CN104503518B - 一种小型智能化植物生长系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型智能化植物生长系统。由于植物生长状态监控系统监控植物的实时形态变形信息及生理信息；后台服务器根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型，并根据预先存储的标准三维模型以及生成的实时三维模型，生成环境条件调整策略，包括对温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度的调整，以根据所述环境条件调整策略调整植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度，由后台服务器生成调整策略，无须家庭中的用户参与，因此，降低了系统操作的难度，降低了对使用者的技术要求，提高了用户体验。

Description

一种小型智能化植物生长系统

技术领域

本发明属于植物种植技术领域，具体地说，涉及一种小型智能化植物生长系统。

背景技术

智能化植物生长系统是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO₂浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生物不受或很少受自然条件制约的省力型生产。智能化植物生长系统是现代设施农业发展的高级阶段，是一种高投入、高技术、精装备的生产体系，集生物技术、工程技术和系统管理于一体，使农业生产从自然生态束缚中脱离出来，按计划周年性进行植物产品生产的工厂化农业系统。

智能化植物生长系统一般包括：植物生长支架、人工补光子系统、营养液供给子系统、环境控制系统等等。植物生长支架上放置有植物生长床，植物生长床上设置有若干个种植盘，每个种植盘中种植有若干株植物，比如蔬菜、药材等等，植物实际上直接浸在植物盘中。人工补光子系统用于通过人工光源给植物提供模拟的光照条件，营养液供给子系统用于给植物提供其成长所需的营养成分，环境控制系统用于根据对植物生长环境的监控，比如温度、湿度等来实时调整植物生长的环境条件。

通过上述系统可以智能化控制植物生育的温度、湿度、光照、CO₂浓度以及营养液等环境条件，可以给植物提供一个完全适应其生长的环境，摆脱了外部自然环境对植物生长的影响。比如，通过人工补光系统提供植物进行光合作用必须的自然光，通过营养液供给子系统提供植物生长所需要的养分，通过环境控制系统监控并调整环境等等。

发明人在实现本发明的过程中发现，由于上述智能化植物生长系统对植物生长的可控性，其除了可应用于工厂化的农业系统，还可以应用于家庭居住环境的优化，比如空气质量的提高。但是，由于上述智能化生长系统依赖于计算机技术，集生物技术、工程技术和系统管理于一体，如果要熟练使用该系统的话，对使用者来说要求较高，用户体验较差。

另外，鱼缸也成为家庭环境美化中的一有效工具，亟待提供一种技术方案以将鱼缸与上述家庭环境的智能化植物生长系统结合，以形成一个更为系统的家庭美化工具，降低系统操作的难度，降低对使用者的技术要求，提高用户体验。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种小型智能化植物生长系统，用以克服或避免现有技术中的上述技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种小型智能化植物生长系统，其至少包括智能化生长设备以及后台服务器，所述智能化生长设备包括植物生长架、光源系统、营养液供给系统、环境监控系统、植物生长状态监控系统，所述植物生长支架上设置有植物生长床，所述植物生长床上设置有若干个种植盘，每个所述种植盘中种植有若干株植物，所述植物生长床开设有营养液输入口和营养液输出口；光源系统包括若干组人工光源，人工光源固定在其对应植物生长床的正上方；营养液供给系统用于通过所述营养液输入口和营养液输出口调整向所述植物生长床的营养液补给量；所述环境监控系统包括湿度传感器、温度传感器、CO2浓度传感器、营养液液位传感器、营养液浓度传感器、酸碱度传感器，用于分别对植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度进行实时监测；植物生长状态监控系统用于监控植物的实时形态变形信息及生理信息；后台服务器根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型，并根据预先存储的标准三维模型以及生成的实时三维模型，生成环境条件调整策略，包括对温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度的调整，以根据所述环境条件调整策略调整植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度。

优选地，在本发明的一实施例中，所述植物生长状态监控系统包括：植物形态变形监控单元以及生理信息监控单元，所述植物形态变形监控单元用于通过获取植物的三维点云或特征点信息，以监控植物的实时形态变形信息，所述生理信息监控单元用于通过多谱图像获取植物的图像信息，以监控植物的实时生理信息。

优选地，在本发明的一实施例中，所述植物形态变形监控单元包括数字化仪、三维激光扫描仪或者数字相机中的任一种或多种的组合。

优选地，在本发明的一实施例中，所述生理信息监控单元包括固定光谱探头、多光谱相机，所述固定光谱探头用于获取植物的光谱数据，以获取植物图像的特征波长数据，所述多光谱相机用于植物的近红外图像以及RGB、CIR模式的合成图像，以获取植物图像的光谱信息。

