CN106614440B - 一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，包括远程数据中心和至少一个测报装置；每个测报装置包括支架、以及固定在支架上的主控单元、图像采集单元、诱捕单元、喷气单元、环境监测单元和数据传输单元；图像采集单元位于诱捕单元的上方，并朝向诱捕单元；喷气单元位于诱捕单元的的一侧，并朝向诱捕单元；主控单元连接图像采集单元、诱捕单元、喷气单元、环境监测单元和数据传输单元；数据传输单元与远程数据中心连接。本发明不仅实现了无人值守的智能化监控，而且有助于提高农作物害虫发生危害预测预报的智能性和准确性，及时监测和预报其种群动态有助于科学合理采取措施控制该虫的危害，减少农药施用量和环境污染。

Description

一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统

技术领域

本发明涉及农作物害虫远程智能监测技术领域，具体涉及一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统。

背景技术

目前，我国主要利用性诱剂结合田间虫情调查预测预报农作物害虫（如甘蔗螟虫）的发生。然而，应用性诱剂需要每天人工记录诱蛾数量，工作繁锁、工作量大且不易同时获取广域环境下（如广西甘蔗主产区）的害虫种群动态，影响测报农作物害虫发生的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有农作物害虫测报工作繁锁、耗费人力大和实时性差等问题，提供一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，包括远程数据中心和至少一个测报装置；每个测报装置包括支架、以及固定在支架上的主控单元、图像采集单元、诱捕单元、喷气单元、环境监测单元和数据传输单元；图像采集单元位于诱捕单元的上方，并朝向诱捕单元；喷气单元位于诱捕单元的的一侧，并朝向诱捕单元；主控单元连接图像采集单元、诱捕单元、喷气单元、环境监测单元和数据传输单元；数据传输单元与远程数据中心连接。

上述方案中，各个测报装置分别设置在不同的监测点处。

上述方案中，诱捕单元包括诱捕器、水槽、滤网及滤网支架、垂直升降电机、倾斜角度控制电机；诱捕器和水槽固定在支架上，且诱捕器设置在水槽内或水槽的正上方；水槽的上部开口，滤网固定在滤网支架上，且滤网一端与滤网支架铰连，滤网及滤网支架设置在水槽内；滤网与滤网支架的间隙设置倾斜角度控制电机，该倾斜角度控制电机带动滤网在水槽上方倾斜预定角度；滤网支架的下部设置垂直升降电机，该垂直升降电机带动滤网支架在水槽内升降（滤网随滤网支架升降）；垂直升降电机和倾斜角度控制电机连接主控器。

上述方案中，诱捕器为性诱剂和/或诱虫灯。

上述方案中，喷气单元包括气枪、储气罐和气泵；气泵的出气口连接储气罐的入气口，储气罐的出气口连接于气枪的入气口，气枪的出气口与诱捕单元的滤网的下表面相对；气泵与主控单元连接。

上述方案中，储气罐内还设有一压力传感器，该压力传感器与主控单元连接。

上述方案中，图像采集单元包括摄像头和图像采集卡；摄像头与诱捕单元滤网的上表面相对；摄像头经图像采集卡与主控单元连接。

上述方案中，环境监测单元包括温度传感器、湿度传感器、照度传感器、风速传感器和/或风向传感器。

上述方案中，还进一步包括供电单元，该供电单元为主控单元、图像采集单元、诱捕单元和喷气单元供电。

上述方案中，数据传输单元为移动通信单元。

与现有技术相比，本发明在继承传统农作物害虫测报习惯与经验的基础上，通过物联网图像识别、远程监测、传输与控制技术将调查数据反馈到监测中心进行分析，构建农作物害虫智能测报装置；及时获取害虫种群发生发展的动态演变过程，提升预测预报的准确性与时效性。本发明不仅实现了无人值守的智能化监控，能够实现广域环境下的实时测报；而且有助于提高农作物害虫发生危害预测预报的智能性和准确性，及时监测和预报其种群动态有助于科学合理采取措施控制该虫的危害，减少农药施用量和环境污染。

