CN105897920A - 一种农作物监测分析方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种农作物监测分析系统和方法，包括：依次连接的光谱探测器、移动终端和数据分析平台；光谱探测器用于采集待测农作物的光谱数据；移动终端用于采集待测农作物的图像信息，并将待测农作物的光谱数据与图像信息发送至数据分析平台；数据分析平台用于根据待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果，并将监测结果反馈至移动终端。本发明实施例提供的农作物监测分析系统和方法，移动终端的用户可以及时得知农作物的监测结果，对农作物的生长状态有一个清晰的认识，对肥水药进行合理的控制，提高农作物的产量。
Description
技术领域
本发明涉及农作物监测技术领域，尤其涉及一种农作物监测方法和系统。
背景技术
农作物指农业上栽培的各种植物，生物的一种，包括粮食作物﹑经济作物(油料作物、蔬菜作物、花、草、树木)两大类。可食用的农作物是人类基本食物的来源之一。“民以食为天”，表达了人与食物的关系，合理的膳食搭配才能给人类带来健康。食物的自给自足，才是一个国家可持续性发展的基础。农作物的生长，离不开科学的科技生产技术，以及新型工业制造出来的能辅助农业生产的机械设备。
由于中国农田以家庭农户分散经营为主，存在地块普遍小，分散等特征，导致种植作物类型、管理措施存在千差万别，难以适应大规模机械化现代农业的发展趋势。此外，近年来随着家庭农场的逐渐增多，迫切需要对作物生长过程进行精细的管理，减少化肥农药投入，提高产量。但目前支持田间管理的设备及技术仍以专家服务为主，不具有规模效应，也没有针对性，导致农民不会用、用不起、懒得用。因此迫切需要针对中国农业生产特点，结合互联网+和大数据技术，研发成熟的作物监测设备及应用系统，建立农民、专家及农业生产资料提供者等多层级紧密联系的生产模式，推进农业信息化由专家为主服务，变为农民+专家+企业的新模式。
中国目前有13亿手机用户，其中农民基本也是人手一部手机，手机已经成为农民获取信息的重要方式。随着移动端智能手机的快速普及发展，普通手机也已经具备高清拍摄照片功能和精准定位导航功能，并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入，因此如果能够将手机的作用也运用到农作物种植中，将会带来意想不到的作用。而现有智能手机信息服务，均是专家主动推送经验信息，缺乏实际观测数据支持，没有针对性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何进行农作物的监测分析，为农作物的生长提供科学指导。
为此目的，本发明提出了一种农作物监测分析系统，包括：依次连接的光谱探测器、移动终端和数据分析平台；
所述光谱探测器用于采集待测农作物的光谱数据；
所述移动终端用于采集待测农作物的图像信息，并将所述待测农作物的光谱数据与图像信息发送至所述数据分析平台；
所述数据分析平台用于根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果，并将所述监测结果反馈至所述移动终端。
优选的，所述数据分析平台还用于根据所述农作物的监测结果生成肥水药施用量数据，并将所述肥水药施用数据反馈至所述移动终端。
优选的，所述移动终端还用于获取待测农作物的位置信息，并将所述位置信息发送至所述数据分析平台。
优选的，所述光谱探测器采集的光谱数据包括红外波段和近红外波段。
优选的，所述光谱探测器与所述移动终端之间通过USB、WIFI、射频、3G中的其中一种连接。
另一方面，本发明还提供了一种采用上述任意一种系统进行农作物监测分析的方法，所述方法包括：
采集待测农作物的光谱数据；
采集待测农作物的图像信息；
根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果。
优选的，所述根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果，具体包括：
构建不同品种农作物的光谱数据与农作物参数之间的关系模型；
根据所述待测农作物的图像信息确定所述待测农作物的品种；
将所述待测农作物的品种和光谱数据输入所述关系模型，得到所述待测农作物的监测结果。
优选的，还包括：根据所述待测农作物的监测结果得到肥水药施用量数据。
优选的，所述方法还包括：
获取当前待测农作物的位置信息。
优选的，所述方法还包括：
根据所述待测农作物的位置信息得到气象数据；
根据所述气象数据生成肥水药施用时间数据。
综上，本发明实施例提供的农作物监测分析系统和方法，通过与移动终端连接的光谱探测器来采集农作物的光谱数据，通过移动终端自带的拍照功能采集农作物的图像信息，通过数据分析平台对这些图像信息和光谱数据进行分析，生成农作物监测结果返回给移动终端，因此移动终端的用户可以及时得知农作物的监测结果，对农作物的生长状态有一个清晰的认识，对肥水药进行合理的控制，提高农作物的产量。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例提供的农作物监测分析系统的框架示意图；
