CN110622744A - 农业大棚智慧灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种农业大棚智慧灌溉系统，包括：开度控制设备，用于基于接收到的现场雨量控制农业大棚的棚顶开度，接收到的现场雨量越大，控制的农业大棚的棚顶开度越小，供雨水进入到农业大棚内部的棚顶面积越小，当接收到的现场雨量大于等于第一雨量阈值时，关闭农业大棚的棚顶，当接收到的现场雨量小于第二雨量阈值时，完全打开农业大棚的棚顶；雨滴检测设备，用于基于雨滴成像特征对接收到的待处理图像执行雨量对象检测，并基于检测到的雨滴数量确定与其成正比的现场雨量。本发明的农业大棚智慧灌溉系统安全可靠，操控便捷。由于基于针对性识别到的现场雨量控制农业大棚的棚顶开度，从而在保证适当灌溉的同时避免出现大棚内涝的情况。

Description

农业大棚智慧灌溉系统

技术领域

本发明涉及智慧农业领域，尤其涉及一种农业大棚智慧灌溉系统。

背景技术

智慧农业是农业中的智慧经济，或智慧经济形态在农业中的具体表现。智慧农业是智慧经济重要的组成部分；对于发展中国家而言，智慧农业是智慧经济主要的组成部分，是发展中国家消除贫困、实现后发优势、经济发展后来居上、实现赶超战略的主要途径。

智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。

所谓“智慧农业”就是充分应用现代信息技术成果，集成应用计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、3S技术、无线通信技术及专家智慧与知识，实现农业可视化远程诊断、远程控制、灾变预警等智能管理。

发明内容

本发明至少具有以下两个重要发明点：

(1)基于针对性识别到的现场雨量控制农业大棚的棚顶开度，现场雨量越大，控制的农业大棚的棚顶开度越小，从而在保证适当灌溉的同时避免出现大棚内涝的情况；

(2)将各个子图像中完全属于图像背景区域的子图像作为目标子图像以用于执行清晰度分析，并基于分析到的清晰度对图像整体执行相应的清晰度修正动作，从而有效减少了图像处理的运算资源。

根据本发明的一方面，提供了一种农业大棚智慧灌溉系统，所述系统包括：开度控制设备，用于基于接收到的现场雨量控制农业大棚的棚顶开度，接收到的现场雨量越大，控制的农业大棚的棚顶开度越小，供雨水进入到农业大棚内部的棚顶面积越小。

更具体地，在所述农业大棚智慧灌溉系统中：在开度控制设备中，当接收到的现场雨量大于等于第一雨量阈值时，关闭农业大棚的棚顶。

更具体地，在所述农业大棚智慧灌溉系统中，还包括：在开度控制设备中，当接收到的现场雨量小于第二雨量阈值时，完全打开农业大棚的棚顶；其中，在开度控制设备中，所述第一雨量阈值大于所述第二雨量阈值。

更具体地，在所述农业大棚智慧灌溉系统中，还包括：雨滴检测设备，分别与数据处理设备和开度控制设备连接，用于基于雨滴成像特征对接收到的待处理图像执行雨量对象检测，并基于检测到的雨滴数量确定与其成正比的现场雨量；微型摄像设备，设置在农业大棚的外部且位于农业大棚的侧面，用于以平行地平面的方向对农业大棚所在场景进行摄像操作，以获得并输出即时采集图像；所述开度控制设备包括直流无刷电机和棚顶推杆，所述棚顶推杆与所述农业大棚的棚顶连接，所述直流无刷电机与所述棚顶推杆连接；矩形拟合设备，与所述微型摄像设备连接，用于接收即时采集图像，识别出所述即时采集图像中的各个对象，对每一个对象的外形进行矩形拟合以获得对应的外扩矩形，对每一个对象的外形进行矩形拟合以获得对应的外扩矩形包括：所述外扩矩形为能够包括所述对象的外形的最小矩形；面积处理设备，与所述矩形拟合设备连接，用于基于面积大小对各个对象的各个外扩矩形进行排序，将中央序号的外扩矩形作为分割窗口形状，还用于基于所述分割窗口形状对所述即时采集图像执行分割以获得各个子图像。

本发明的农业大棚智慧灌溉系统安全可靠，操控便捷。由于基于针对性识别到的现场雨量控制农业大棚的棚顶开度，从而在保证适当灌溉的同时避免出现大棚内涝的情况。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的农业大棚智慧灌溉系统所应用的农业大棚的外形结构图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的农业大棚智慧灌溉系统的实施方案进行详细说明。

温室(greenhouse)，又称暖房。能透光、保温(或加温)，用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供温室生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。温室的种类多，依不同的屋架材料、采光材料、外形及加温条件等又可分为很多种类。

