CN109991911A - 一种基于物联网的果园综合监控系统 - Google Patents

一种基于物联网的果园综合监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的果园综合监控系统，包括传感器组、图像采集模块和远程监控终端，所述远程监控终端内设有土壤水分及营养成分分析模块、果树生长状态评估模块、病虫害识别模块和危险动作判定模块。本发明基于传感器组实现了果园内土壤湿度和肥力参数的采集，并将其与每种果树的最适宜土壤湿度和肥力参数进行对比，为后续的灌溉、施肥操作提供了科学依据，一定程度上可以提高果树的产量以及果实的品质。通过无人机模块协同图像处理技术实现了果树生长情况以及果树病虫害情况的自动识别分析，同时可以基于各区域特征给出相应的防治方法，有效避免病虫害的恶化，从而将病虫害对水果产量的影响降到最小。

Description

一种基于物联网的果园综合监控系统
技术领域
本发明涉及农业领域，具体涉及一种基于物联网的果园综合监控系统。
背景技术
我国作为农业生产大国，而果园种植占据了我国水果产业的主导地 位。随着城乡一体化的建设发展和新生代农民向城市的逐渐转移，加剧了农业生成劳动力短缺矛盾，自动化、信息化、智能化成为农业生产和农机装备发展的必然趋势。
果园内的环境状况、果树的病虫害情况可以直接影响水果的质量和产量，因此果园内的土壤湿度、土壤肥力等信息是否能够实时的掌握在手中就显得尤为重要。传统果园种植多通过人工方式进行采集观察，难以保证采集环境数据的实时性，同时还浪费大量人力资源。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于物联网的果园综合监控系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于物联网的果园综合监控系统，包括：
传感器组，用于种植区内土壤湿度、土壤肥力数据的采集；
图像采集模块，包括无人机模块和架设在果园内的摄像头，通过无人机模块进行每一颗果树图像的采集，并将采集到的图像数据通过无线通信模块实时发送到远程监控终端 ；通过摄像头进行果园内视频数据的采集，并将采集到的视频数据通过无线通讯模块实时发送到远程监控终端；所述远程监控终端内设有：
土壤水分及营养成分分析模块，用于根据接收到的土壤湿度数据以及土壤肥力数据实现当前土壤水分以及营养成分的分析，并输出对应的分析结果至显示屏进行显示；
果树生长状态评估模块，用于采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理；并采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理；然后基于连通分量外接矩形的长宽比进行果树树冠体积的计算，从而根据计算结果基于历史果树树冠体积实现果树生长状态的评估；
病虫害识别模块，用于采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理；并采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理；然后基于连通分量外接矩形的长宽比进行果树叶面、根茎以及果实上的孔洞、斑点、害虫轨迹的识别，从而根据识别结果基于病虫害数据库完成病虫害的识别；
危险动作判定模块，用于通过kinect深度传感器数据获取视频图像内的人体深度信息以及骨骼信息，消除所得骨骼信息的抖动和噪声干扰，并获取所有骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息；将计算所得的骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息与危险动作姿态数据库内录制的危险动作标准姿态信息进行对比，如果差距小于某个门限，则认为是，否则认为不是。
进一步地，所述无人机模块按照预设的行驶轨迹实现果树图像的采集。
进一步地，还包括一报警模块，在病虫害识别模块识别到病虫害时以及危险动作判定模块判断的结果为是时启动。
进一步地，所述报警模块采用语音报警模块，基于报警信号来源调用相应的音频数据实现报警。
进一步地，每一颗果树配置一湿度传感器和一土壤肥力检测传感器，两者分离设置，均布置在果树根部的土壤内。
进一步地，所述土壤水分及营养成分分析模块基于每种果树需要水分和肥力要求进行当前土壤情况的评估，水分评估结果分为三种：标准、缺水、过湿；肥力评估结果分为两种：过营、贫瘠、标准。
进一步地，所述远程监控终端内还设有：
病害虫防治决策模块，针对病虫害识别模块的识别结果，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善病虫害情况的联合防治方案；并用于对不同联合防治备选方案所引发的病虫害情况变化趋势进行比较，提出最终的防治决策方案；