优选地，在本发明的一实施例中，所述系统还包括数据存储服务器，用于根据元数据标准存储监测到的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度信息，以生成实时形态变形信息，以及实时生理信息。

优选地，在本发明的一实施例中，基于图像三维重建或点云的重建或参数化建模，所述后台服务器根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型。

优选地，在本发明的一实施例中，所述光源系统、营养液供给系统、环境监控系统、植物生长状态监控系统之间通过ZIGBEE无线通讯协议进行数据传输，所述光源系统、营养液供给系统、环境监控系统、植物生长状态监控系统分别对应一个带状网络子网，每个带状网路子网中的设备对应一个网络节点。

优选地，在本发明的一实施例中，所述后台服务器为现场服务器，所述现场服务器包括用户信息管理模块，用于对登陆后台服务器的用户进行身份认证，并向身份认证通过后的用户提供数据查询。

优选地，在本发明的一实施例中，所述系统还包括报警模块，用于当监测到的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度超过对应设定的报警阈值时，产生报警信息。

优选地，在本发明的一实施例中，所述基于点云的重建包括：对实时形态变形信息进行预处理，对点数据进行去噪、精简；通过对点云数据点之间的建立三角关系或者多边形结构关系，搭建多边形网络；再进行数据分割以从点云数据表面特征提取过程中测量数据分类转变为造型数据；最后在进行曲面的拟合从而最终形成植物的实时三维模型；所述去噪包括：以每个三维点为球心，通过设定球的半径和球内点云的个数，不满足相应的阈值，则认为该点为噪声点并将其剔除；所述精简包括：对散乱的数据点云进行预处理，使其按照纵向和横向的层排列，依据横向水平层的点形成的曲线的曲线变化程度给数据点分别赋予不同的权值；按照纵向层进行处理，对数据点赋予纵向权值；依据数据点的横纵向权值将点云划分为若干不同区域，保留每个区域中权值大的点，并将其记为节点；对每个横向和纵向区域中的2个节点中间的点按照一定的规则精简，最后得到精简后的点云数据。

与现有的方案相比，由于植物生长状态监控系统监控植物的实时形态变形信息及生理信息；后台服务器根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型，并根据预先存储的标准三维模型以及生成的实时三维模型，生成环境条件调整策略，包括对温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度的调整，以根据所述环境条件调整策略调整植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度，由后台服务器生成调整策略，无须家庭中的用户参与，因此，降低了系统操作的难度，降低了对使用者的技术要求，提高了用户体验。

附图说明

图1为本申请实施例一智能化植物生长系统的结构框图；

图2为本申请实施例二智能化生长设备的结构框图；

图3为本申请实施例三植物生长状态监控系统的结构示意图。

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。应该理解，以下列举的实施例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。

本申请的核心思想：

本申请下述实施例中提供的小型智能化植物生长系统，其核心思想在于，至少包括智能化生长设备以及后台服务器，所述智能化生长设备包括植物生长架、光源系统、营养液供给系统、环境监控系统、植物生长状态监控系统，所述植物生长支架上设置有植物生长床，所述植物生长床上设置有若干个种植盘，每个所述种植盘中种植有若干株植物，所述植物生长床开设有营养液输入口和营养液输出口；光源系统包括若干组人工光源，人工光源固定在其对应植物生长床的正上方；营养液供给系统用于通过所述营养液输入口和营养液输出口调整向所述植物生长床的营养液补给量；所述环境监控系统包括湿度传感器、温度传感器、CO2浓度传感器、营养液液位传感器、营养液浓度传感器、酸碱度传感器，用于分别对植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度进行实时监测；植物生长状态监控系统用于监控植物的实时形态变形信息及生理信息；后台服务器根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型，并根据预先存储的标准三维模型以及生成的实时三维模型，生成环境条件调整策略，包括对温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度的调整，以根据所述环境条件调整策略调整植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度。

由于植物生长状态监控系统监控植物的实时形态变形信息及生理信息；后台服务器根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型，并根据预先存储的标准三维模型以及生成的实时三维模型，生成环境条件调整策略，包括对温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度的调整，以根据所述环境条件调整策略调整植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度，由后台服务器生成调整策略，无须家庭中的用户参与，因此，降低了系统操作的难度，降低了对使用者的技术要求，提高了用户体验。

