1340，用于将供电设备140提供的电源电压进行变压、稳压，分别提供给数据采集模块1310、数据交换模块1320以及数据存储模块1330直流电源电压。

电源模块1340提供的直流电源电压范围为3-60V。

如图4所示，为本发明提供的基于远程监控的农田信息实时采集方法流程，包括如下步骤：

410：将从远程客户端或服务端接收的控制命令下传到环境参数采集前端和视频图像采集前端；

当然，环境参数采集前端、视频图像采集前端均可以在系统默认命令的控制下进行实时的环境参数信号的采集或图像信号的采集。

420：输入环境参数采集前端实时采集的多路环境要素参数信号，并将其还原成相应的环境要素参数数据；输入视频图像采集前端实时采集的对象的视频图像信号，并将其转换成视频图像数据；

本发明在农田信息实时采集装置中的数据采集模块，通过环境参数接口，能够将输入的多路模拟信号的环境要素参数直接还原成相应标准的环境要素参数数据。

数据采集装置中的数据采集模块可输入的多路环境要素参数信号，包括模拟信号(电流、电压、电阻、方波、脉冲等)、数字信号(频率、开关量、格雷码、光电脉冲等)，并对于多种量程、多种信号电平都能兼容，适合多类环境监测传感器。

430：分别将多路环境要素参数数据、视频图像数据进行信号处理后存储，并将处理的多路信息打包成统一规格的一路信息，待远程传输。

采用SD卡将处理后的数据存储在本地。该SD卡用于在上传的数据不完整时作为弥补，通过远程控制命令到该SD卡里取数据，以确保整体农田信息数据的完整性。

本发明在农田信息实时采集装置中的数据交换模块，通过数据交换功能，将处理的多路信息打包成统一规格的一路信息；或者，将远程传输过来的一路控制命令信息分发成多路控制信息。

双通讯多通道交换端口RJ45/RS48采用POE供电，能够在确保现有结构化布线及供电安全的同时，保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本和设备安装的难易程度。并且，该交换端口具备宽电压3～60V供电功能，具有二级通讯端口防雷保护。

综上所述，本发明的基于远程监控的农田信息实时采集系统、装置及方法，不仅有效地弥补了其它监测手段的不足，大大提高了农田监测的精度，实现了农田信息的有效共享，满足了各层次农业生产和建设的需要；更重要的是，由于本发明将气象、土壤等农田环境信息和农作物生长发育状况信息等有机地结合在一起，实现了农田信息的可视化实时监测，从而能够为农业专家、决策者以及农业生产者等做出决策和有效举措提供直观、可信的参考信息和数据。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以前述权利要求书所界定者为准。

Claims (20)

1.一种基于远程监控的农田信息实时采集系统，包括：数据采集装置、分别与所述数据采集装置连接的环境参数采集前端、视频图像采集前端以及供电设备，其中：

所述环境参数采集前端，用于通过各环境要素传感器将实时采集的多路环境要素参数信号输出到所述数据采集装置；

所述视频图像采集前端，用于通过摄像机对准拍摄对象将实时拍摄下来的图像信号输出到所述数据采集装置；

所述数据采集装置，用于对输入的所述多路环境要素参数信号和所述视频图像信号进行信号处理，并将处理后的多路环境要素信息和视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待上传到远程服务端和/或客户端；

所述供电设备，用于向所述数据采集装置提供必要的工作电源。

2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述环境要素传感器至少包括：风速传感器、风向传感器、光合有效辐射传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、雨量传感器、土壤温度传感器以及土壤湿度传感器；

所述摄像机，包括模拟摄像机和/或数码摄像机；

所述数据采集装置，输入的信号包括数字信号、模拟信号以及频率信号中的一种或多种，输出的是一路数字信号。

3.按照权利要求1或2所述的系统，其特征在于，

所述数据采集装置，还用于将从所述远程服务端或客户端接收的控制命令信息至少分发成多路环境要素控制命令和/或视频控制命令，所述多路环境要素控制命令下传到所述环境参数采集前端，所述视频控制命令下传到所述视频图像采集前端；

