CN109981752A - 基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统 - Google Patents

基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统 Download PDF

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刘晓俊
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Abstract

本发明涉及农业智能监测设备技术领域，特别涉及一种基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，包括数据采集模块、服务器端及报警模块，所述数据采集模块包括用于农林生境信息采集的传感器，数据采集模块将采集到的数据输出至服务器端，服务器端对采集数据进行处理后输出信号至报警模块控制决策预警。通过接入设置各种传感器，可方便地采集农林生境信息，然后在服务器端对这些信息进行处理，利用基于混合智能计算与知识图谱的智能决策技术，结合报警模块，实现生态农林产品适宜环境的全天候无限距自动跟踪预警与实时监控，并且实现野外农作物病虫害实时决策预警，该预警与监控过程是完全自动的，非常智能化，使用起来非常方便。

Description

基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统
技术领域
本发明涉及农业智能监测设备技术领域，特别涉及一种基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统。
背景技术
物联网作为一种新兴的高新技术，具有长远的发展前景。我国是传统的农业大国，在科技日新月异的今天，原始的农业模式会浪费很多的人力和物力，传统农业需要向智慧农业进行转变。物联网作为一种新兴的技术，将其应用在农业上，对于促进农业生产具有重大意义。农业是国家发展的基础，中国是农业大国，却不是农业强国，大力发展智能化农业是提高我国农业水平的重要途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，包括数据采集模块、服务器端以及报警模块，所述的数据采集模块包括用于采集农林产品生境信息的传感器，数据采集模块将传感器采集到的信息输出至服务器端，服务器端对采集到的数据进行处理后输出控制信号至报警模块控制报警模块动作。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过设置各种传感器，可以很方便的采集农林产品生境信息，然后在服务器上对这些信息进行处理，结合报警模块的报警功能，实现生态农林产品适宜环境的全天候无限距自动跟踪预警与实时监控，并且该监控过程是完全自动的，非常智能化，使用起来非常方便。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合图1，对本发明做进一步详细叙述。
参阅图1，一种基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，包括数据采集模块10、服务器端20以及报警模块30，所述的数据采集模块10包括用于采集农林产品生境信息的传感器，数据采集模块10将传感器采集到的信息输出至服务器端20，服务器端20对采集到的数据进行处理后输出控制信号至报警模块30控制报警模块30动作。通过设置各种传感器，可以很方便的采集农林产品生境信息，然后在服务器端20上对这些信息进行处理，结合报警模块30的报警功能，实现生态农林产品适宜环境的全天候无限距自动跟踪预警与实时监控，并且该监控过程是完全自动的，非常智能化，使用起来非常方便。
优选地，所述的传感器包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤养分检测仪以及土壤PH测试仪，空气温度传感器和空气湿度传感器用于采集空气的温度和湿度，光照传感器用于采集光强信息，这些即环境参数。土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤养分检测仪以及土壤PH测试仪主要用于采集土壤的一些参数。通过对环境参数和土壤参数的采集，就可以得到农林产品所处的环境状况，通过对浙西参数的处理也能很好的得知农林产品的生长情况。