本申请的上述核心思想主要运用于家庭化观赏植物的培育如蔬菜、观赏植物，详细请参加下述具体实施例。

图1为本申请实施例一智能化植物生长系统的结构框图；图2为本申请实施例二智能化生长设备的结构框图；如图1、2所示，其可以包括：智能化生长设备101以及后台服务器102。所述智能化生长设备101包括植物生长架111、光源系统121、营养液供给系统131、环境监控系统141、植物生长状态监控系统151。

本实施例中，所述光源系统121、营养液供给系统131、环境监控系统141、植物生长状态监控系统151之间通过ZIGBEE无线通讯协议进行数据传输，所述光源系统121、营养液供给系统131、环境监控系统141、植物生长状态监控系统151分别对应一个带状网络子网，每个带状网路子网中的设备对应一个网络节点。

所述植物生长支架111上设置有植物生长床(图中未示出)，所述植物生长床上设置有若干个种植盘(图中未示出)，每个所述种植盘中种植有若干株植物(图中未示出)，所述植物生长床开设有营养液输入口(图中未示出)和营养液输出口(图中未示出)。

光源系统121包括若干组人工光源，人工光源固定在其对应植物生长床的正上方。

本实施例中，所述人工光源可以为高压钠灯(highpressuresodiumlamp，HPS)或者荧光灯(tubularfluorescentlamp，TFL)或者发光二极管(lighting-emittingdiode，LED)。由于发光二极管LED的发光效率较高，其体积较小、寿命更长，可直接使用直流电、低发热量，光质可控，作为冷光源可与植物近距离照射，发光二极管LED相对于高压钠灯HPS或者荧光灯TFL来说是一种更为有效的人工光源。

由于植物光合作用在可见光光谱380nm-760nm范围内，其主要是波长为610nm-720nm的红、橙光和波长为400-510nm的蓝、紫光。而LED灯光质可控，可以发出植物生长所需要的任意单色光光谱，而且光的利用效率较高。

本实施例中，为了更适合植物生长的需要，光源系统的若干组人工光源可以分为：红色人工光源及其对应驱动、蓝色人工光源及其对应驱动、白色人工光源及其对应驱动以及紫色人工光源及其对应驱动，这些人工光源按照一定的间隔以阵列方式排布在灯板上。为了控制人工光源的发光强度和光色，还可以在该灯板上设置光质传感器，包括光色传感器和亮度传感器，用于采集LED灯的发光特征如光色以及发光强度，以尽可能的提供近似太阳光的综合光谱。

需要说明的是，在配置人工光源时，光源的光色也可以有红色、蓝色，在不同光色人工光源的选择上，可以根据不同植物进行配比，比如如，对于莴苣来说，红色人工光源与蓝色人工光源的可以为2:1。光源的波长也可以也可以根据植物的特性来进行针对性的选择，比如，种植的植物如果是卷心菜的话，人工光源中LED灯包括：720nm红光LED及420nm蓝光LED。再比如，种植的植物如果是生菜的话，人工光源中LED灯包括630nm红光LED及460nm蓝光LED。

在人工光源对植物进行照射时，可以进行间歇性的照射，也可以进行持续的照射，照射的时间可以根据不同植物进行设定。

营养液供给系统131用于通过所述营养液输入口和营养液输出口调整向所述植物生长床的营养液补给量。

本实施例中，营养液供给系统具体可以包括营养液盛放池、输送泵、若干条营养液输送管道，营养液输送管道与营养液输入口和营养液输出口连通。

营养液盛放池可以放置在封闭植物生长架111的底部，当需要向植物生长床中补充营养液时，启动输送泵工作，营养液通过与输入用的营养液输送管道连通的营养液输入口补充到植物生长床，当植物生长床过多比如超过设定的液位高度时，营养液通过与输出用的营养液输送管道133连通的营养液输出口回流到营养液盛放池中。

需要说明的是，营养液盛放池不局限于放置在封闭植物生长架的底部，也可以放置在封闭植物生长架顶部。此时，由于营养液盛放池高度高于植物生长床，存在高度差，因此，在向植物生长床补充营养液时就无须上述输送泵，只需要增加一个总阀门即可，同时在每一层植物生长床对应的营养液输入口处增加一个分阀门(图中未示出)即可，当某一层植物生长床需要补充营养时，打开总阀门以及对饮的分阀门即可。但是，植物生长床中多余的营养液如果要回流到该营养液盛放池则必须使用另外一回流输送泵。