附图说明

图1为一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统的原理框图。

图2为测报装置的结构示意图。A）为清理害虫状态图；B）诱捕害虫状态图。

图3为一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统的工作流程图。

图中标号：1、支架；2、供电单元；3、主控单元；4、图像采集单元； 51、诱捕器；52、水槽；53、滤网；54、滤网支架；55、垂直升降电机；56、倾斜角度控制电机；6、喷气单元； 7、环境监测单元。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图,以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

参见图1，一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，包括远程数据中心和至少一个测报装置。各个测报装置分别设置在不同的监测点处。

所述测报装置能够对被诱捕的农作物害虫进行图像信息采集、检测计数，便于在广域环境下对农作物害虫的发生、发展进行实时测报。每个测报装置包括支架1、以及固定在支架1上的供电单元2、主控单元3、图像采集单元4、诱捕单元、喷气单元6、环境监测单元7和数据传输单元。

诱捕单元主要用于诱捕田间害虫，包括诱捕器51、水槽52、滤网53、滤网支架54、垂直升降电机55、倾斜角度控制电机56。诱捕器51和水槽52固定在支架1上。根据测报装置所处田间虫害的种类，针对性的设置相应的性诱剂和/或诱虫灯。性诱剂和/或诱虫灯可以设置在水槽52内，也可以设置在水槽52的正上方。在本发明优先实施例中，所述诱捕器51为性诱剂，其设置在水槽52的正上方的悬挂架上，水槽52储水。水槽52的上部开口，滤网53及滤网支架54设置在水槽52内。滤网53及滤网支架54的下部设置垂直升降电机55，该垂直升降电机55带动滤网53及滤网支架54在水槽52内升降。滤网53与滤网支架的54的一端铰连，滤网53与滤网支架54中间设置倾斜角度控制电机56，该倾斜角度控制电机56带动滤网53在水槽52上方倾斜预定角度，并使得滤网53与水平面构成一定角度。垂直升降电机55和倾斜角度控制电机56连接主控器。

当处于诱捕害虫状态时，垂直升降电机55和倾斜角度控制电机56均不工作，此时滤网53在水槽52的内部保持水平，如图2 B。当处于清理害虫状态时，垂直升降电机55逐渐上升至最高点，并使得滤网53与水槽52的上开口相平，同时倾斜角度控制电机56逐渐倾斜，并使得滤网53在水槽52的上开口处倾斜一定角度，如图2A。为了提高系统可靠性和稳定性，水槽52内还设有液位传感器来监测水槽52液位，滤网53上设有高度和角度传感器来监测滤网53高度与角度；上述液位传感器、以及高度和角度传感器均与主控单元3连接。

图像采集单元4定期拍摄诱捕单元中的害虫情况。图像采集单元4位于诱捕单元的上方，并朝向诱捕单元。图像采集单元4包括摄像头和图像采集卡。摄像头与诱捕单元的滤网53的上表面相对。摄像头经图像采集卡与主控单元3连接。摄像头根据指令或定时触发开机来拍摄水槽52中水面图像，该图像经过图像采集卡处理后送入到主控单元3中，并由主控单元3将其传送至远程数据中心，以识别和计数水槽52中害虫的数量。

喷气单元6定期将诱捕单元中的害虫清除。喷气单元6位于诱捕单元的的一侧，并朝向诱捕单元。喷气单元6包括气枪、储气罐和气泵。主控单元3连接气泵的控制端，气泵的出气口连接储气罐的入气口，储气罐的出气口连接于气枪的入气口，气枪的出气口与诱捕单元的滤网53的下表面相对。在本发明中，气枪的个数为多个，且这些气枪分布在不同的水平高度上，以确保处于滤网53上的害虫全部能够被气枪喷出的高压气流吹走。为了能够对喷气单元6的工作状态进行监控，储气罐内还设有一压力传感器，该压力传感器的输出端与主控单元3连接，以实现对储气罐的气压的监测并依据监测值自动加压。喷气单元6能够将图像检测单元检测过的害虫从水槽52中清理干净，为下次害虫图像检测做好准备。

