CN102256102A - 一种基于远程监控的农情信息实时监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种基于远程监控的农情信息实时监测方法及系统，其中方法包括：前端检测设备在后端操作平台操作命令的控制下实时采集由一块或多块农田农作物构成的被测对象的视频信息，并将视频信息封装成信息包通过信息传输网络返回给后端操作平台；后端操作平台接收到信息包并解封、解析出被测对象的视频信息，根据对视频信息中图像像素的基本颜色进行分析计算获取农作物参数并保存；根据计算获取的农作物参数获得农情信息并保存。本发明因降低对前端硬件设备的要求而使得系统成本骤减，并能够适用于任何天气状况，具有很好的稳定性和安全性。

Description

一种基于远程监控的农情信息实时监测方法及系统

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的农情信息实时监测系统及方法。

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測装置)；

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；

(3)未能根据对农作物生长发育状况的视频图像以及农作物生长发育状况信息的监测，提供对农田作物亩产量的自动测算；

(4)较多地依赖于高水准的硬件设备，故系统成本很高，由于信号损耗大而导致误差较大，且不能适用于恶劣的自然天气。

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情信息实时监测方法及系统，不仅能够有效地弥补其它监测手段的不足，而且可以大大降低测算所需的人力物力及提高农作物产量测量的精度，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，基于远程监控的农情信息实时监测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、作物数据以及产量信息，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，从而对农作物产量既提供自动、准确的测算手段也能提供出视觉上的佐证。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情信息实时监测方法及系统，能够根据对农田作物的视频图像信息实时分析出作物产量，且其实现不受限于硬件设备的水准及天气的优劣。

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情信息实时监测方法，包括：

前端检测设备在后端操作平台操作命令的控制下实时采集由一块或多块农田农作物构成的被测对象的视频信息，并将视频信息封装成信息包通过信息传输网络返回给后端操作平台；

后端操作平台接收到信息包并解封、解析出被测对象的视频信息，根据对视频信息中图像像素的基本颜色进行分析计算获取农作物参数，并保存。

优选地，该方法还包括：

后端操作平台根据计算获取的农作物参数获得农情信息并保存。

优选地，前端检测设备实时采集的被测对象的视频信息包括：通过人机交互接口输入在农田现场对距离视频摄像头最近的农作物标定的距离参数、通过视频摄像头摄取的多组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率参数以及云台的水平旋转角度和俯仰角度参数；

其中，变焦倍数为视频摄像头的光学变焦倍数n，n为大于等于1的整数；分辨率为视频摄像头的最低分辨率至最高分辨率；视频摄像头摄取的多组农田视频图像包括：

在最低分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像；

在最低分辨率和最高分辨率之间的任意一中间分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的多组图像；

在最高分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像。

优选地，后端操作平台根据对视频信息中图像像素的基本颜色进行分析计算获取农作物参数，具体包括：

以标定的距离为基准对每一组视频图像依次进行RGB基色分析，并将分析出的每一组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据保存；

根据多组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据，在不同分辨率下标定所述变焦倍数，和/或在不同变焦倍数下标定分辨率；根据标定的变焦倍数和/或分辨率计算出被测农作物的各类参数并保存，被测农作物的各类参数包括被测农作物的株高、株径、行距和间距以及叶参数中的一种或多种。

优选地，后端操作平台根据云台的水平旋转角度和俯仰角度参数，对标定的变焦倍数和/或分辨率进行补偿，获得更精准的变焦倍数和/或分辨率。

优选地，后端操作平台根据计算获取的农作物参数获得农情信息，具体包括：

根据获得的农作物的行距和间距计算出农田中农作物的密度，并根据数据库中记载的相应的农作物的系数计算获取该农作物的单位农田产量并保存；和/或根据计算出的叶参数与数据库中保存的不同时节应具有的叶参数进行比较，获取农作物长势以及丰收或欠收信息中的一种或多种并保存。

优选地，该方法还包括：

后端操作平台根据用户的操作命令在各界面上显示获得的农情信息。

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情信息实时监测系统，包括：前端检测子系统、信息传输子系统以及后端操作平台子系统；其中：