所述环境监控系统141包括湿度传感器、温度传感器、CO2浓度传感器、营养液液位传感器、营养液浓度传感器、酸碱度传感器，用于分别对植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度进行实时监测。

本实施例中，为了准确获取上述环境条件的环境因子，在植物生长支架111布置有多个湿度传感器、温度传感器、CO2浓度传感器(图中未示出)转换成对应的电信号，求解多个湿度传感器输出电信号的平均值、多个温度传感器输出电信号的平均值、多个CO2浓度传感器输出电信号的平均值。

在具体实施时，上述传感器的选型对本领域普通技术人员来说，无须创造性劳动，只要实际的工艺参数进行灵活选定，比如温度传感器为AM2311型，CO2浓度传感器为TGS4160型等等，温度传感器还以为T型热电耦和数字仪如江藤电器的CADAC21，CO2浓度传感器还可以为红外非扩散性CO2传感器如helsonki的GMW22，湿度传感器可以为高分子膜传感器如especmic的RS-11。

植物生长状态监控系统151用于监控植物的实时形态变形信息及生理信息。

本实施例中，如图3所示，为本申请实施例三植物生长状态监控系统的结构示意图，所述植物生长状态监控系统151包括：植物形态变形监控单元1511以及生理信息监控单元1512，所述植物形态变形监控单元1511用于通过获取植物的三维点云或特征点信息，以监控植物的实时形态变形信息，所述生理信息监控单元1512用于通过多谱图像获取植物的图像信息，以监控植物的实时生理信息。

具体地，所述植物形态变形监控单元1511可以为数字化仪、三维激光扫描仪或者数字相机中的任意一种或多种的组合。

所述生理信息监控单元1512包括固定光谱探头(图中未示出)、多光谱相机(图中未示出)，所述固定光谱探头用于获取植物的光谱数据，以获取植物图像的特征波长数据，所述多光谱相机用于植物的近红外图像以及RGB、CIR模式的合成图像，以获取植物图像的光谱信息。

后台服务器102根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型，并根据预先存储的标准三维模型以及生成的实时三维模型，生成环境条件调整策略，包括对温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度的调整，以根据所述环境条件调整策略调整植物生长的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度。

本实施例中，后台服务器102可以基于图像三维重建或点云的重建或参数化建模对植物的实时形态变形信息进行处理以生成实时三维模型。

以点云重建为例，通过向植物表面发射光栅条纹，对打到植物表面的光栅进行跟踪，并对光栅特征点进行匹配，以获得点云数据。

基于点云重建生成实时三维模型时，对实时形态变形信息进行预处理，对点数据进行去噪、精简。之后，通过对点云数据点之间的建立三角关系或者多边形结构关系，搭建多边形网络；再进行数据分割以从点云数据表面特征提取过程中测量数据分类转变为造型数据，即实时形态形变信息，具体地，可以根据网络形状如三角形或多边形的几个特性和功能特性划分多个互不相交的区域，即多个网格曲面。最后，在进行曲面的拟合，比如采用B样条拟合曲面方法，最小二乘法拟合曲面，NURBS曲面拟合曲面，从而最终形成植物的实时三维模型。

在去噪时，可以以每个三维点为球心，通过设定球的半径和球内点云的个数，不满足相应的阈值，则认为该点为噪声点并将其剔除。

对点云数据进行精简时，可以实现对散乱的数据点云进行预处理，使其按照纵向和横向的层排列，依据横向水平层的点形成的曲线的曲线变化程度给数据点分别赋予不同的权值；按照纵向层进行处理，对数据点赋予纵向权值；依据数据点的横纵向权值将点云划分为若干不同区域，保留每个区域中权值大的点，并将其记为节点；对每个横向和纵向区域中的2个节点中间的点按照一定的规则精简，最后得到精简后的点云数据。

如果基于图像三维重建，则可以分别建立植物叶片三维模型以及三维骨架模型。在建立叶片三维模型时，首先通过从不同角度拍摄植物的叶片,然后利用角点检测算法提取叶片的特征；其次,经过特征匹配获得特征点的三维坐标,然后用样条曲线插值、重采样和网格化方法产生叶片的网格模型,并通过纹理映射重建具有真实感效果的三维植物叶片模型。在建立三维骨架模型时，首先通过提取单幅图像的植物骨架；然后经立体匹配并计算骨架特征点的三维数据,产生骨架的三维点云模型,最终通过曲线插值重建植物的三维骨架模型。

