CN110956381A - 一种远程农业信息智能分析系统及农业环境调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业信息智能分析技术领域，公开了一种远程农业信息智能分析系统及农业环境调控方法，所述远程农业信息智能分析系统包括：环境数据采集模块、作物长势图像采集模块、作物产量数据采集模块、中央控制模块、网络通信模块、生态信息监测模块、环境调节模块、信息发布模块、显示模块。本发明通过生态信息监测模可以获得准确的农业生态信息；同时，通过环境调节模块针对性的改善目标种植物的环境和土壤，以提高目标种植物的产量，增加种植户的收益，相对于通过经验调节目标种植物的环境和土壤而言，更加科学、有效和便捷。
Description
技术领域
本发明属于农业信息智能分析技术领域，尤其涉及一种远程农业信息智能分析系统及农业环境调控方法。
背景技术
农业信息工作在不断提高信息工程实施管理能力、应用系统的需求分析能力、电子政务运转支持能力、信息系统安全保障能力、网络信息宣传导向能力、数据处理分析预测能力等服务外，国家除了构建了完备的农业信息网络，还需鼓励建立了完善的农业市场信息体系。农业信息技术要求在构建强大的农业数据库基础上，完善农业信息网络，建设农业信息传播体系和农业市场信息体系。近年来，农业网站如雨后春笋，农业信息服务作用日益增强，农业网站以信息量大、信息及时、便于查询、可远程交易、互动性好等特点正受到越来越多的农民关注。农民可以通过农业网站学习新的农业技术，了解国家政策，调整种养结构，买卖农产品等。但农业网站也存在普遍问题：网站总体规模小，分布不均衡；网站信息重复现象严重，实用性差；设计不够精细，信息内容缺乏多样性；信息的时效性差，信息内容单调等。然而，现有远程农业信息智能分析系统对农业生态信息监测不准确；同时，无法科学的根据种植物实际情况对大棚内的环境和土壤进行调节，不能很好的满足实际使用需求。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有远程农业信息智能分析系统对农业生态信息监测不准确；同时，无法科学的根据种植物实际情况对大棚内的环境和土壤进行调节，不能很好的满足实际使用需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种远程农业信息智能分析系统及农业环境调控方法。
本发明是这样实现的，一种远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，包括以下步骤：
步骤一，利用相应的采集设备采集农业环境温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据，通过遥感对作物长势进行图像数据，通过生态信息监测设备监测农业生态信息数据；
步骤二，根据上述采集的数据，对农业生态环境的状况进行评估；同时对作物产量数据进行估算；
步骤三，根据上述的评估结果，利用作物生长环境调节设备，对作物的生长环境进行调整；
步骤四，通过网络通信模块利用网络驱动器接入互联网进行远程网络通信，利用发布程序发布农业信息；并且利用显示器显示采集的农业环境数据、作物长势图像数据、作物产量数据、农业生态信息数据、发布的农业信息。
进一步，所述通过生态信息监测设备监测农业生态信息数据，监测方法如下：
(1)选取服务器服务内某个节点；通过无线传感器节点实现数据的收发和处理功能；获取所选区域内的生态信息；并构建生态信息数据处理平台，包括生态数据探测头、气象台及双目式图像采集平台：
(2)生态数据探测头下载行政区域的DEM数据，构建行政区域的三维地理模型；
(3)如果土壤的含水度达到预设干旱条件的阈值，则服务器根据得出的土壤水分蒸发速度计算需要灌溉的量，并将灌溉信息传输给与灌溉水管相连的电磁阀控制器和流量计，电磁阀控制器开启，灌溉水管开始灌溉农田；
(4)双目式图像采集平台将数字图像发送至生态数据探测头，生态数据探测头根据双目标定法对数字图像数据进行校正并获得植物的三维植物模型；
(5)生态数据探测头根据三维地理模型中的地理数据获取三维植物模型的植株高度信息、植株密度信息及植物覆盖度信息，生态数据探测头根据三维植物模型随时间的变化得到植物的生长变化信息。
进一步，所述环境调节模块调节方法如下：
1)搭建监测设备，确定检测区域以及监测点；到达监测点后，利用土壤检测器对监测点的土壤进行检测，利用水质取样器对监测点的水进行取样，利用太阳能发电装置检测阳光的照射量，太阳能发电装置与流量计电连接，利用测风仪测量监测点的风速；