前端检测子系统，在后端操作平台子系统操作命令的控制下实时采集由一块或多块农田农作物构成的被测对象的视频信息，并将视频信息封装成信息包通过信息传输网络返回给后端操作平台子系统；

信息传输子系统，用于将来自后端操作平台子系统的操作命令传输给前端检测子系统，并将前端检测子系统发送的信息包传输给后端操作平台子系统；

后端操作平台子系统，用于从接收到的信息包解封、解析出被测对象的视频信息，根据对视频信息中图像像素的基本颜色进行分析计算获取农作物参数。

优选地，

后端操作平台子系统根据计算获取的农作物参数获得农情信息并保存。

优选地，前端检测子系统包括安装在农田现场的视频摄像头、云台以及信息采集装置；其中：

视频摄像头，用于在云台的操控下分别采用不同变焦倍数及不同分辨率摄取多组农田视频图像；

云台，用于在信息采集装置的控制下，进行水平旋转和/或俯仰旋转，由此操控视频摄像头旋转相应的角度；

信息采集装置，用于通过人机交互接口输入在农田现场对距离视频摄像头最近的农作物标定的距离参数，将标定的距离参数和视频摄像头摄取的一组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率以及云台的水平旋转角度和俯仰角度参数一起封装成信息包，传输给后端操作平台子系统；其中，

变焦倍数为视频摄像头的光学变焦倍数n，n为大于等于1的整数；分辨率为视频摄像头的最低分辨率至最高分辨率；视频摄像头摄取的多组农田视频图像包括：

在最低分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像；

在最低分辨率和最高分辨率之间的任意一中间分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的多组图像；

在最高分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像。

优选地，

后端操作平台子系统以标定的距离为基准对每一组视频图像依次进行RGB基色分析，并将分析出的每一组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据保存；根据多组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据，在不同分辨率下标定变焦倍数，和/或在不同变焦倍数下标定分辨率；根据标定的变焦倍数和/或分辨率计算出被测农作物的各类参数并保存，被测农作物的各类参数包括被测农作物的株高、株径、行距和间距以及叶参数中的一种或多种。

优选地，

后端操作平台子系统根据云台的水平旋转角度和俯仰角度参数，对标定的变焦倍数和/或分辨率进行补偿，获得更精准的变焦倍数和/或分辨率。

优选地，

后端操作平台子系统根据获得的农作物的行距和间距计算出农田中农作物的密度，并根据数据库中记载的相应的农作物的系数计算获取该农作物的单位农田产量并保存；和/或根据计算出的叶参数与数据库中保存的不同时节应具有的叶参数进行比较，获取农作物长势以及丰收或欠收信息中的一种或多种并保存。

优选地，

后端操作平台子系统根据用户的操作命令在各界面上显示获得的农情信息。

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情信息实时监测后端操作平台，包括依次连接的信息接收解析模块、像素基色分析模块、作物参数获取模块以及存储模块，其中：

信息接收解析模块，用于接收来自前端检测设备发送的信息包并解封，将从中解析出被测农作物的视频信息数据保存在存储模块中，同时向像素基色分析模块输出分析指令；

像素基色分析模块，用于在输入分析指令后，从存储模块读取相应的数据，根据对视频信息中图像像素的基本颜色进行分析，并将分析结果数据保存在存储模块中，同时向作物参数获取模块输出参数获取指令；

作物参数获取模块，用于在输入参数获取指令后，根据从存储模块读取的分析结果数据计算获取农作物参数；

存储模块，用于保存被测农作物的视频信息数据、被测农作物图像占整幅图像的像素比例数据以及被测农作物的各类参数。

优选地，

信息接收解析模块解析出被测农作物的视频信息数据包括：在农田现场对距离视频摄像头最近的农作物标定的距离参数、通过视频摄像头摄取的多组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率参数以及云台的水平旋转角度和俯仰角度参数；其中，