三维骨架模型建立的过程可以详细如下：

图像采集：利用数码相机、三脚架和云台在不同的距离拍摄图片并进行标定；

二值化：对拍摄的图片分离出植物并进行二值化处理，分离植物是可以采用RGB的差异来进行，二值化可以采用灰度直方图的方法；

骨架提取：依据像素领域信息设定准则，采用迭代的方法逐步剔除普通电，直到最后剩下骨架点；或者通过对物体进行距离变化，来寻找骨架点。

骨架匹配：对空间上同一点在两幅图像的成像点进行匹配，比如利用极线约束和定义的匹配准则获得骨架的点云数据；

模型建立：对点云数据进行曲线拟合，比如可以通过在任意两个三维点之间话样条曲线，从而产生骨架曲线模型，反应植物的真实模型。

如果基于参数化建模的话，先使用参数化L系统模拟出植物体的各种构造模型,在此基础上建立一个能够描述不同植物拓扑结构的参数模型库.用户在进行植物仿真时,只需在参数库中选择一种植物基本结构模型作为模拟的模板,通过设置其最大迭代深度、植物器官的几何结构属性和拓扑结构的属性即可生成植物图形或具体植物的生长过程，然后通过对植物器官进行局部细化、颜色和纹理处理及全局光照设置，方便地细化植物形态结构的局部形状，从而生成实时三维模型。

参数化模型的过程可以包括：

首先，

从图形化系统接口中获取植物的映射变换矩阵M_T，aij指平移旋转、缩放、投影，

其次，生成的向量集合P∈{P₁ P₂ P₃ ..... P_n}，n是现有的顶点数量，p向量为行向量描述方式，bn是行向量描述方式中的一个元素，M_T是最终映射变换矩阵，Vmax是点集中所有xyz分量中的最大值所组成的新向量，Vmin是集中所有xyz分量中的最小值所组成的新向量：

P_n＝(b₁₁b₁₂b₁₃b₁₄)

P_T＝PM_T

PV_max＝Max(P_T)

PV_min＝Min(P_T)

由Vmax构成向量空间PVmax，PVmin构成一个子空间B；

对集合P中的植物进行变换变换得到的最终投影矩阵如下：

V_max＝Max(B_n*M)

V_min＝Min(B_n*M)

其中，Max和Min函数是对向量的单个分量继续对比得到的最终值，Q为植物边框的面积，Vmaxr是Vmax X轴向的分量，Vminx是Vmin X轴向的分量，Vmaxy是Vmax Y轴向的分量，Vminy是Vmin Y轴向的分量，详细如下：

Q＝||V_maxr-V_minx||*||V_maxy-V_miny||。

在上述实施例的基础上，所述后台服务器为现场服务器，所述现场服务器包括用户信息管理模块(图中未示出)，用于对登陆后台服务器的用户进行身份认证，并向身份认证通过后的用户提供数据查询。

在另一实施例中，在上述实施例方案的基础上增加一数据存储服务器103，用于根据元数据标准存储监测到的温度、湿度、CO₂浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度信息，以生成实时形态变形信息，以及实时生理信息。

在另外一实施例汇总，在上述实施例的基础上增加一报警模块104，用于当监测到的温度、湿度、CO2浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度超过对应设定的报警阈值时，产生报警信息。该报警模块104安装在智能化生长设备101侧，报警信息可以通过音视频播放，或者显示屏显示。

上述实施例中，所述营养液供给系统包括一营养液盛放池，所述营养盛放池中放置有水生动物，比如鱼。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种小型智能化植物生长系统，其特征在于，包括智能化生长设备以及后台服务器，所述智能化生长设备包括植物生长架、光源系统、营养液供给系统、环境监控系统、植物生长状态监控系统，所述植物生长支架上设置有植物生长床，所述植物生长床上设置有若干个种植盘，每个所述种植盘中种植有若干株植物，所述植物生长床开设有营养液输入口和营养液输出口；光源系统包括若干组人工光源，人工光源固定在其对应植物生长床的正上方；营养液供给系统用于通过所述营养液输入口和营养液输出口调整向所述植物生长床的营养液补给量；所述环境监控系统包括湿度传感器、温度传感器、CO₂浓度传感器、营养液液位传感器、营养液浓度传感器、酸碱度传感器，用于分别对植物生长的温度、湿度、CO₂浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度进行实时监测；植物生长状态监控系统用于监控植物的实时形态变形信息及生理信息；后台服务器根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型，并根据预先存储的标准三维模型以及生成的实时三维模型，生成环境条件调整策略，包括对温度、湿度、CO₂浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度、光照强度和光色的调整，以根据所述环境条件调整策略调整植物生长的温度、湿度、CO₂浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度、光照强度和光色；