所述环境参数采集前端，还用于在所述多路环境要素控制命令的控制下，设置各环境要素传感器相应的上传数据的间隔时间；

所述视频图像采集前端，还包括球形云台、枪型云台以及万向云台中的一种或多种，用于在所述视频控制命令的控制下动作，从而调整所述摄像机的拍摄角度和距离。

4.按照权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述数据采集装置，还用于存储处理后的所述多路环境要素信息和所述视频图像信息；将所述控制命令信息还分发成数据上传控制命令，在所述数据上传控制命令的控制下，将存储的所述多路环境要素信息和视频图像信息打包成所述一路信息，待上传到所述远程服务端和/或客户端。

5.按照权利要求1或2所述的系统，其特征在于，

所述供电设备，向所述数据采集装置提供的工作电源具有二级通讯端口防雷保护功能。

6.按照权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述供电设备，通过太阳能板和太阳能控制器将太阳能转换成电能作为所述工作电源，或者，通过风能发电机将风能转换成电能作为所述工作电源，并且，通过电池储存所述太阳能和/或所述风能转换成的所述电能；或者，通过电源线引入标准市电作为所述工作电源。

7.按照权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据采集装置包括数据采集模块、数据交换模块、数据存储模块以及电源模块，其中：

所述数据采集模块，分别与所述数据交换模块和所述数据存储模块连接，用于将从所述数据交换模块输入的所述多路环境要素控制命令和所述视频控制命令，分别相应地下传到所述环境参数采集前端和所述视频图像采集前端；将从各环境要素传感器输入的各环境要素参数信号还原成相应的环境要素数据，并将从所述摄像机输入的所述视频图像信号转换成视频图像数据，然后对多路环境要素数据和视频图像数据进行信号处理后，产生的所述多路环境要素信息和所述视频图像信息分别输出给所述数据交换模块和所述数据存储模块；

所述数据交换模块，用于将接收的所述控制命令信息分发成多路环境要素控制命令、视频控制命令以及数据上传控制命令中的一种或多种，所述多路环境要素控制命令和所述视频控制命令输出给所述数据采集模块；将从所述数据采集模块输入的所述多路环境要素信息和所述视频图像信息打包成所述一路信息；或者，在所述数据上传控制命令的控制下，将存储在所述数据存储模块内的所述多路环境要素信息和视频图像信息打包成所述一路信息，待上传给所述远程服务端和/或客户端；

所述数据存储模块，用于存储从所述数据采集模块输入的所述多路环境要素信息和所述视频图像信息；

所述电源模块，分别与所述供电设备、所述数据采集模块、所述数据交换模块以及所述数据存储模块连接，用于将所述供电设备输出的所述工作电源进行变压、稳压，分别提供给所述数据采集模块、所述数据交换模块以及所述数据存储模块直流电源电压。

8.按照权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述数据存储模块，采用安全数字SD卡存储所述处理后的多路环境要素信息和视频图像信息。

9.一种基于远程监控的农田信息实时采集装置，包括数据采集模块、数据交换模块以及电源模块，其中：

所述数据采集模块，与所述数据交换模块连接，用于将从各环境要素传感器输入的多路环境要素参数信号和从摄像机输入的视频图像信号进行信号处理，并将处理后的多路环境要素信息和视频图像信息输出给所述数据交换模块；

所述数据交换模块，用于将输入的所述多路环境要素信息和所述视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待上传给远程服务端或客户端；

所述电源模块，分别与所述数据采集模块以及所述数据交换模块连接，用于将供电设备输出的工作电源进行变压、稳压，分别提供给所述数据采集模块及所述数据交换模块直流电源电压。

10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述多路环境要素参数信号至少包括：风速、风向、光合有效辐射、空气温度、空气湿度、雨量、土壤温度以及土壤湿度；

所述数据数据采集模块，输入的信号包括数字信号、模拟信号以及频率信号中的一种或多种。

11.按照权利要求9或10所述的装置，其特征在于，

所述数据交换模块，还用于将从所述远程服务端或客户端接收的控制命令信息至少分发成多路环境要素控制命令和/或视频控制命令，所述多路环境要素控制命令下传到所述环境参数采集前端，所述视频控制命令下传到所述视频图像采集前端；

所述多路环境要素控制命令，用于控制所述环境参数采集前端设置所述各环境要素传感器相应的上传数据的间隔时间；

所述视频控制命令，用于控制所述视频图像采集前端中云台的动作，从而调整所述摄像机的拍摄角度和距离。

12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括分别与所述数据采集模块、所述数据交换模块连接的数据存储模块，其中：

