CN107926887B - 农作物病虫害精准识别与智能控制系统 - Google Patents

农作物病虫害精准识别与智能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其包括中央服务器和至少一个杀虫装置；杀虫装置包括杀虫灯、无线信号收发模块、存储模块、图像采集模块和微处理器；无线信号收发模块、杀虫灯、存储模块和图像采集模块均与微处理器连接，杀虫灯、图像采集模块和微处理器均与电源模块连接；中央服务器包括信息采集模块、搜索模块、数据处理模块和无线收发模块；搜索模块、无线收发模块和信息采集模块均与数据处理模块连接。

Description

农作物病虫害精准识别与智能控制系统
技术领域
本发明涉及农业虫害防治领域，具体涉及农作物病虫害精准识别与智能控制系统。
背景技术
数字化农业和精准化作业是现代农业发展的方向和要求。在作物病情虫情分析方面，数字农业要求快速、准确地获取植物受病虫害侵染的信息，从而指导植物生长过程中的精细化管理。
国际上，日本在20世纪末已经在技术密集型的设施园艺领域开发了多种病虫害预警系统，不但节省了人力物力，还大大提高了病虫害防治效果；荷兰农业环境工程研究所开发的病虫害预警的专家系统，运用图像处理技术和专家系统技术结合，在应用方面取得了良好效果；而美国、英国等国家的温室大棚在采用智能控制系统的同时结合机器视觉技术对病虫害的等级程度、范围进行了预警。
由于很多病虫斑比较近似，在复杂背景下进行病虫斑的区分，是目前农作物病虫害预警系统的主要难点，致使目前先进的温室计算机监测预警系统仍依赖国外进口技术，核心技术仍然掌握于国外。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的农作物病虫害精准识别与智能控制系统将采集的农作物图像信息中的虫斑与预先存储的害虫类型相结合进行害虫的精准判断。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其包括中央服务器和至少一个杀虫装置；
杀虫装置包括杀虫灯，无线信号收发模块，用于接收中央服务器发送的当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型及每种害虫的活动时间；
存储模块，其具有多种农作物所对应不同类型病虫害所对应病虫害图谱的数据集及中央服务器发送的当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型和每种害虫的活动时间；
图像采集模块，用于采集杀虫装置所在范围内的图像信息；以及
微处理器，用于将数据集中的所有病虫害图谱输入2D卷积神经网络中进行训练，形成训练集；接收图像采集模块发送的图像信息，并将图像信息输入2D卷积神经网络，得到图像信息所对应的害虫类型；
根据图像信息所对应的害虫类型，判断存储模块中是否存在图像信息表征的害虫，并将存储模块中有无相应害虫的信息发送给中央服务器；
当接收到中央服务器下发的害虫类型或害虫类型及活动时间，则根据害虫所对应的活动时间，并判断活动时间是否位于夜间，若位于夜间，则在害虫所对应的活动时间内开启杀虫灯，否则不开启杀虫灯；
无线信号收发模块、杀虫灯、存储模块和图像采集模块均与微处理器连接，杀虫灯、图像采集模块和微处理器均与电源模块连接；
中央服务器包括信息采集模块，用于获取当前种植的农作物类型和当前时间段气象发布系统发布的气候信息；
搜索模块，用于根据接收的当前种植的农作物类型，获取当前时段农作物易爆发害虫的害虫类型；之后根据气候信息和害虫类型，获取每种害虫的活动时间；
数据处理模块，根据中央服务器所监管范围内的杀虫装置反馈的其存储模块中有无相应害虫的信息，并统计所有杀虫装置所反馈的每种害虫出现的概率；
筛选出概率大于10％的所有害虫类型，并判断筛选出的害虫是否都存在于之前获取的害虫类型内，若均在，则将筛选出来的害虫类型发送给杀虫装置；
若部分害虫不存在，则先将存在的害虫类型发送给杀虫灯，将不存在的害虫类型通过发送给管理人员确认其活动时间，根据管理人员上传的害虫活动时间，将害虫类型及其活动时间发送给杀虫灯；
无线收发模块，将当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型、每种害虫的活动时间发送给杀虫灯；搜索模块、无线收发模块和信息采集模块均与数据处理模块连接。
本发明的有益效果：本系统在进行病虫害识别时，会首先采用中央服务器获取当前种植的农作物及当前时间段的气候信息，获取当前时间段活动的害虫及害虫活动时间段，之后通过杀虫装置获取其所在范围的农作物图像信息，分析图像中存在的虫斑所对应的害虫情况，通过统计害虫出现的规模以避免出现误判，通过害虫出现的规模进行害虫的诱杀，可以在害虫爆发爆发初期就对其进行诱杀，避免了害虫的大规模爆发；之后再结合害虫活动时间对害虫进行精准诱杀，提高了诱杀效率。
附图说明
图1为农作物病虫害精准识别与智能控制系统的原理框图。
图2为杀虫灯的结构示意图。
图3为圆形底座的立体图。