基于图像三维重建或点云的重建或参数化建模，所述后台服务器根据植物的实时形态变形信息及实时生理信息生成实时三维模型具体包括：从图形化系统接口中获取植物的映射变换矩阵M_T，aij指平移旋转、缩放、投影，

$M_T=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}& a_{14}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}& a_{24}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}& a_{34}\\ a_{41}& a_{42}& a_{43}& a_{44}\end{array}\right)$

其次，生成的向量集合P∈{P₁ P₂ P₃ ..... P_n}，n是现有的顶点数量，p向量为行向量描述方式，bn是行向量描述方式中的一个元素，M_T是最终映射变换矩阵，Vmax是点集中所有xyz分量中的最大值所组成的新向量，Vmin是集中所有xyz分量中的最小值所组成的新向量：

P_n＝(b₁₁ b₁₂ b₁₃ b₁₄)

P_T＝PM_T

PV_max＝Max(P_T)

PV_min＝Min(P_T)

由Vmax构成向量空间PVmax，PVmin构成一个子空间B；

对集合P中的植物进行变换变换得到的最终投影矩阵如下：

V_max＝Max(B_n*M)

V_min＝Min(B_n*M)

其中，Max和Min函数是对向量的单个分量继续对比得到的最终值，Q为植物边框的面积，Vmaxr是Vmax X轴向的分量，Vminx是Vmin X轴向的分量，Vmaxy是Vmax Y轴向的分量，Vminy是Vmin Y轴向的分量，详细如下：

Q＝||V_{max r}-V_{min x}||*||V_{max y}-V_{min y}||。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述植物生长状态监控系统包括：植物形态变形监控单元以及生理信息监控单元，所述植物形态变形监控单元用于通过获取植物的三维点云或特征点信息，以监控植物的实时形态变形信息，所述生理信息监控单元用于通过多谱图像获取植物的图像信息，以监控植物的实时生理信息。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述植物形态变形监控单元包括数字化仪、三维激光扫描仪或者数字相机中的任一种或多种的组合。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述生理信息监控单元包括固定光谱探头、多光谱相机，所述固定光谱探头用于获取植物的光谱数据，以获取植物图像的特征波长数据，所述多光谱相机用于植物的近红外图像以及RGB、CIR模式的合成图像，以获取植物图像的光谱信息。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括数据存储服务器，用于根据元数据标准存储监测到的温度、湿度、CO₂浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度信息，以生成实时形态变形信息，以及实时生理信息。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源系统、营养液供给系统、环境监控系统、植物生长状态监控系统之间通过ZIGBEE无线通讯协议进行数据传输，所述光源系统、营养液供给系统、环境监控系统、植物生长状态监控系统分别对应一个带状网络子网，每个带状网路子网中的设备对应一个网络节点。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述后台服务器为现场服务器，所述现场服务器包括用户信息管理模块，用于对登陆后台服务器的用户进行身份认证，并向身份认证通过后的用户提供数据查询。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括报警模块，用于当监测到的温度、湿度、CO₂浓度、营养液液位、营养液浓度、营养液酸碱度超过对应设定的报警阈值时，产生报警信息。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述基于点云的重建包括：对实时形态变形信息进行预处理，对点数据进行去噪、精简；通过对点云数据点之间的建立三角关系或者多边形结构关系，搭建多边形网络；再进行数据分割以从点云数据表面特征提取过程中测量数据分类转变为造型数据；最后在进行曲面的拟合从而最终形成植物的实时三维模型；所述去噪包括：以每个三维点为球心，通过设定球的半径和球内点云的个数，不满足相应的阈值，则认为该点为噪声点并将其剔除；所述精简包括：对散乱的数据点云进行预处理，使其按照纵向和横向的层排列，依据横向水平层的点形成的曲线的曲线变化程度给数据点分别赋予不同的权值；按照纵向层进行处理，对数据点赋予纵向权值；依据数据点的横纵向权值将点云划分为若干不同区域，保留每个区域中权值大的点，并将其记为节点；对每个横向和纵向区域中的2个节点中间的点按照一定的规则精简，最后得到精简后的点云数据。