CN107192458A - 一种基于移动设备的作物水分亏缺诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于移动设备的作物水分亏缺诊断方法，包括步骤：1）在田间设置辅助装置，即田间空气温度计和地面充分蒸发参考面；2）在移动设备上安装专用红外摄像头；3）使用红外摄像头对需要诊断的田块进行拍照，同时记录下该区域的空气温度计读数；4）使用红外摄像头对目标区域附近的地面充分蒸发参考面拍照；5）在移动设备的专用APP上输入温度计读取的温度，导入目标区域红外图像以及地面充分蒸发参考面红外图像；6）APP根据输入的数据及导入的图像，自动运行得出拍摄的目标区域内水分亏缺分布图，对作物水分亏缺指数值高于临界值的区域进行高亮显示预警。本发明适用于中小面积的农田作物水分状态监测，具有便携、诊断迅速、准确可靠的特点，有利于实现农业精准灌溉，提高农业现代化水平。
Description
技术领域
本发明涉及农业灌溉技术领域，具体涉及一种基于移动设备的作物水分亏缺诊断方法。
背景技术
红外热成像技术是一项新型机器视觉技术。该技术研究红外辐射的发射传输及接收的原理和规律，通过转换和处理接收到的红外信息，运用景物自身各部分辐射的差异获得图像的细节。热成像技术通过对事物进行成像，能够从另一个角度观察到事物的自身的变化。该技术之前多用于军事及工业上。随着热成像技术的发展及精度的提高，以及红外热成像技术具有受环境影响小、能准确反映区域温度等优点，目前国内外越来越多的学者将热成像技术应用于农业生产领域。目前，红外热成像技术在作物检测方面的研究主要包括病害胁迫、水分胁迫以及冻害胁迫检测。
植物的长势对水分极为敏锐，微小的水分胁迫即能抑制作物的生长发育，影响其生长速度。而冠层温度直接反映了作物对土壤中水分的要求。红外热成像技术，可以用另一个角度，在肉眼可见前，观察到植物的水分胁迫情况，为精准农业在作物灌溉方面提供可靠指标，指导种植者及时、快速地做好灌溉措施。目前基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断技术，主要通过手持或无人机等平台上的红外相机先拍摄红外图像，再通过导入计算机上专用的软件对上诉图形进行处理得出拍摄区域的水分亏缺状态，此类方法从拍摄图像到得出结论中间需要一段时间，难以在拍摄场地实时获取作物水分亏缺状态。而随着适用于智能手机的外接红外摄像头问世，可以克服这一技术的上述缺点。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种便携、诊断迅速、准确可靠的基于移动设备的作物水分亏缺诊断方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于移动设备的作物水分亏缺诊断方法，包括步骤：
（1）在田间设置辅助装置，即田间空气温度计和地面充分蒸发参考面；
（2）在移动设备上安装专用红外摄像头；
（3）在需要诊断的田块内放入地面充分蒸发参考面，使用红外摄像头对需要诊断的田块进行拍照，同时记录下该区域的空气温度计读数；
（4）使用红外摄像头对目标区域附近的地面充分蒸发参考面拍照；
（5）在移动设备的专用APP上输入温度计读取的温度，导入目标区域红外图像以及地面充分蒸发参考面红外图像；
（6）APP根据输入的数据及导入的图像，自动运行得出拍摄的目标区域内水分亏缺分布图，对作物水分亏缺指数值高于临界值的区域进行高亮显示预警。
作为优选，所述地面充分蒸发参考面设计如下：选择一个直径15cmm，深度10cm的圆柱形水盆，水盆内加入适量水备用，5cm厚发泡聚苯乙烯板漂浮于水中完全覆盖水面，聚苯乙烯板上面覆盖一层2mm厚的白色吸水无纺布，无纺布外面包裹2层吸水性胶黏纤维布，无纺布和纤维布的四周均浸入水中，使无纺布和纤维布一直处于全蒸发状态以代替水的蒸发。
作为优选，所述APP的核心算法为：对所拍图像进行图像分割，区分冠层、背景，从冠层图像读取得到冠层温度平面分布，从地面充分蒸发参考面红外图像得到地面充分蒸发参考面温度，然后结合田间空气温度计监测的空气温度数据，估算作物气孔完全关闭时的叶片温度，最后计算作物水分亏缺指数，将作物水分亏缺指数展示在作物冠层图上，对作物水分亏缺指数值高于临界值的区域进行高亮显示预警。