变焦倍数为视频摄像头的光学变焦倍数n，n为大于等于1的整数；分辨率为视频摄像头的最低分辨率至最高分辨率；视频摄像头摄取的多组农田视频图像包括：

在最低分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像；

在最低分辨率和最高分辨率之间的任意中间分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的多组图像；

在最高分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像。

优选地，

像素基色分析模块以标定的距离为基准对每一组视频图像依次进行RGB基本色分析，并将分析出的每一组视频图像中被测农作物图像占整幅图像的像素比例数据保存在存储模块中；

作物参数获取模块根据多组视频图像中被测农作物的图像占整幅图像的像素比例数据，在不同分辨率下标定变焦倍数，和/或在不同变焦倍数下标定分辨率；根据标定的变焦倍数和/或分辨率计算出被测农作物的各类参数，包括被测农作物的株高、株径、行距和间距以及叶参数中的一种或多种。

优选地，该后端操作平台还包括与作物参数获取模块连接的农情信息计算模块，其中：

作物参数获取模块在将被测农作物的各类参数保存的同时，还向农情信息计算模块输出农情信息获取指令；

农情信息计算模块，用于在输入农情信息获取指令后，从存储模块读取相应的数据，根据读取的农作物的行距和间距计算出农作物密度，并根据数据库中记载的不同农作物系数计算获取单位农田产量，和/或根据读取的农作物的叶参数与数据库中保存的不同时节应具有的叶参数进行比较，获取农作物长势以及丰收或欠收信息中的一种或多种，并保存在存储模块中；

存储模块还保存农情信息计算模块计算获取的农作物密度、农作物单位农田产量、农作物长势以及丰收或欠收农情信息中的一种或多种，并定期上传到数据库中。

优选地，后端操作平台还包括分别与作物参数获取模块、农情信息计算模块连接的人机交互模块，用于通过功能设置界面对各显示操作界面进行功能设置，根据人机交互命令通过各显示操作界面显示数据库中的农情信息。

本发明与现有技术相比，由于对农作物秆径、高度及密度等参数的获得，均是通过后端平台对前端设备实时拍摄的农作物视频图像的分析实现，由此计算出的农作物产量信息可大大提高准确度，且因降低对前端硬件设备的要求而使得系统成本骤减，并能够适用于任何天气状况。由于软件平台的浏览器端/服务端(B/S)架构的特性，安装在服务器上之后，对远程用户访问量可以不受任何限制，而且用户只需通过网页访问就可以方便地进行操作。系统不受限于任何网络结构，可使用多服务端或区域服务端运行，并可以采用云存储技术来存储现场实时获得的视频图像相关数据、分析出的农作物参数数据以及农情信息数据，具有很好的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明的基于远程监控的农情信息实时监测方法实施例的流程图；

图2为图1中所示的后端操作平台根据被测对象的视频信息计算获取农作物参数及农情信息方法实施例的流程图；

图3为本发明的基于远程监控的农情信息实时监测系统实施例的示意图；

图4为本发明的安装在现场的前端检测子系统实施例实时采集农田视频信息的示意图；

图5为本发明的后端操作平台实施例的结构示意图；

图6为图5所示后端操作平台实施例根据农田视频信息分析农作物密度的实施例示意图；

图7为图5所示后端操作平台实施例根据农田视频信息分析农作物株径株高参数的实施例示意图；

图8为图5所示的安装在浏览器端/服务器端上的后端操作平台实施例的用户登录界面示意图；

图9为图5所示后端操作平台实施例上的农情信息显示界面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。以下例举的实施例仅仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。本发明技术方案的保护范围当以后附的权利要求确定。

如图1所示，是本发明提供的基于远程监控的农情信息实时监测方法的一实施例，包括如下步骤：

110：前端检测设备在后端操作平台操作命令的控制下实时采集由一块或多块农田农作物构成的被测农作物的视频信息，并将采集的视频信息封装成信息包通过信息传输网络返回给后端操作平台；

在此，前端检测设备实时采集的被测农作物的视频信息，包括通过人机交互接口输入在农田现场对距离视频摄像头最近的农作物标定的距离参数、通过视频摄像头摄取的多组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率参数以及云台的水平旋转角度和俯仰角度参数。

其中，变焦倍数为视频摄像头的光学变焦倍数n(n为大于等于1的整数，譬如最大为36)倍，分辨率为视频摄像头的最低分辨率至最高分辨率(譬如最低分辨率为110万像素，……最高分辨率为800万像素)；摄取的多组农田视频图像包括：