其中，1、灯杆；2、控制箱；3、杀虫灯；31、虫体收纳袋；32、圆形底座；321、容纳腔；33、高压电网；34、诱虫灯管；35、灯盖；4、连接杆；5、旋转装置；51、电机；52、输出轴；53、安装板；54、支杆；6、图像采集模块。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
参考图1，图1示出了农作物病虫害精准识别与智能控制系统的原理框图；如图1所示，该农作物病虫害精准识别与智能控制系统，包括中央服务器和至少一个杀虫装置；具体地，可以在一片种植有相同农作物的农场或一片种植有相同果树的园林中安装一个中央处理器，根据农场或园林的大小及杀虫灯3的照射覆盖面积选择安装的杀虫装置的个数。
杀虫装置包括杀虫灯3、无线信号收发模块、存储模块、图像采集模块6和微处理器；无线信号收发模块、杀虫灯3、存储模块和图像采集模块6均与微处理器连接，杀虫灯3、图像采集模块6和微处理器均与电源模块连接。
其中，无线信号收发模块、存储模块、图像采集模块6、微处理器和电源模块均设在灯杆1旁边安装的控制箱2内。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，杀虫灯3包括均通过连接杆4设置在灯杆1上端的圆形底座32和灯盖35，灯座与灯盖35之间安装有诱虫灯管34，诱虫灯管34外设置有高压电网33，高压电网33和诱虫灯管34均通过控制开关与电源模块和微处理器连接。
其中，诱虫灯管34的光谱为320～680nm，采用这种光谱的诱虫灯管34，其能够实现大部分害虫的引诱，通用性强。
如图3所示，实施时，本方案优选圆形底座32上开设有倒锥形的容纳腔321，容纳腔321贯穿圆形底座32，圆形底座32的底面上连接有一虫体收纳袋31。
在杀虫装置中，无线信号收发模块用于接收中央服务器发送的当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型及每种害虫的活动时间。
存储模块可以为一张内存卡，其存储有具有多种农作物的不同类型病虫害所对应病虫害图谱的数据集及中央服务器发送的当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型和每种害虫的活动时间。
图像采集模块6可以为一摄像头，用于采集杀虫装置所在范围内的农作物图像信息；实施时，图像采集模块6可以安装在灯杆1的顶端。
在本发明的一个实施例中，杀虫装置还包括安装在所述灯杆1顶部的旋转装置5，所述旋转装置5包括安装于灯杆1顶部、与微处理器和电源模块连接的电机51，所述电机51的输出轴52上安装有一根倾斜向上的支杆54，所述图像采集模块6通过安装板53倾斜向下安装在所述支杆54上。
杀虫装置的微处理器，用于将数据集中的所有病虫害图谱输入2D卷积神经网络中进行训练，形成训练集；训练集的形成过程可以在安装杀虫灯3之前设置好，之后在进行病虫害识别过程中，直接接收图像采集模块6发送的图像信息，并将图像信息输入2D卷积神经网络，得到图像信息所对应的害虫类型；
根据图像信息所对应的害虫类型，判断存储模块中是否存储有图像信息表征的害虫，并将存储模块中有无相应害虫的信息发送给中央服务器；
当接收到中央服务器下发的害虫类型或害虫类型及活动时间，则根据害虫所对应的活动时间，并判断活动时间是否位于夜间，若位于夜间，则在害虫所对应的活动时间内开启杀虫灯3，否则不开启杀虫灯3；
中央服务器包括信息采集模块、搜索模块、数据处理模块和无线收发模块；搜索模块、无线收发模块和信息采集模块均与数据处理模块连接。
中央服务器的信息采集模块，用于获取当前种植的农作物类型和当前时间段气象发布系统发布的气候信息；此处的当前时间段可以根据用户种植作物的经济价值进行设置，比如种植的农作物单价高，需要尽可能降低害虫造成的损失可以将这个时间段设置为一周或半个月；若是种植的农作物不易受虫害影响，可以设置为半个月或者一个月。
搜索模块，用于根据接收的当前种植的农作物类型，获取当前时段农作物易爆发害虫的害虫类型；之后根据气候信息和害虫类型，获取每种害虫的活动时间；
数据处理模块，根据中央服务器所监管范围内的杀虫装置反馈的其存储模块中有无相应害虫的信息，并统计所有杀虫装置所反馈的每种害虫出现的概率；
筛选出概率大于10％的所有害虫类型，并判断筛选出的害虫是否都存在于之前获取的害虫类型内，若均存在，则将筛选出来的害虫类型发送给杀虫装置；
若部分害虫不存在，则先将存在的害虫类型发送给杀虫灯3，将不存在的害虫类型发送给管理人员确认其活动时间，根据管理人员上传的害虫活动时间，将害虫类型及其活动时间发送给杀虫灯3；
当数据处理模块筛选出的所有害虫类型都不存在于之前获取的害虫类型内，则控制信息采集模块重新获取当前时间段的气候信息，之后控制搜索模块根据重新获取害虫类型及每种害虫的活动时间。
无线收发模块，将当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型、每种害虫的活动时间发送给杀虫灯3。
实施时，中央服务器为电脑；微处理器和数据处理模块均为单片机。
综上所述，本系统能够将采集的农作物图像信息中的虫斑与预先存储的害虫类型相结合进行害虫的精准判断。