病虫害数据库，通过各区域病虫害情况数据中心的数据存储和管理平台，形成病虫害基础数据库。
进一步地，所述远程监控终端内还设有：
图像标记模块，用于为每一副采集到的图像标记上无人机所在的GPS定位结果。
进一步地，所述远程监控终端还设有一人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，用于对传感器组、图像采集模块所采集到的数据，土壤水分及营养成分分析模块、果树生长状态评估模块、病虫害识别模块、危险动作判定模块的结果进行显示。
本发明具有以下有益效果：
基于传感器组实现了果园内土壤湿度和肥力参数的采集，并将其与每种果树的最适宜土壤湿度和肥力参数进行对比，为后续的灌溉、施肥操作提供了科学依据，一定程度上可以提高果树的产量以及果实的品质。
通过无人机模块协同图像处理技术实现了果树生长情况以及果树病虫害情况的自动识别分析，同时可以基于各区域特征给出相应的防治方法，有效避免病虫害的恶化，从而将病虫害对水果产量的影响降到最小。
自带危险动作判定功能，可以及时发现果园内存在的危险行为，比如偷盗水果、投药等行为。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于物联网的果园综合监控系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于物联网的果园综合监控系统，包括：
传感器组，每一颗果树配置一湿度传感器和一土壤肥力检测传感器，两者分离设置，均布置在果树根部的土壤内，用于种植区内土壤湿度、土壤肥力数据的采集；
图像采集模块，包括无人机模块和架设在果园内的摄像头，通过无人机模块按照预设的行驶轨迹进行每一颗果树图像的采集，并将采集到的图像数据通过无线通信模块实时发送到远程监控终端 ；通过摄像头进行果园内视频数据的采集，并将采集到的视频数据通过无线通讯模块实时发送到远程监控终端；所述远程监控终端内设有：
土壤水分及营养成分分析模块，用于根据接收到的土壤湿度数据以及土壤肥力数据实现当前土壤水分以及营养成分的分析，并输出对应的分析结果至显示屏进行显示；所述土壤水分及营养成分分析模块基于每种果树需要水分和肥力要求进行当前土壤情况的评估，水分评估结果分为三种：标准、缺水（包括建议施水量）、过湿（包括超过的差值数据）；肥力评估结果分为两种：过营（包括超过的成分以及每个成分超过的差值）、贫瘠（包括建议的施肥措施）、标准；
果树生长状态评估模块，用于采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理；并采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理；然后基于连通分量外接矩形的长宽比进行果树树冠体积的计算，从而根据计算结果基于历史果树树冠体积实现果树生长状态的评估；
病虫害识别模块，用于采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理；并采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理；然后基于连通分量外接矩形的长宽比进行果树叶面、根茎以及果实上的孔洞、斑点、害虫轨迹的识别，从而根据识别结果基于病虫害数据库完成病虫害的识别；
危险动作判定模块，用于通过kinect深度传感器数据获取视频图像内的人体深度信息以及骨骼信息，消除所得骨骼信息的抖动和噪声干扰，并获取所有骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息；将计算所得的骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息与危险动作姿态数据库内录制的危险动作标准姿态信息进行对比，如果差距小于某个门限，则认为是，否则认为不是。
报警模块，在病虫害识别模块识别到病虫害时以及危险动作判定模块判断的结果为是时启动。所述报警模块采用语音报警模块，基于报警信号来源调用相应的音频数据实现报警，本实施例汇总，音频数据设置为两种，一是发现病虫害；一是发现危险人物。
病害虫防治决策模块，针对病虫害识别模块的识别结果，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善病虫害情况的联合防治方案；并用于对不同联合防治备选方案所引发的病虫害情况变化趋势进行比较，提出最终的防治决策方案；
病虫害数据库，通过各区域病虫害情况数据中心的数据存储和管理平台，形成病虫害基础数据库。
图像标记模块，用于为每一副采集到的图像标记上无人机所在的GPS定位结果；
人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，用于对传感器组、图像采集模块所采集到的数据，土壤水分及营养成分分析模块、果树生长状态评估模块、病虫害识别模块、危险动作判定模块的结果进行显示。