所述数据采集模块，还用于将所述处理后的多路环境要素信息和视频图像信息输出给所述数据存储模块；

所述数据存储模块，用于存储输入的所述多路环境要素信息和所述视频图像信息；

所述数据交换模块，还用于将接收的所述控制命令信息分发成数据上传控制命令，在所述数据上传控制命令的控制下将存储在所述数据存储模块内的所述多路环境要素信息和视频图像信息打包成所述一路信息，待上传到所述远程服务端和/或客户端。

13.按照权利要求12所述的系统，其特征在于，

所述数据存储模块，采用安全数字SD卡存储所述处理后的多路环境要素信息和视频图像信息。

14.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，所述数据采集模块包括：控制单元以及分别与所述控制单元连接的环境参数接口、视频接口以及采集-处理单元，所述数据交换模块包括交换端口；其中：

所述数据采集模块，在所述控制单元的控制下，将从所述数据交换模块输入的所述多路环境要素控制命令和所述视频控制命令，分别通过所述环境参数接口和所述视频接口相应地下传到所述环境参数采集前端和所述视频图像采集前端；通过所述环境参数接口将从所述各环境要素传感器输入的各环境要素参数信号还原成相应的环境参数数据，并通过所述视频接口将从所述摄像机输入的所述视频图像信号还原成视频图像数据，然后对所述环境要素数据和所述视频图像数据通过所述采集-处理单元进行信号处理后，产生的多路环境要素信息和视频图像信息分别输出给所述数据存储模块以及所述数据交换模块；

所述数据交换模块，用于通过多通道将输入的所述多路环境要素信息和所述视频图像信息打包成所述一路信息通过所述交换端口输出；或者，通过所述交换端口接收所述控制命令信息，分发成的所述多路环境要素控制命令和所述视频控制命令输出到所述数据采集模块；或者将接收的所述控制命令信息分发成数据上传控制命令，在所述数据上传控制命令的控制下，从所述数据存储模块读取所述多路环境要素信息和所述视频图像信息，并打包成所述一路信息通过所述交换端口输出。

15.按照权利要求14所述的装置，其特征在于，

所述数据交换模块的交换端口采用双通讯多通道交换端口RJ45/RS48，并采用以太网设备供电POE技术，且所述交换端口具备宽电压3～60V供电范围，具有二级通讯端口防雷保护。

16.一种基于远程监控的农田信息实时采集方法，包括：

输入环境参数采集前端实时采集的多路环境要素参数信号，并将所述多路环境要素参数信号还原成相应的环境要素参数数据；同时，输入视频图像采集前端实时采集的拍摄对象的视频图像信号，并将所述视频图像信号转换成视频图像数据；

分别将所述多路环境要素参数数据、所述视频图像数据进行信号处理，并将处理后产生的多路环境要素信息和视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待上传给远程服务端和/或客户端。

17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，

所述多路环境要素参数信号至少包括：风速、风向、光合有效辐射、空气温度、空气湿度、雨量、土壤温度以及土壤湿度；

输入的信号包括数字信号、模拟信号以及频率信号中的一种或多种。

18.按照权利要求16或17所述的方法，其特征在于，在输入所述多路环境要素参数信号和所述视频图像信号之前，还包括：

将从所述远程客户端或服务端接收的控制命令信息至少分发成多路环境要素控制命令和/或视频控制命令；将所述多路环境要素控制命令下传到所述环境参数采集前端，将所述视频控制命令下传到所述视频图像采集前端；

所述环境参数采集前端在所述多路环境要素控制命令的控制下，设置各环境要素传感器相应的上传数据的间隔时间；所述视频图像采集前端中的云台在所述视频控制命令的控制下动作，从而调整所述摄像机的拍摄角度和距离。

19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，在将所述多路环境要素参数数据、所述视频图像数据进行信号处理后还包括：存储所述处理后产生的多路环境要素信息和视频图像信息。

20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：

将从所述控制命令信息还分发成数据上传控制命令，在所述数据上传控制命令的控制下，将存储的所述多路环境要素信息和所述视频图像信息打包成统一规格的一路信息，待上传给所述远程服务端和/或客户端。

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