Claims (7)

1.农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其特征在于，包括中央服务器和至少一个杀虫装置；
所述杀虫装置包括：杀虫灯，
无线信号收发模块，用于接收中央服务器发送的当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型及每种害虫的活动时间；
存储模块，其存储有具有多种农作物的不同类型病虫害所对应病虫害图谱的数据集及中央服务器发送的当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型和每种害虫的活动时间；
图像采集模块，用于采集杀虫装置所在范围内的农作物图像信息；以及
微处理器，用于将所述数据集中的所有病虫害图谱输入2D卷积神经网络中进行训练，形成训练集；接收所述图像采集模块发送的图像信息，并将所述图像信息输入2D卷积神经网络，得到所述图像信息所对应的害虫类型；
根据所述图像信息所对应的害虫类型，判断所述存储模块中是否存储有所述图像信息表征的害虫，并将所述存储模块中有无相应害虫的信息发送给中央服务器；
当接收到中央服务器下发的害虫类型或害虫类型及活动时间，则根据害虫所对应的活动时间，判断所述活动时间是否位于夜间，若位于夜间，则在所述害虫所对应的活动时间内开启杀虫灯，否则不开启杀虫灯；
所述无线信号收发模块、杀虫灯、存储模块和图像采集模块均与微处理器连接，所述杀虫灯、图像采集模块和微处理器均与电源模块连接；
所述中央服务器包括：
信息采集模块，用于获取当前种植的农作物类型和当前时间段气象发布系统发布的气候信息；
搜索模块，用于根据接收的当前种植的农作物类型，获取当前时段农作物易爆发害虫的害虫类型；之后根据所述气候信息和害虫类型，获取每种害虫的活动时间；
数据处理模块，根据中央服务器所监管范围内的杀虫装置反馈的其存储模块中有无相应害虫的信息，并统计所有杀虫装置所反馈的每种害虫出现的概率；
筛选出概率大于10％的所有害虫类型，并判断筛选出的害虫是否都存在于之前获取的害虫类型内，若均存在，则将筛选出来的害虫类型发送给所述杀虫装置；
若部分害虫不存在，则先将存在的害虫类型发送给所述杀虫灯，将不存在的害虫类型发送给管理人员确认其活动时间，根据管理人员上传的害虫活动时间，将害虫类型及其活动时间发送给杀虫灯；
无线收发模块，将当前种植的农作物、农作物所对应害虫的类型、每种害虫的活动时间发送给杀虫灯；
所述搜索模块、无线收发模块和信息采集模块均与数据处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其特征在于，当数据处理模块筛选出的所有害虫类型都不存在于之前获取的害虫类型内，则控制信息采集模块重新获取当前时间段的气候信息，之后控制搜索模块重新获取害虫类型及每种害虫的活动时间。
3.根据权利要求1所述的农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其特征在于，所述杀虫灯包括均通过连接杆设置在灯杆上端的圆形底座和灯盖，所述圆形底座与所述灯盖之间安装有诱虫灯管，所述诱虫灯管外设置有高压电网，所述高压电网和诱虫灯管均通过控制开关与电源模块和微处理器连接。
4.根据权利要求3所述的农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其特征在于，所述杀虫装置还包括安装在所述灯杆顶部的旋转装置，所述旋转装置包括安装于灯杆顶部、与微处理器和电源模块连接的电机，所述电机的输出轴上安装有一根倾斜向上的支杆，所述图像采集模块通过安装板倾斜向下安装在所述支杆上。
5.根据权利要求3所述的农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其特征在于，所述圆形底座上开设有倒锥形的容纳腔，所述容纳腔贯穿所述圆形底座，所述圆形底座的底面上连接有一虫体收纳袋。
6.根据权利要求3-5任一所述的农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其特征在于，所述诱虫灯管的光谱为320～680nm。
7.根据权利要求1-5任一所述的农作物病虫害精准识别与智能控制系统，其特征在于，所述中央服务器为电脑；所述微处理器和数据处理模块均为单片机。
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