图2为本发明一实施例提供的移动终端连接光谱探测器的工作原理示意图；
图3为本发明一实施例提供的农作物监测分析系统的原理示意图；
图4为本发明一实施例提供的农作物监测分析方法的流程示意图；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种农作物监测分析系统，包括：依次连接的光谱探测器11、移动终端12和数据分析平台13。
其中，所述光谱探测器11用于采集待测农作物的光谱数据；
具体地，目前针对养分和病虫害光谱特征，光谱探测器11为双通道，选择红外和近红外两个通道进行数据采集。优选的，所述光谱探测器11采集的光谱数据包括红外波段和近红外波段。红外波段为630nm-690nm，近红外波段为705nm-745nm。所述光谱探测器11与所述移动终端12之间通过USB、WIFI、射频、3G中的其中一种连接。其中，该光谱数据是指待测农作物的绝对反射光谱值，首先，光谱探测器11的每个光谱通道均向上观测来自天空光的下行辐射值，即获得在两个光谱通道范围内天空下行太阳辐射值。然后，同时采集两个通道范围内天空下行辐射经过地表农作物反射后的辐射值；在此基础上，计算出各通道的反射比为公式(1)所示：
f＝R/r (1)
其中，R为光谱探测器11采集的红波段或近红外波段天空下行辐射；r为经过地表作物反射后的红波段或近红外波段辐射值；f为反射比。
其中，所述移动终端12用于采集待测农作物的图像信息，并将所述待测农作物的光谱数据与图像信息发送至所述数据分析平台13；
具体的，如图2所示，该移动终端12就是常见的具有照相功能的智能手机、平板电脑和apple watch等，微型的光谱探测器11与移动终端12连接，通过开发的手机端应用程序，可控制光谱探测器11进行农作物光谱采集，并获取光谱探测器11采集的农作物的光谱数据。移动终端12可以利用手机摇一摇功能确认光谱数据的采集，或者扫描二维码确认光谱数据的采集或者设定自动时间间隔自动采集数据。移动终端12还可以同步获取观测点待测农作物的高清数码相片。移动终端12在获取了光谱数据以及农作物的图像信息之后上传到开发的数据分析平台13。所述移动终端12还用于获取待测农作物的位置信息，并将所述位置信息发送至所述数据分析平台13。
其中，所述数据分析平台13用于根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果，并将所述监测结果反馈至所述移动终端12。
优选的，数据分析平台13还用于根据所述农作物的监测结果生成肥水药施用量数据，并将所述肥水药施用数据反馈至所述移动终端12。
具体的，监测结果可以包括：植被覆盖指数、覆盖度、叶面积指数、叶绿素含量、地上生物量，预测产量等。根据监测结果可以得到当前农作物所需的养分。当用户采集数据确认后，数据自动经过手机通讯上传到该数据分析平台13，该平台集成了地理数据、气象数据及农作物资料，专家知识及模型，并具备专题分析工具，根据用户上传的农作物图像、光谱数据、地理位置等信息，自动匹配相关地理，气象及知识模型，及时生成作物监测结果，并给出合理的肥水药施用量数据反馈给移动终端12的用户。移动终端12用户即可根据监测结果和肥水药施用量数据进行科学肥水药管理，保证作物健康和高产。同时，该平台也可以面向企业请求进行反馈，统计肥水药施用量数据向企业反馈，企业可根据统计结果安排科学生产计划，直接对农户生产需求进行服务。
该数据分析平台13具备海量数据接入特点，能够同时服务亿级的用户数据采集及监测结果的反馈。该平台可以将所有上传的田间作物光谱数据、图像信息以及对应的监测结果进行汇总，生成不同区域，不同时间的化肥、农药需用量数据，实现为农户的直接定向服务，也帮助企业科学安排生成计划。
如图3所示，移动终端12采集的图像信息和光谱探测器11采集的光谱数据，上传到数据分析平台13。其中，数据分析平台13具备了专家知识、模型、互联网和大数据技术。数据分析平台13对上传的数据进行分析，得到农作物监测结果以及肥水药施用量数据发送给用户的移动终端12。用户可以选择一家放心的企业，企业也可以选择服务的用户。数据分析平台13可以统计出肥料、农药需求量，然后将需求量数据发送给化肥、农药的生产企业使企业可以直接向用户提供服务。
所以，本发明实施例提出农作物监测分析系统首先针对现有的智能手机，研发面向农作物监测的双通道光谱探测器11，包括红光、近红外谱段，该光谱探测器11与智能手机接口兼容，成为一种手机微型的外设设备。其次，在智能手机端开发专用的应用程序，能够控制该外设式光谱传感器，实现数据采集、存储、传输。第二，开发面向该光谱探测器11及数据采集分析的数据分析平台13，该平台能够实现全部安装光谱探测器11手机的接入，对用户上传测量数据进行监测分析，下发返回监测结果及管理措施；能够实现多种时间、空间尺度的作物种植类型、面积、长势、产量及肥水药投入品需求量等信息的统计分析；基于数据分析平台13分析结果，一方面可以及时发送给农户科学指导田间管理；另外也可发送给农业生产资料提供企业，合理安排生产计划。