环境监测单元7用于监控监测点处的环境情况，以获得田间环境小气候与害虫发生发展趋势之间的关系。环境监测单元7包括温度传感器、湿度传感器、照度传感器、风速传感器和/或风向传感器等，用于对空气温度、湿度、光照、风向等田间环境小气候实时监测装置。在本发明优选实施例中，环境监测单元7设置在一个百叶箱中。

数据传输单元用于实现测报装置与远程数据中心的连接，并具备接收和发送数据及指令的功能。数据传输单元将图像、各种环境信息及测报装置自身的各种状态信息发送到远程数据中心，并接收由远程数据中心发来的指令。其中数据传输单元可以是有线传输单元（如USB线、同轴电缆或光纤等）和无线传输单元（如WIFI、2G、3G或4G等）。在本发明优选实施例中，数据传输单元为移动通信单元，即使用移动运营商所提供的网络进行数据传输。

主控单元3为检测装置的控制核心，连接图像采集单元4、诱捕单元、喷气单元6、环境监测单元7和数据传输单元。图像采集单元4和环境监测单元7将监测到的信息发送到主控单元3，然后经过数据传输单元发送到远程数据中心。在主控单元3的控制下，驱动诱捕单元和喷气单元6按照预定的时序工作。

供电单元2为系统提供电源。供电单元2包括太阳能板和电池组，该太阳能板为主控单元3、图像采集单元4、诱捕单元和喷气单元6供电。

所述远程数据中心实现害虫图像检测及相关数据的存储处理，为用户提供可视化的监测信息。

参见图3，上述一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统的工作过程如下：

诱捕单元采用性诱剂等引诱物引诱害虫，图像采集单元4定时对落到水槽52中的害虫拍摄图像，拍摄的图像及相应时间点的田间环境信息一起被发送到远程数据中心。

远程数据中心的害虫图像检测软件对图像进行分析，获得害虫数量。首先需要对发回的图像进行预处理，除去不必要的噪声（由于天气变化以及成像背景等因素）干扰，清洁数据，获得具有一定质量的害虫图像后；接着采用自适应的深度学习框架，将害虫对象的特征提取、检测以及分类整合到一个统一的框架，以获取图像中害虫的数量以及种类。具体来讲，通过前期一定量的图像数据采集，形成初始的系统；通过不断的样本采集与在线学习，完成系统检测、分类的自动升级，提高检测、分类精度，避免人工的干预，实现系统的智能化。

每次采集完害虫图像之后，诱捕单元的垂直升降电机55启动，将水槽52中的滤网53升到预定的高度，落到水中的害虫被过滤出来；滤网53达到预定的高度后，诱捕单元的倾斜角度控制电机56将滤网53倾斜到预定的角度。当滤网53上升，并达到预定角度后，喷气单元6启动：从各个气枪同时喷出的高压气流直接喷向滤网53，该高压气流将附着在滤网53上的农作物害虫吹落到地上。喷气单元6依据储气罐气压压力传感器自动启动气泵充气。

喷气单元6将害虫清理干净后，诱捕单元启动倾斜角度控制电机56和垂直升降电机55，倾斜角度控制电机56先将滤网53回复到水平角度，垂直升降电机55再将滤网53降到水槽52中原来的高度。

再次采集水槽52图像信息，发送到远程数据中心，并再次对滤网53中是否残留有害虫进行检测，如果残留有害虫，则重启一次害虫清理过程。

Claims (8)

1.一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，其特征在于：包括远程数据中心和至少一个测报装置；