针对农业用传感器接口的多样性、信号的异构性，通过研究即插即用多传感器通用接口/标准、自适应节能调度协议、多网关容错/互操作与多频段自动跳转技术，实现可扩展、低功耗、远距离、高可靠的生态农林产品生境信息远程无线获取与传输。本发明中优选地，所述的数据采集模块10包括ZigBee网络以及第一GPRS通信模块，ZigBee网络由RFD节点和协调器构成，传感器插接在RFD节点的即插即用接口上，RFD节点与协调器相连，协调器通过第一GPRS通信模块将数据发送至服务器端20。这里传感器与RFD即插即用接口，利用DS2430(Maxim公司的256位一线式EE-PROM芯片)与微控单片机AT89S51，根据DS2430在即插即用传感器系统中的应用要求，设计DS2430与单片机AT89S51连接的Proteus仿真电路。单片机AT89S51读取识别模块的信息，用以辨识当前与系统连接的传感器，然后根据识别模块的信息对调理电路进行适当配置；传感器输出的信号经过A/D转换后送入单片机AT89S51。利用IEEE 1451.4标准定义一种混合模式的接口，既保留传统传感器模拟信号，又附加一个低成本的数字接口，用以传送嵌入在传感器中的传感器电子数据表(TEDS)，以实现自我身份识别和自我描述的功能。DS2430A构成的识别模块主要存储用于配置传感器的TEDS信息。通过单片机AT89S51的P1.0脚向DS2430A数据存储器单元00H和1FH写入32字节TEDS数据，然后读取数据存储器的全部TEDS数据。同时置于远端服务器的传感特征库实时监测终端TEDS信息，并自动进行特征匹配与传感器身份识别，实现多传感器的信号数据动态转换与协同感知。如果要更换不同的传感器，只需将单片机复位，系统即可再次根据当前传感器单元的需要对电路进行配置，毋需人工干涉，从而实现多传感器集成的即插即用。
在农业现场监控区域中采用无线传感器网络将各个采集点联系起来，无线协议采用的是Zigbee协议，无线传感器网络由一个协调器(coordinator)、路由器(router)和数个精简功能设备(RFD)组成，这里的路由器是可根据需要增减的，由于Zigbee中的协调器与各个节点的直接通信距离有限，所以需要加入路由器，这样可以大大增加无线网络的覆盖范围，如果不需要大的覆盖范围，可以无需使用路由器。搭建好ZigBee网络，所述的数据采集模块10按如下步骤进行数据的采集和发送：(A)RFD节点上的各类传感器根据从协调器处接收的采集命令进行数据采集，得到多个RFD采集原始数据后进行数据融合；(B)协调器通过串口线与第一GPRS通信模块连接，将数据直接通过串口线传给第一GPRS通信模块；(C)第一GPRS通信模块内部固化好的程序负责将传输过来融合后的数据按GPRS网络要求的格式再进行打包，之后将数据传输到GPRS网络。通过该步骤可以很好的将传感器采集到的数据打包发出。
这里根据远程无线数据安全传输技术，通过研究远距离无线数据转接节点的数据包防冲突算法，实现传输与转接过程中海量传感数据包一致性和完整性；利用无线传感网络、GPRS/3G、互联网等三网无缝接入机制，实现传感数据的低成本无线多跳传输与存储；通过远程无线传感数据传输多网关容错机制，保证部分网关失效时接入的可用性；提供GPRS/3G与Internet的自动上线接入机制与注册机制，实现远程透明数据传输与实时在线监测。
另外，在进行采集时，还可以设置彩色高清(1080P)摄像机，全天候在线采集野外现场图像与视频数据，直观地反映了农林作物生产的实时态势，可以侧面反映出作物生长的整体状态及水平，从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。
进一步地，所述的服务器端20包括S5PC100处理器、第二GPRS通信模块、显示器、NAND FLASH存储器以及SD卡，S5PC100处理器通过第二GPRS通信模块连接GPRS网络接收第一GPRS通信模块发出的数据。这里采用先进的基于Cortex-A12内核的S5PC100处理器和无线网卡WI-FI作为硬件载体，综合应用WLAN、嵌入式Linux和JSP技术等技术，以程序软件的通用性和易用性为方向，实现远程无线视频和智能预警物联网系统控制以及野外农林种植环境信息采集，S5PC100处理器采用64位内部总线构架，包括强大的硬件加速器，如：动态视频处理，显示控制和缩放，支持多种格式的硬件编解码：MPEF-1/2/4、H263/H264、CV-1、DivX，用在这里非常合适。S5PC100处理器通过TFT-LCD接口电路连接显示器用于显示采集到的数据，还可以显示历史数据。由于服务器端20需要对采集的数据存储同时又需要存储本地操作系统代码，需要有稳定的存储方案，因此平台设计NAND FLASH与SD卡结合的存储方案，NAND FLASH存储器与S5PC100处理器相连用于存储本地代码，SD卡与S5PC100处理器相连用于存储采集到的数据。