温室的类型包括种植温室、养殖温室、展览温室、实验温室、餐饮温室、娱乐温室等；温室系统的设计包括增温系统、保温系统、降温系统、通风系统、控制系统、灌溉系统等；农业大棚只是简单的塑料薄膜和骨架结构，其内部设施很少，没有温室要求的高。因此严格说来，温室比农业大棚设备要求更高，可能要用到比较先进的仪器来严格控温。

但广义上说，农业大棚就是温室的一种。它的目的也是为了维持一定的温度。

当前，农业大棚还停留在完全封闭的原始状态，导致即使在雨水稀少的天气下无法有效利用外部雨水，仍依赖人工内部灌溉，然而，如果将农业大棚设计为半封闭状态，则在雨水丰富的季节又有可能造成大棚内涝的灾害发生，对种植的农作物的生长带来不利影响。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种农业大棚智慧灌溉系统，能够有效解决相应的技术问题。

图1为根据本发明实施方案示出的农业大棚智慧灌溉系统所应用的农业大棚的外形结构图。

根据本发明实施方案示出的农业大棚智慧灌溉系统包括：

开度控制设备，用于基于接收到的现场雨量控制农业大棚的棚顶开度，接收到的现场雨量越大，控制的农业大棚的棚顶开度越小，供雨水进入到农业大棚内部的棚顶面积越小。

接着，继续对本发明的农业大棚智慧灌溉系统的具体结构进行进一步的说明。

在所述农业大棚智慧灌溉系统中：

在开度控制设备中，当接收到的现场雨量大于等于第一雨量阈值时，关闭农业大棚的棚顶。

在所述农业大棚智慧灌溉系统中，还包括：

在开度控制设备中，当接收到的现场雨量小于第二雨量阈值时，完全打开农业大棚的棚顶；

其中，在开度控制设备中，所述第一雨量阈值大于所述第二雨量阈值。

在所述农业大棚智慧灌溉系统中，还包括：

雨滴检测设备，分别与数据处理设备和开度控制设备连接，用于基于雨滴成像特征对接收到的待处理图像执行雨量对象检测，并基于检测到的雨滴数量确定与其成正比的现场雨量；

微型摄像设备，设置在农业大棚的外部且位于农业大棚的侧面，用于以平行地平面的方向对农业大棚所在场景进行摄像操作，以获得并输出即时采集图像；

所述开度控制设备包括直流无刷电机和棚顶推杆，所述棚顶推杆与所述农业大棚的棚顶连接，所述直流无刷电机与所述棚顶推杆连接；

矩形拟合设备，与所述微型摄像设备连接，用于接收即时采集图像，识别出所述即时采集图像中的各个对象，对每一个对象的外形进行矩形拟合以获得对应的外扩矩形，对每一个对象的外形进行矩形拟合以获得对应的外扩矩形包括：所述外扩矩形为能够包括所述对象的外形的最小矩形；

面积处理设备，与所述矩形拟合设备连接，用于基于面积大小对各个对象的各个外扩矩形进行排序，将中央序号的外扩矩形作为分割窗口形状，还用于基于所述分割窗口形状对所述即时采集图像执行分割以获得各个子图像；

第一采集设备，与所述面积处理设备连接，用于接收所述即时采集图像的各个子图像，将所述各个子图像中完全属于图像背景区域的子图像作为目标子图像，将所述各个子图像中非完全属于图像背景区域的子图像作为非目标子图像；

第二采集设备，与所述第一采集设备连接，用于接收所述第一采集设备输出的各个目标子图像，分析每一个目标子图像的清晰度，并输出各个目标子图像分别对应的各个清晰度；

第三采集设备，与所述第二采集设备连接，用于将所述各个清晰度中去除最大值和最小值后剩余的清晰度进行均值计算以获得待处理清晰度；

数据处理设备，与所述第三采集设备连接，用于基于所述待处理清晰度对所述即时采集图像执行相应的清晰度修正动作，以获得并输出相应的待处理图像；

其中，在所述数据处理设备中，所述待处理清晰度越低，对所述即时采集图像执行相应的清晰度修正动作越大，以提升所述即时采集图像的清晰度；

其中，在所述面积处理设备中，分割获得的各个子图像的长和宽分别相等；

其中，在所述雨滴检测设备中，所述雨滴成像特征为各种雨滴的基准几何外形。

在所述农业大棚智慧灌溉系统中，还包括：

闪光灯控制器，位于微型摄像设备的一侧，用于基于实时环境亮度控制闪光灯的开闭；

其中，基于实时环境亮度控制闪光灯的开闭包括：当实时环境亮度小于等于预设亮度阈值时，打开闪光灯。

在所述农业大棚智慧灌溉系统中：

闪光灯控制器基于实时环境亮度控制闪光灯的开闭包括：当实时环境亮度大于预设亮度阈值时，关闭闪光灯。

在所述农业大棚智慧灌溉系统中：

闪光灯控制器基于实时环境亮度控制闪光灯的开闭包括：当实时环境亮度小于等于预设亮度阈值时，打开闪光灯并根据实时环境亮度调整闪光灯的闪光亮度，实时环境亮度越低，闪光灯的闪光亮度越高。