在分辨率为最低分辨率(譬如110万像素)下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组(n幅)图像；

……

在分辨率为最高分辨率(譬如800万像素)下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组(n幅)图像。

在此，信息传输网络包括以太网(EN，Ethernet)和/或互联网(IN，Internet)。

120：后端操作平台通过信息传输网络接收前端检测设备封装的信息包并解封、解析出被测农作物的视频信息，根据对视频信息中图像像素的基本颜色进行分析，计算获取农作物各类参数，由此获得出农田农作物的密度(即单位面积农田农作物的株数)及农作物产量和其它农情信息并保存。

130：后端操作平台根据用户的操作命令在各界面上显示获得的各类农情信息。

如图2所示，是后端操作平台根据被测对象的视频信息计算获取农作物参数及农情信息方法实施例，包括如下步骤：

1210：后端操作平台以标定的距离为基准对每一组视频图像依次进行三基色(RGB)分析，并将分析出的每一组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据保存；

1220：根据多组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据标定出准确的变焦倍数，根据标定的变焦倍数计算出被测农作物的各类参数并保存；

被测农作物的各类参数包括株高、株径、行距和间距以及叶参数(叶面积或叶宽、叶长)等一种或多种。

1230：根据获得的农作物的行距和间距计算出农作物密度，即单位农田的农作物株数，并根据数据库中记载的相应农作物系数计算获取单位农田产量(譬如亩产量)并保存；和/或根据计算出的叶参数与数据库中保存的不同时节应该具有的叶参数进行比较，获取到有价值的农情信息并保存，譬如农作物长势好坏、丰收或欠收信息等，同时将其显示。

后端操作平台可分别在不同分辨率下标定变焦倍数，譬如：

在最高分辨率下(譬如800万像素)标定：

1倍变焦倍数下的视频图像中被测农作物图像占整幅图像的像素比例为m₁(＝被测对象像素数/800万像素)；

2倍变焦倍数下的视频图像中被测农作物图像占整幅图像的像素比例为m₂(＝被测对象像素数/800万像素)；

……

n倍变焦倍数下的视频图像中被测农作物图像占整幅图像的像素比例为m_n(＝被测对象像素数/800万像素)；

相应于2倍变焦倍数的精确变焦倍数为m₂/m₁(它可能不等于2，譬如为2.12或者为1.98)……，相应于n背变焦倍数的精确变焦倍数为m_n/m_n-1(它可能不等于n，譬如比n稍大或稍小)。

当然，还可以分别在最低分辨率下(譬如110万像素)及最高分辨率和最低分辨率之间的中间分辨率下进行上述标定，由此获得精确的变焦倍数。

后端操作平台的上述标定是在不同分辨率下针对变焦倍数进行标定。当然，它也可以在不同变焦倍数下针对分辨率进行标定，标定方式类似于上述在不同分辨率下针对变焦倍数进行的标定，故此不再赘述。

后端操作平台还可以根据云台的水平旋转角度和俯仰角度参数对标定的变焦倍数和/或分辨率进行补偿，从而进一步获得更为精准的变焦倍数和/或分辨率。

后端操作平台譬如根据标定的变焦倍数计算被测叶的面积，假设一定分辨率D下标定的变焦倍数为N(N＝1，2，…n-1，n)，分析出的被测叶的像素数M占整幅图像的像素比例为M/D，则计算出该叶面积S为：

S＝(M/D)*(N/n)                 (1)

后端操作平台计算叶宽、叶长、株高、株径、行距和间距的方法均类似于上述叶面积的计算，故此不再赘述。

后端操作平台显示的农情信息包括农作物长势好坏、单位农田产量以及丰收或欠收信息中的一种或多种。

如图3所示，是本发明提供的基于远程监控的农情信息实时监测系统一实施例，该系统包括前端检测子系统、信息传输子系统以及后端操作平台子系统；其中：

前端检测子系统，用于在后端操作平台子系统的操作命令控制下，实时采集由一块或多块农田农作物构成的被测农作物的视频信息，并将采集的视频信息封装成信息包进行发送；

信息传输子系统，用于将来自后端操作平台子系统的操作命令传输给前端检测子系统，并将前端检测子系统发送的信息包传输给后端操作平台子系统；

信息传输子系统进一步包括以太网(EN，Ethernet)和/或互联网(IN，Internet)。

后端操作平台子系统，用于通过信息传输子系统向前端检测子系统发出操作命令，和/或将来自前端检测子系统发送的信息包接收后解封，从中解析出被测农作物的视频信息，根据对视频信息中图像像素的基本颜色进行分析，计算获取农作物各类参数，由此获得出农田农作物的密度(即单位面积农田农作物的株数)及农作物产量和其它农情信息。