在简单系统中，一般采用前、后台编程方式设计软件，但在复杂的系统中，前后台方式的软件设计方法无法满足系统的要求，需要网络协议栈支持、文件系统支持、多进程支持后，前、后台软件由于其超循环编程方法的限制很难实现系统的功能要求，因此复杂的嵌入式系统往往加入了嵌入式操作系统的支持。目前，常用嵌入式操作系统有VxWorks、WinCE、Linux等。本实施例中，服务器端20选用的是Linux，它是开放源代码的类UNIX操作系统。目前经过长期的发展Linux已成为世界领先的操作系统，可以运行在服务器、大型机和超级计算机，由于Linux的可剪裁性和可移植性，目前也广泛应用在嵌入式设备上，如消费电子产品、交换设备、工业控制等。Linux具备良好的多进程与多线程支持，并且支持多种网络协议、具备丰富的文件系统，并且其开源代码的特性受到广大的开发者支持。在本系统中采用Linux操作系统能够充分利用嵌入式Linux中成熟的网络协议簇以及模块化的剪裁方法，降低系统软件的开发难度，提高了系统设计的灵活性。服务器端20设计的软件采用分层以及模块化的方式进行设计，由于采用嵌入式Linux操作系统作为解决方案，因此，将软件划分为应用层、系统层、驱动层；系统层软件需要完成Linux在操作系统上的移植和各个模块的驱动；应用层软件需要完成温度采集模块、显示模块以及网络通信模块的软件设计。
如何根据采集到的数据进行报警，一般有很多算法和方案，本实施例中优选地，所述的NAND FLASH存储器中存储有空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH值的上限值和下限值以及土壤养分的阈值，S5PC100处理器将采集到的数据与上下限制以及阈值进行比较并在超限时驱动报警模块30动作。这里通过上下限制和阈值的判断，当温度过高或过低等进行报警，非常直接、有效。
为了进一步提高预警能力，本实施例中，所述的NAND FLASH存储器中存储有智能决策模型，S5PC100处理器将采集到的数据代入智能决策模型中判断是否需要报警，智能决策模型由三个操作过程组成：(S1)解构建：一定数目的知识模型在完全连接图中按照某种规则出发，各自独立地根据信息素和启发式信息，采用一个概率规则选择下一步的移动，直到建立优化问题一个完整的解，并对构成的解进行质量评估；(S2)信息素更新：包括信息素的释放过程和蒸发过程，信息素释放即根据构成解的质量决定释放量的大小，信息素蒸发即以一个固定比例值衰减所有边上的信息素，整个更新过程一般是在解的构建完成后，但有时也会出现在解构建的每一步中。每条边上信息素的量直接影响蚂蚁对这条边的选择概率，因而信息素的分布情况决定了整个知识图谱的搜索空间方向。；(S3)后台操作：以灵活的机制执行单个知识模型不能完成的宏观操作从而对整个算法的行为进行调控，包括搜集全局信息素情况和采取局部搜索措施；以上三个操作过程的结合方式是根据算法设计者考虑问题特征时自由指定的，可以并行、独立、交叉以及同步，从某种程度上来说它们之间是相互作用的。这里利用基于混合智能计算技术的模拟模型构建和基于GPRS短信平台的智能群发预警技术，实现生态农林产品适宜环境的全天候无限距自动跟踪预警与实时监控。
报警模块30的结构有很多，本实施例中优选地，所述的报警模块30包括蜂鸣器和移动终端，蜂鸣器通过PWM蜂鸣器接口电路连接S5PC100处理器用于发出声音报警，S5PC100处理器通过GPRS网络连接移动终端并通过向移动终端发送短信实现远程报警。
更进一步地，所述的空气温度传感器和土壤温度传感器为DS181320型数字温度传感器，协调器是基于ARM微控制器搭建的；所述的移动终端为手机；为满足远程对平台采集数据访问功能，因此集成一路10M/100M自适应以太网接口，S5PC100处理器通过以太网接口连接网络并与计算机相连用于远程访问服务器端20的数据；所述的服务器端20中存储有数据采集时间间隔T，协调器每隔时间T发出一次采集命令，这个具体的时间间隔T可根据实际的使用需求来进行设置。