每个测报装置包括支架（1）、以及固定在支架（1）上的主控单元（3）、图像采集单元（4）、诱捕单元、喷气单元（6）、环境监测单元（7）和数据传输单元；

诱捕单元包括诱捕器（51）、水槽（52）、滤网（53）、滤网支架（54）、垂直升降电机（55）和倾斜角度控制电机（56）；诱捕器（51）和水槽（52）固定在支架（1）上，且诱捕器（51）设置在水槽（52）内或水槽（52）的正上方；水槽（52）的上部开口，滤网（53）及滤网支架（54）设置在水槽（52）内；滤网（53）固定在滤网支架（54）上，并且滤网（53）与滤网支架（54）的一端铰连，滤网（53）与滤网支架（54）之间设置倾斜角度控制电机（56），该倾斜角度控制电机（56）带动滤网（53）在水槽（52）上方倾斜预定角度；滤网支架（54）的下部设置垂直升降电机（55），该垂直升降电机（55）带动滤网（53）及其滤网支架（54）在水槽（52）内升降；垂直升降电机（55）和倾斜角度控制电机（56）连接主控器；当处于诱捕害虫状态时，垂直升降电机（55）和倾斜角度控制电机（56）均不工作，此时滤网（53）在水槽（52）的内部保持水平；当处于清理害虫状态时，垂直升降电机（55）逐渐上升至最高点，并使得滤网（53）与水槽（52）的上开口相平，同时倾斜角度控制电机（56）逐渐倾斜，并使得滤网（53）在水槽（52）的上开口处倾斜一定角度；图像采集单元（4）位于诱捕单元的上方，并朝向诱捕单元；图像采集单元（4）定期拍摄诱捕单元中的害虫情况；

喷气单元（6）位于诱捕单元的一侧，并朝向诱捕单元；喷气单元（6）包括气枪、储气罐和气泵；气泵的出气口连接储气罐的入气口，储气罐的出气口连接于气枪的入气口，气枪的出气口与诱捕单元的滤网（53）的下表面相对；气泵与主控单元（3）连接； 每次采集完害虫图像之后，诱捕单元的垂直升降电机（55）启动，将水槽（52）中的滤网（53）升到预定的高度，落到水中的害虫被过滤出来；滤网（53）达到预定的高度后，诱捕单元的倾斜角度控制电机（56）将滤网（53）倾斜到预定的角度；当滤网（53）上升，并达到预定角度后，喷气单元（6）启动，从各个气枪同时喷出的高压气流直接喷向滤网（53），该高压气流将附着在滤网（53）上的农作物害虫吹落到地上；喷气单元（6）将害虫清理干净后，诱捕单元启动倾斜角度控制电机（56）和垂直升降电机（55），倾斜角度控制电机（56）先将滤网（53）回复到水平角度，垂直升降电机（55）再将滤网（53）降到水槽（52）中原来的高度；

主控单元（3）连接图像采集单元（4）、诱捕单元、喷气单元（6）、环境监测单元（7）和数据传输单元；数据传输单元与远程数据中心连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，其特征在于：各个测报装置分别设置在不同的监测点处。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，诱捕器（51）为性诱剂和/或诱虫灯。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，其特征在于：储气罐内还设有一压力传感器，该压力传感器与主控单元（3）连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，其特征在于：图像采集单元（4）包括摄像头和图像采集卡；摄像头与诱捕单元的滤网（53）的上表面相对；摄像头经图像采集卡与主控单元（3）连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，其特征在于：环境监测单元（7）包括温度传感器、湿度传感器、照度传感器、风速传感器和/或风向传感器。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，其特征在于：还进一步包括供电单元（2），该供电单元（2）为主控单元（3）、图像采集单元（4）、诱捕单元和喷气单元（6）供电。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农作物害虫智能测报系统，其特征在于：数据传输单元为移动通信单元。

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