上述基于远程监控的农情信息实时监测系统还包括数据库，其中：

后端操作平台子系统将获得的农作物产量和其它农情信息保存在数据库中，同时根据用户的操作指令将其显示在浏览器端和/或服务器端的操作界面上。

前端检测子系统的实施例如图4所示，包括安装在农田现场的一套或多套前端设备，该前端设备至少包括视频摄像头210、云台220以及信息采集装置230；其中：

视频摄像头210，用于在云台220的操控下分别采用不同变焦倍数及不同分辨率摄取多组农田视频图像；

视频摄像头210采用的变焦倍数为光学变焦倍数n(n为大于等于1的整数，譬如最大为36)倍，分辨率为视频摄像头的最低分辨率至最高分辨率(譬如最低分辨率为110万像素，……最高分辨率为800万像素)；摄取的多组农田视频图像包括：

在分辨率为最低分辨率(譬如110万像素)下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组(n幅)图像；

……

在分辨率为最高分辨率(譬如800万像素)下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组(n幅)图像。

云台220，用于在信息采集装置230的控制下，进行水平旋转和/或俯仰旋转，由此操控视频摄像头210旋转相应的角度；

信息采集装置230，用于提供人机交互接口输入在农田现场对距离视频摄像头210最近的农作物标定的距离参数，将所述标定的距离参数和视频摄像头210摄取的一组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率以及云台220的水平旋转角度和俯仰角度参数一起封装成信息包，传输给后端操作平台子系统。

如图5所示，是后端操作平台一个实施例300的结构，它是安装在浏览器端和/或服务器端上的软件平台，主要包括依次连接的信息接收解析模块310、像素基色分析模块320、作物参数获取模块330、农情信息计算模块340以及存储模块350，还包括分别与作物参数获取模块330、农情信息计算模块340连接的人机交互模块360，其中：

信息接收解析模块310，用于接收来自前端检测子系统发送的信息包并解封，将从中解析出被测农作物的视频信息数据保存在存储模块350中，同时向像素基色分析模块320输出分析指令。

上述视频信息数据包括在农田现场标定的距离参数、视频摄像头摄取的多组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率以及云台的水平旋转角度和俯仰角度参数。

像素基色分析模块320，用于在输入分析指令后从存储模块350读取相应的数据，以标定的距离为基准对每一组视频图像依次进行基本色分析，并将分析出的每一组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据保存在存储模块350中，同时向作物参数获取模块330输出参数获取指令。

像素基色分析模块320譬如对每一组视频图像依次进行三基色(RGB)分析。

作物参数获取模块330，用于在输入参数获取指令后从存储模块350读取相应的数据，根据多组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据标定出准确的变焦倍数，根据标定的变焦倍数计算出被测农作物的各类参数，并将计算出的被测农作物的各类参数保存在存储模块350中，同时向农情信息计算模块340输出农情信息获取指令。

上述作物参数获取模块330标定变焦倍数，可分别在不同分辨率下进行标定：

在最高分辨率下(譬如800万像素)标定：

1倍变焦倍数下的视频图像中被测农作物的图像占整幅图像的像素比例为m₁(＝被测对象像素数/800万像素)；

2倍变焦倍数下的视频图像中被测农作物的图像占整幅图像的像素比例为m₂(＝被测对象像素数/800万像素)；

……

n倍变焦倍数下的视频图像中被测农作物的图像占整幅图像的像素比例为m_n(＝被测对象像素数/800万像素)；

相应于2倍变焦倍数的精确变焦倍数为m₂/m₁(它可能不等于2，譬如为2.12或者为1.98)……，相应于n背变焦倍数的精确变焦倍数为m_n/m_n-1(它可能不等于n，譬如比n稍大或稍小)。