在所述农业大棚智慧灌溉系统中，还包括：

GPS定位设备，设置在微型摄像设备的一侧，用于提供微型摄像设备当前的GPS位置。

在所述农业大棚智慧灌溉系统中：

可替换地，采用北斗星导航设备或伽利略导航设备来替换所述GPS定位设备。

另外，GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。

为此，美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于1967年、1969年和1974年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1％时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局(JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。[1]

最初的GPS计划在美国联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上，然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。这也是GPS卫星所使用的工作方式。

GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于，包括：

开度控制设备，用于基于接收到的现场雨量控制农业大棚的棚顶开度，接收到的现场雨量越大，控制的农业大棚的棚顶开度越小，供雨水进入到农业大棚内部的棚顶面积越小。

2.如权利要求1所述的农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于：

在开度控制设备中，当接收到的现场雨量大于等于第一雨量阈值时，关闭农业大棚的棚顶。

3.如权利要求2所述的农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于，所述系统还包括：

在开度控制设备中，当接收到的现场雨量小于第二雨量阈值时，完全打开农业大棚的棚顶；

其中，在开度控制设备中，所述第一雨量阈值大于所述第二雨量阈值。

4.如权利要求3所述的农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于，所述系统还包括：

雨滴检测设备，分别与数据处理设备和开度控制设备连接，用于基于雨滴成像特征对接收到的待处理图像执行雨量对象检测，并基于检测到的雨滴数量确定与其成正比的现场雨量；

微型摄像设备，设置在农业大棚的外部且位于农业大棚的侧面，用于以平行地平面的方向对农业大棚所在场景进行摄像操作，以获得并输出即时采集图像；

所述开度控制设备包括直流无刷电机和棚顶推杆，所述棚顶推杆与所述农业大棚的棚顶连接，所述直流无刷电机与所述棚顶推杆连接；

矩形拟合设备，与所述微型摄像设备连接，用于接收即时采集图像，识别出所述即时采集图像中的各个对象，对每一个对象的外形进行矩形拟合以获得对应的外扩矩形，对每一个对象的外形进行矩形拟合以获得对应的外扩矩形包括：所述外扩矩形为能够包括所述对象的外形的最小矩形；

面积处理设备，与所述矩形拟合设备连接，用于基于面积大小对各个对象的各个外扩矩形进行排序，将中央序号的外扩矩形作为分割窗口形状，还用于基于所述分割窗口形状对所述即时采集图像执行分割以获得各个子图像；

第一采集设备，与所述面积处理设备连接，用于接收所述即时采集图像的各个子图像，将所述各个子图像中完全属于图像背景区域的子图像作为目标子图像，将所述各个子图像中非完全属于图像背景区域的子图像作为非目标子图像；

第二采集设备，与所述第一采集设备连接，用于接收所述第一采集设备输出的各个目标子图像，分析每一个目标子图像的清晰度，并输出各个目标子图像分别对应的各个清晰度；

第三采集设备，与所述第二采集设备连接，用于将所述各个清晰度中去除最大值和最小值后剩余的清晰度进行均值计算以获得待处理清晰度；

数据处理设备，与所述第三采集设备连接，用于基于所述待处理清晰度对所述即时采集图像执行相应的清晰度修正动作，以获得并输出相应的待处理图像；

其中，在所述数据处理设备中，所述待处理清晰度越低，对所述即时采集图像执行相应的清晰度修正动作越大，以提升所述即时采集图像的清晰度；

其中，在所述面积处理设备中，分割获得的各个子图像的长和宽分别相等；

其中，在所述雨滴检测设备中，所述雨滴成像特征为各种雨滴的基准几何外形。

5.如权利要求4所述的农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于，所述系统还包括：

闪光灯控制器，位于微型摄像设备的一侧，用于基于实时环境亮度控制闪光灯的开闭；

其中，基于实时环境亮度控制闪光灯的开闭包括：当实时环境亮度小于等于预设亮度阈值时，打开闪光灯。

6.如权利要求5所述的农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于：

闪光灯控制器基于实时环境亮度控制闪光灯的开闭包括：当实时环境亮度大于预设亮度阈值时，关闭闪光灯。

7.如权利要求6所述的农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于：

闪光灯控制器基于实时环境亮度控制闪光灯的开闭包括：当实时环境亮度小于等于预设亮度阈值时，打开闪光灯并根据实时环境亮度调整闪光灯的闪光亮度，实时环境亮度越低，闪光灯的闪光亮度越高。

8.如权利要求7所述的农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于，所述系统还包括：

GPS定位设备，设置在微型摄像设备的一侧，用于提供微型摄像设备当前的GPS位置。

9.如权利要求8所述的农业大棚智慧灌溉系统，其特征在于：

可替换地，采用北斗星导航设备或伽利略导航设备来替换所述GPS定位设备。