作为优选，所述作物水分亏缺指数CWSI的计算公式为：
CWSI＝( TC-TW )/( TD-TW )
式中，TC为冠层温度，TW为地面充分蒸发参考面温度，TD＝TA+5为作物气孔完全关闭时的叶片温度，TA为测试干球温度，即田间空气温度。
有益效果：本发明一种基于移动设备的作物水分亏缺诊断方法，充分利用移动设备便携、具有数据处理能力、拍照范围较大的特点，结合适用于移动设备的红外摄像头，可拍摄较大范围的作物，并读取其冠层温度，结合从充分蒸发参考面红外图像获取的温度与地面观测同步测定的大气温度，直接计算作物水分亏缺指数，得到作物水分亏缺指数的空间分布信息，适用于个体户农民对较大面积的农田作物水分状态监测，有利于实现农业精准灌溉，提高农业现代化水平。
附图说明
图1是本发明的实施例的流程图。
具体实施方式
实施例：本实施例的一种基于移动设备的作物水分亏缺诊断方法，包括步骤：
（1）在田间设置辅助装置，即田间空气温度计和地面充分蒸发参考面；
（2）在移动设备上安装专用红外摄像头；
（3）在需要诊断的田块内放入地面充分蒸发参考面，使用红外摄像头对需要诊断的田块进行拍照，同时记录下该区域的空气温度计读数；
（4）使用红外摄像头对目标区域附近的地面充分蒸发参考面拍照；
（5）在移动设备的专用APP上输入温度计读取的温度，导入目标区域红外图像以及地面充分蒸发参考面红外图像；
（6）APP根据输入的数据及导入的图像，自动运行得出拍摄的目标区域内水分亏缺分布图，对作物水分亏缺指数值高于临界值的区域进行高亮显示预警。
田间辅助装置布置中，所述地面充分蒸发参考面设计如下：选择一个直径15cm，深度10cm的圆柱形水盆，水盆内加入适量水备用，5cm厚发泡聚苯乙烯板漂浮于水中完全覆盖水面，聚苯乙烯板上面覆盖一层2mm厚的白色吸水无纺布，无纺布外面包裹2层吸水性胶黏纤维布，无纺布和纤维布的四周均浸入水中，使无纺布和纤维布一直处于全蒸发状态以代替水的蒸发。空气温度计应避免阳光直射。
作物冠层红外图像、地面充分蒸发参考面红外图像导入APP，并将田间空气温度输入APP后，所述APP的计算步骤为：对所拍作物冠层图像进行图像分割，区分冠层、背景，从冠层图像逐点读取得到冠层温度平面分布（TC），从地面充分蒸发参考面红外图像得到地面充分蒸发参考面温度（TW），然后结合田间空气温度计监测的空气温度数据（TA），估算作物气孔完全关闭时的叶片温度（TD=TA+5℃），最后逐点计算作物水分亏缺指数（CWSI），将作物水分亏缺指数通过与等级一一对应的颜色展示在作物冠层图上，对作物水分亏缺指数值高于临界值的区域进行高亮显示预警。
所述作物水分亏缺指数CWSI的计算公式为：
CWSI＝( TC-TW )/( TD-TW )
式中，TC为冠层温度，TW为地面充分蒸发参考面温度，TD＝TA+5为作物气孔完全关闭时的叶片温度，TA为测试干球温度，即田间空气温度。
最终通过移动设备的显示屏，显示出采用不同颜色代表不同水分亏缺程度的作物冠层图像，用户可根据该图像，识别田间作物缺水部分，并针对性进行灌溉。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于移动设备的作物水分亏缺诊断方法，包括步骤：
（1）在田间设置辅助装置，即田间空气温度计和地面充分蒸发参考面；
（2）在移动设备上安装专用红外摄像头；
（3）使用红外摄像头对需要诊断的田块进行拍照，同时记录下该区域的空气温度计读数；
（4）使用红外摄像头对目标区域附近的地面充分蒸发参考面拍照；
（5）在移动设备的专用APP上输入温度计读取的温度，导入目标区域红外图像以及地面充分蒸发参考面红外图像；
（6）APP根据输入的数据及导入的图像，自动运行得出拍摄的目标区域内水分亏缺分布图，对作物水分亏缺指数值高于临界值的区域进行高亮显示预警。
2.根据权利要求1所述的移动设备可以是运行各种智能操作系统的手机、平板电脑设备，也可以是专门为此开发的移动智能设备。
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