当然，还可以分别在最小分辨率下(譬如110万像素)及中间分辨率下进行上述标定，由此获得精确的变焦倍数。

作物参数获取模块330的上述标定是在不同分辨率下针对变焦倍数进行标定。当然，也可以在不同变焦倍数下针对分辨率进行标定，标定方式类似于上述，此不再赘述。

作物参数获取模块330还可以根据云台的水平旋转角度和俯仰角度参数对标定的变焦倍数和/或分辨率进行补偿，从而进一步获得更为精准的变焦倍数和/或分辨率。

作物参数获取模块330标定的变焦倍数计算出被测农作物的各类参数，包括株高、株径、行距和间距以及叶面积等一种或多种。

譬如计算被测农作物的行距、间距，如图6所示。假设一定分辨率D下标定的变焦倍数为N(N＝1，2，…n-1，n)，分析出的被测农作物的行距L占整幅图像的像素比例为L/D，则根据公式(2)计算出该行距L：

L＝(L/D)*(N/n)            (2)

计算间距的方法与计算行距L的方法类似，以及计算被测农作物的株高、株径的方法均也类似于此，如图7所示意。

农情信息计算模块340，用于在输入农情信息获取指令后从存储模块350读取相应的数据，根据读取的农作物的行距和间距计算出农作物密度，即单位农田的农作物株数，并根据数据库(图中未示)中记载的不同农作物系数计算获取单位农田产量(譬如亩产量)并保存，同时传输给人机交互模块360显示。

农情信息计算模块340还根据计算出的叶面积与存储模块350中保存的不同时节应该具有的叶面积大小(或者叶宽、叶长)进行比较，获取到有价值的农情信息并保存，譬如农作物长势好坏、丰收或欠收信息等，同时传输给人机交互模块360显示。

存储模块350，用于保存被测农作物的视频信息数据、被测农作物图像占整幅图像的像素比例数据、被测农作物的各类参数、农作物密度、单位农田产量以及农作物长势等农情信息。

人机交互模块360，用于通过其中的功能设置界面对各显示操作界面进行功能设置，根据人机交互命令通过各显示操作界面显示农情信息。

图8表示的是安装在浏览器端/服务器端(B/S)上的后端操作平台实施例其用户登录界面，各类用户通过在此界面上输入用户名和密码则可以登录到后端操作平台上。

图9表示的是后端操作平台实施例上的农情信息显示界面，用户在该界面上可以通过视频显示观测到相应的农情信息，包括农作物长势好坏、单位农田产量以及丰收或欠收信息中的一种或多种；还可以观测到与农情信息相对应的农气信息，包括风速、风向、空气温湿度、光和有效辐射、土壤水分及温度等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的包含范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种基于远程监控的农情信息实时监测方法，包括：

前端检测设备在后端操作平台操作命令的控制下实时采集由一块或多块农田农作物构成的被测对象的视频信息，并将所述视频信息封装成信息包通过信息传输网络返回给所述后端操作平台；

所述后端操作平台接收到所述信息包并解封、解析出所述被测对象的视频信息，根据对所述视频信息中图像像素的基本颜色进行分析计算获取农作物参数，并保存。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述后端操作平台根据计算获取的农作物参数获得农情信息并保存。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前端检测设备实时采集的所述被测对象的视频信息包括：通过人机交互接口输入在农田现场对距离视频摄像头最近的农作物标定的距离参数、通过所述视频摄像头摄取的多组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率参数以及云台的水平旋转角度和俯仰角度参数；

其中，所述变焦倍数为所述视频摄像头的光学变焦倍数n，所述n为大于等于1的整数；所述分辨率为所述视频摄像头的最低分辨率至最高分辨率；所述视频摄像头摄取的多组农田视频图像包括：

在所述最低分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像；

在所述最低分辨率和所述最高分辨率之间的任意中间分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的多组图像；

在所述最高分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述后端操作平台根据对所述视频信息中图像像素的基本颜色进行分析计算获取农作物参数，具体包括：