Claims (9)

1.一种基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：包括数据采集模块(10)(10)、服务器端(20)以及报警模块(30)，所述的数据采集模块(10)包括用于采集农林产品生境信息的传感器，数据采集模块(10)将传感器采集到的信息输出至服务器端(20)，服务器端(20)对采集到的数据进行处理后输出控制信号至报警模块(30)控制报警模块(30)动作。
2.如权利要求1所述的基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：所述的传感器包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤养分检测仪以及土壤PH测试仪。
3.如权利要求2所述的基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：所述的数据采集模块(10)包括ZigBee网络以及第一GPRS通信模块，ZigBee网络由RFD节点和协调器构成，传感器插接在RFD节点的即插即用接口上，RFD节点与协调器相连，协调器通过第一GPRS通信模块将数据发送至服务器端(20)。
4.如权利要求3所述的基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：所述的数据采集模块(10)按如下步骤进行数据的采集和发送：
(A)RFD节点上的各类传感器根据从协调器处接收的采集命令进行数据采集，得到多个RFD采集原始数据后进行数据融合；
(B)协调器通过串口线与第一GPRS通信模块连接，将数据直接通过串口线传给第一GPRS通信模块；
(C)第一GPRS通信模块内部固化好的程序负责将传输过来融合后的数据按GPRS网络要求的格式再进行打包，之后将数据传输到GPRS网络。
5.如权利要求4所述的基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：所述的服务器端(20)包括S5PC100处理器、第二GPRS通信模块、显示器、NANDFLASH存储器以及SD卡，S5PC100处理器通过第二GPRS通信模块连接GPRS网络接收第一GPRS通信模块发出的数据，S5PC100处理器通过TFT-LCD接口电路连接显示器用于显示采集到的数据，NAND FLASH存储器与S5PC100处理器相连用于存储本地代码，SD卡与S5PC100处理器相连用于存储采集到的数据。
6.如权利要求5所述的基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：所述的NAND FLASH存储器中存储有空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH值的上限值和下限值以及土壤养分的阈值，S5PC100处理器将采集到的数据与上下限制以及阈值进行比较并在超限时驱动报警模块(30)动作。
7.如权利要求6所述的基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：所述的NAND FLASH存储器中存储有智能决策模型，S5PC100处理器将采集到的数据代入智能决策模型中判断是否需要报警，智能决策模型由三个操作过程组成：
(S1)解构建：一定数目的知识模型在完全连接图中按照某种规则出发，各自独立地根据信息素和启发式信息，采用一个概率规则选择下一步的移动，直到建立优化问题一个完整的解，并对构成的解进行质量评估；
(S2)信息素更新：包括信息素的释放过程和蒸发过程，信息素释放即根据构成解的质量决定释放量的大小，信息素蒸发即以一个固定比例值衰减所有边上的信息素；
(S3)后台操作：以灵活的机制执行单个知识模型不能完成的宏观操作从而对整个算法的行为进行调控，包括搜集全局信息素情况和采取局部搜索措施；
以上三个操作过程的结合方式可以并行、独立、交叉以及同步。
8.如权利要求6或7所述的基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：所述的报警模块(30)包括蜂鸣器和移动终端，蜂鸣器通过PWM蜂鸣器接口电路连接S5PC100处理器用于发出声音报警，S5PC100处理器通过GPRS网络连接移动终端并通过向移动终端发送短信实现远程报警。
9.如权利要求8所述的基于远程视频的移动型野外农林种植智能预警物联网系统，其特征在于：所述的空气温度传感器和土壤温度传感器为DS181320型数字温度传感器，协调器是基于ARM微控制器搭建的；所述的移动终端为手机；所述的服务器端(20)还包括以太网接口，S5PC100处理器通过以太网接口连接网络并与计算机相连用于远程访问服务器端(20)的数据；所述的服务器端(20)中存储有数据采集时间间隔T，协调器每隔时间T发出一次采集命令。
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