中央处理器，用于协调上述模块进行工作。
本实施例中所采用的无人机模块采用自带避障功能的无人机，其在使用时，需先根据果园的地势、果树的分布情况进行巡航路径的设置。
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：包括：
传感器组，用于种植区内土壤湿度、土壤肥力数据的采集；
图像采集模块，包括无人机模块和架设在果园内的摄像头，通过无人机模块进行每一颗果树图像的采集，并将采集到的图像数据通过无线通信模块实时发送到远程监控终端；通过摄像头进行果园内视频数据的采集，并将采集到的视频数据通过无线通讯模块实时发送到远程监控终端；
所述远程监控终端内设有：
土壤水分及营养成分分析模块，用于根据接收到的土壤湿度数据以及土壤肥力数据实现当前土壤水分以及营养成分的分析，并输出对应的分析结果至显示屏进行显示；
果树生长状态评估模块，用于采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理；并采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理；然后基于连通分量外接矩形的长宽比进行果树树冠体积的计算，从而根据计算结果基于历史果树树冠体积实现果树生长状态的评估；
病虫害识别模块，用于采用双边滤波和分段线性变换算法分别进行图像去噪和图像增强预处理；并采用迭代自适应阈值分割法进行图像二值化处理；然后基于连通分量外接矩形的长宽比进行果树叶面、根茎以及果实上的孔洞、斑点、害虫轨迹的识别，从而根据识别结果基于病虫害数据库完成病虫害的识别；
危险动作判定模块，用于通过kinect深度传感器数据获取视频图像内的人体深度信息以及骨骼信息，消除所得骨骼信息的抖动和噪声干扰，并获取所有骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息；将计算所得的骨骼对的角度旋转移动SO3矩阵信息与危险动作姿态数据库内录制的危险动作标准姿态信息进行对比，如果差距小于某个门限，则认为是，否则认为不是。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：所述无人机模块按照预设的行驶轨迹实现果树图像的采集。
3.如权利要求1所述的一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：还包括一报警模块，在病虫害识别模块识别到病虫害时以及危险动作判定模块判断的结果为是时启动。
4.如权利要求3所述的一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：所述报警模块采用语音报警模块，基于报警信号来源调用相应的音频数据实现报警。
5.如权利要求1所述的一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：每一颗果树配置一湿度传感器和一土壤肥力检测传感器，两者分离设置，均布置在果树根部的土壤内。
6.如权利要求1所述的一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：所述土壤水分及营养成分分析模块基于每种果树需要水分和肥力要求进行当前土壤情况的评估，水分评估结果分为三种：标准、缺水、过湿；肥力评估结果分为两种：过营、贫瘠、标准。
7.如权利要求1所述的一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：所述远程监控终端内还设有：
病害虫防治决策模块，针对病虫害识别模块的识别结果，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善病虫害情况的联合防治方案；并用于对不同联合防治备选方案所引发的病虫害情况变化趋势进行比较，提出最终的防治决策方案；
病虫害数据库，通过各区域病虫害情况数据中心的数据存储和管理平台，形成病虫害基础数据库。
8.如权利要求1所述的一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：所述远程监控终端内还设有：
图像标记模块，用于为每一副采集到的图像标记上无人机所在的GPS定位结果。
9.如权利要求1所述的一种基于物联网的果园综合监控系统，其特征在于：所述远程监控终端还设有一人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，用于对传感器组、图像采集模块所采集到的数据，土壤水分及营养成分分析模块、果树生长状态评估模块、病虫害识别模块、危险动作判定模块的结果进行显示。
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