以所述标定的距离为基准对每一组视频图像依次进行RGB基色分析，并将分析出的每一组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据保存；

根据多组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据，在不同分辨率下标定所述变焦倍数，和/或在不同变焦倍数下标定所述分辨率；根据标定的变焦倍数和/或分辨率计算出所述被测农作物的各类参数并保存，所述被测农作物的各类参数包括被测农作物的株高、株径、行距和间距以及叶参数中的一种或多种。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述后端操作平台根据所述云台的水平旋转角度和俯仰角度参数，对标定的变焦倍数和/或分辨率进行补偿，获得更精准的变焦倍数和/或分辨率。

6.按照权利要求的4所述的方法，其特征在于，所述后端操作平台根据计算获取的农作物参数获得农情信息，具体包括：

根据获得的所述农作物的行距和间距计算出农田中所述农作物的密度，并根据数据库中记载的相应的农作物的系数计算获取该农作物的单位农田产量并保存；和/或根据计算出的叶参数与数据库中保存的不同时节应具有的叶参数进行比较，获取农作物长势以及丰收或欠收信息中的一种或多种并保存。

7.按照权利要求的2至6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

所述后端操作平台根据用户的操作命令在各界面上显示获得的所述农情信息。

8.一种基于远程监控的农情信息实时监测系统，包括：前端检测子系统、信息传输子系统以及后端操作平台子系统；其中：

所述前端检测子系统，在所述后端操作平台子系统操作命令的控制下实时采集由一块或多块农田农作物构成的被测对象的视频信息，并将所述视频信息封装成信息包通过信息传输网络返回给所述后端操作平台子系统；

所述信息传输子系统，用于将来自所述后端操作平台子系统的操作命令传输给所述前端检测子系统，并将所述前端检测子系统发送的信息包传输给所述后端操作平台子系统；

所述后端操作平台子系统，用于从接收到的所述信息包解封、解析出所述被测对象的视频信息，根据对所述视频信息中图像像素的基本颜色进行分析计算获取农作物参数。

9.按照权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述后端操作平台子系统根据计算获取的农作物参数获得农情信息并保存。

10.按照权利要求8所述的系统，其特征在于，所述前端检测子系统包括安装在农田现场的视频摄像头、云台以及信息采集装置；其中：

所述视频摄像头，用于在所述云台的操控下分别采用不同变焦倍数及不同分辨率摄取多组农田视频图像；

所述云台，用于在所述信息采集装置的控制下，进行水平旋转和/或俯仰旋转，由此操控所述视频摄像头旋转相应的角度；

所述信息采集装置，用于通过人机交互接口输入在农田现场对距离所述视频摄像头最近的农作物标定的距离参数，将所述标定的距离参数和所述视频摄像头摄取的一组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率以及云台的水平旋转角度和俯仰角度参数一起封装成信息包，传输给所述后端操作平台子系统；其中，

所述变焦倍数为所述视频摄像头的光学变焦倍数n，所述n为大于等于1的整数；所述分辨率为所述视频摄像头的最低分辨率至最高分辨率；所述视频摄像头摄取的多组农田视频图像包括：

在所述最低分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像；

在所述最低分辨率和所述最高分辨率之间的任意中间分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的多组图像；

在所述最高分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像。

11.按照权利要求10所述的系统，其特征在于，

所述后端操作平台子系统以所述标定的距离为基准对每一组视频图像依次进行RGB基色分析，并将分析出的每一组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据保存；根据多组视频图像中被测农作物的图像像素占整幅图像的像素比例数据，在不同分辨率下标定所述变焦倍数，和/或在不同变焦倍数下标定所述分辨率；根据标定的变焦倍数和/或分辨率计算出所述被测农作物的各类参数并保存，所述被测农作物的各类参数包括被测农作物的株高、株径、行距和间距以及叶参数中的一种或多种。