综上，本发明实施例提供的农作物监测分析系统，通过与移动终端12连接的光谱探测器11来采集农作物的光谱数据，通过移动终端12自带的拍照功能采集农作物的图像信息，通过数据分析平台13对这些图像信息和光谱数据进行分析，生成农作物监测结果返回给移动终端12，因此移动终端12的用户可以及时得知农作物的监测结果，对农作物的生长状态有一个清晰的认识，对肥水药进行合理的控制，提高农作物的产量。
另一方面，如图4所示，本发明还提供了一种农作物监测分析的方法，该方法用于上述实施例提到的系统中，所述方法包括：
S1：采集待测农作物的光谱数据；
S2：采集待测农作物的图像信息；
S3：根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果。
其中，步骤S1和步骤S2的先后顺序可以调换也可以同时进行。该方法以上述实施例中提到的农作物检测分析系统为执行主体。
优选的，步骤S3所述根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果，具体包括：
构建不同品种农作物的光谱数据与农作物参数之间的关系模型；
根据所述待测农作物的图像信息确定所述待测农作物的品种；
将所述待测农作物的品种和光谱数据输入所述关系模型，得到所述待测农作物的监测结果。
优选的，还包括：根据所述待测农作物的监测结果得到肥水药施用量数据。
优选的，所述方法还包括：获取当前待测农作物的位置信息。
优选的，所述方法还包括：根据所述待测农作物的位置信息得到气象数据；根据所述气象数据生成肥水药施用时间数据。
本发明提出的农作物监测分析系统和方法，可以充分利用农户普遍使用的智能手机设备，同步采集作物光谱数据、图像信息和地理位置信息，并与开发的数据分析平台进行动态交互，生成的农作物监测结果及决策措施可满足农户及农业生产资料企业需求。该系统实现了真正意义上的将手机作为农业信息传感器，变革传统的农业信息服务方式由被动推进为主动请求，由经验推广转变为科学决策，由大众推广变为针对性指导，将极大的促进农业生产信息化，也为农业其他相关领域提供借鉴意义。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种农作物监测分析系统，其特征在于，包括：依次连接的光谱探测器、移动终端和数据分析平台；
所述光谱探测器用于采集待测农作物的光谱数据；
所述移动终端用于采集待测农作物的图像信息，并将所述待测农作物的光谱数据与图像信息发送至所述数据分析平台；
所述数据分析平台用于根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果，并将所述监测结果反馈至所述移动终端。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据分析平台还用于根据所述农作物的监测结果生成肥水药施用量数据，并将所述肥水药施用数据反馈至所述移动终端。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移动终端还用于获取待测农作物的位置信息，并将所述位置信息发送至所述数据分析平台。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱探测器采集的光谱数据包括红外波段和近红外波段。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱探测器与所述移动终端之间通过USB、WIFI、射频、3G中的其中一种连接。
6.一种采用权利要求1-5任意所述的系统进行农作物监测分析的方法，其特征在于，所述方法包括：
采集待测农作物的光谱数据；
采集待测农作物的图像信息；
根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果。
7.根据权利要求6所述的农作物监测分析的方法，其特征在于，所述根据所述待测农作物的图像信息和光谱数据，生成农作物监测结果，具体包括：
构建不同品种农作物的光谱数据与农作物参数之间的关系模型；
根据所述待测农作物的图像信息确定所述待测农作物的品种；
将所述待测农作物的品种和光谱数据输入所述关系模型，得到所述待测农作物的监测结果。
8.根据权利要求7所述的农作物监测分析的方法，其特征在于，还包括：根据所述待测农作物的监测结果得到肥水药施用量数据。
9.根据权利要求6所述的农作物监测分析的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取当前待测农作物的位置信息。
10.根据权利要求9所述的农作物监测分析的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述待测农作物的位置信息得到气象数据；
根据所述气象数据生成肥水药施用时间数据。
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