12.按照权利要求11所述的系统，其特征在于，

所述后端操作平台子系统根据所述云台的水平旋转角度和俯仰角度参数，对标定的变焦倍数和/或分辨率进行补偿，获得更精准的变焦倍数和/或分辨率。

13.按照权利要求11所述的系统，其特征在于，

所述后端操作平台子系统根据获得的所述农作物的行距和间距计算出农田中所述农作物的密度，并根据数据库中记载的相应的农作物的系数计算获取该农作物的单位农田产量并保存；和/或根据计算出的叶参数与数据库中保存的不同时节应具有的叶参数进行比较，获取农作物长势以及丰收或欠收信息中的一种或多种并保存。

14.按照权利要求9至13任一项所述的系统，其特征在于，

所述后端操作平台子系统根据用户的操作命令在各界面上显示获得的所述农情信息。

15.一种基于远程监控的农情信息实时监测后端操作平台，包括依次连接的信息接收解析模块、像素基色分析模块、作物参数获取模块以及存储模块，其中：

所述信息接收解析模块，用于接收来自前端检测设备发送的信息包并解封，将从中解析出被测农作物的视频信息数据保存在所述存储模块中，同时向所述像素基色分析模块输出分析指令；

所述像素基色分析模块，用于在输入所述分析指令后，从所述存储模块读取相应的数据，根据对所述视频信息中图像像素的基本颜色进行分析，并将分析结果数据保存在所述存储模块中，同时向所述作物参数获取模块输出参数获取指令；

所述作物参数获取模块，用于在输入所述参数获取指令后，根据从所述存储模块读取的所述分析结果数据计算获取农作物参数；

所述存储模块，用于保存被测农作物的视频信息数据、被测农作物图像占整幅图像的像素比例数据以及被测农作物的各类参数。

16.按照权利要求15所述的后端操作平台，其特征在于，

所述信息接收解析模块解析出被测农作物的视频信息数据包括：在农田现场对距离视频摄像头最近的农作物标定的距离参数、通过视频摄像头摄取的多组农田视频图像及其采用的变焦倍数和分辨率参数以及云台的水平旋转角度和俯仰角度参数；其中，

所述变焦倍数为所述视频摄像头的光学变焦倍数n，所述n为大于等于1的整数；所述分辨率为所述视频摄像头的最低分辨率至最高分辨率；所述视频摄像头摄取的多组农田视频图像包括：

在所述最低分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像；

在所述最低分辨率和所述最高分辨率之间的任意中间分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的多组图像；

在所述最高分辨率下，变焦倍数依次为1～n时摄取的一组图像。

17.按照权利要求16所述的后端操作平台，其特征在于，

所述像素基色分析模块以标定的距离为基准对每一组视频图像依次进行RGB基本色分析，并将分析出的每一组视频图像中被测农作物图像占整幅图像的像素比例数据保存在所述存储模块中；

所述作物参数获取模块根据多组视频图像中被测农作物的图像占整幅图像的像素比例数据，在不同分辨率下标定所述变焦倍数，和/或在不同变焦倍数下标定所述分辨率；根据标定的变焦倍数和/或分辨率计算出所述被测农作物的各类参数，包括被测农作物的株高、株径、行距和间距以及叶参数中的一种或多种。

18.按照权利要求17所述的后端操作平台，其特征在于，还包括与所述作物参数获取模块连接的农情信息计算模块，其中：

所述作物参数获取模块在将所述被测农作物的各类参数保存的同时，还向所述农情信息计算模块输出农情信息获取指令；

所述农情信息计算模块，用于在输入所述农情信息获取指令后，从所述存储模块读取相应的数据，根据读取的农作物的行距和间距计算出农作物密度，并根据数据库中记载的不同农作物系数计算获取单位农田产量，和/或根据读取的农作物的叶参数与数据库中保存的不同时节应具有的叶参数进行比较，获取农作物长势以及丰收或欠收信息中的一种或多种，并保存在所述存储模块中；

所述存储模块还保存所述农情信息计算模块计算获取的农作物密度、农作物单位农田产量、农作物长势以及丰收或欠收农情信息中的一种或多种，并定期上传到所述数据库中。

19.按照权利要求18所述的后端操作平台，其特征在于，还包括分别与所述作物参数获取模块、所述农情信息计算模块连接的所述人机交互模块，用于通过功能设置界面对各显示操作界面进行功能设置，根据人机交互命令通过各显示操作界面显示所述数据库中的农情信息。

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