2)通过监测设备记录上一年目标种植物从发芽到收成的过程中每天的环境参数并建立环境参数数据库；记录上一年目标种植物从发芽到收成的过程中每天的土壤参数并建立土壤参数数据库；
3)在今年目标种植物发芽到收成的过程中，根据环境参数数据库中环境参数对大棚内的当前环境参数进行调节；
4)在今年目标种植物发芽到收成的过程中，根据土壤参数数据库中土壤参数对大棚内的当前土壤参数进行调节。
4、如权利要求3所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述步骤2)，具体包括：
记录上一年亩产量大于预设阈值的目标种植物从发芽到收成的过程中每天的环境参数并建立环境参数数据库。
进一步，所述步骤2)中，所述环境参数，具体包括：温度、雨量、风力、光照强度中一者或多者。
进一步，所述步骤2)，具体包括：
记录上一年亩产量大于预设阈值的目标种植物从发芽到收成的过程中每天的土壤参数并建立土壤参数数据库。
进一步，所述步骤2)中，所述土壤参数，具体包括：PH值、电导率、水分含量、温度中一者或多者。
进一步，所述步骤3)，具体包括：
在今年目标种植物发芽到收成的过程中，对大棚内的当前环境参数进行调节，使大棚内的当前环境参数与环境参数数据库中对应的环境参数之间的误差值小于预设第一误差值。
所述步骤4)，具体包括：
在今年目标种植物发芽到收成的过程中，对大棚内的当前土壤参数进行调节，使大棚内的当前土壤参数与土壤参数数据库中对应的土壤参数之间的误差值小于预设第二误差值。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述的远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法的远程农业信息智能分析系统，所述远程农业信息智能分析系统包括：
环境数据采集模块、作物长势图像采集模块、作物产量数据采集模块、中央控制模块、网络通信模块、生态信息监测模块、环境调节模块、信息发布模块、显示模块；
环境数据采集模块，与中央控制模块连接，用于采集农业环境温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据；
作物长势图像采集模块，与中央控制模块连接，用于采集作物长势图像数据；
作物产量数据采集模块，与中央控制模块连接，用于采集作物产量数据；
中央控制模块，与环境数据采集模块、作物长势图像采集模块、作物产量数据采集模块、网络通信模块、生态信息监测模块、环境调节模块、信息发布模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
网络通信模块，与中央控制模块连接，用于通过网络驱动器接入互联网进行远程网络通信；
生态信息监测模块，与中央控制模块连接，用于监测农业生态信息数据；
环境调节模块，与中央控制模块连接，用于调节作物生长的环境因素；
信息发布模块，与中央控制模块连接，用于通过发布程序发布农业信息；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的农业环境数据、作物长势图像数据、作物产量数据、农业生态信息数据、发布的农业信息。
进一步，所述与中央控制模块连接，用于采集作物长势图像数据的作物长势图像采集模块中对作物长势图像数据处理系统包括：
作物长势图像去噪模块，对获取的作物图像进行高斯或中值滤波，对图像进行增强；
作物长势图像分割模块，对上述增强的作物图像利用直方图双峰法把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标；
作物长势图像目标识别模块，将具有独特性质的图像信息与大数据库中的信息进行比对分析，实现对作物的识别；
作物长势图像目标追踪模块，根据提取相应作物的特征信息，按照一定的时间规律，获取作物相应的图像信息，对同一特征信息进行追踪记录相关的数据。
本发明的优点及积极效果为：本发明通过生态信息监测模块构建生态信息数据处理平台，通过双目式图像采集平台采集目标区域内植物的数字图像并合成三维植物模型，利用下载的DEM数据构建三维地理模型，将三维植物模型载入至三维地理模型，并生成三维植物模型随时间的变化结果，可以获得准确的农业生态信息；同时，通过环境调节模块根据上一年高产量的目标种植物从发芽到收成的过程中每天的环境参数和土壤参数分别建立环境参数数据库和土壤参数数据库，作为参数调节的对比基础，在今年目标种植物发芽时，根据环境参数数据库和土壤参数数据库中的环境参数和土壤参数对大棚内的当前环境参数和当前土壤参数进行调节，如此，针对性的改善目标种植物的环境和土壤，以提高目标种植物的产量，增加种植户的收益，相对于通过经验调节目标种植物的环境和土壤而言，更加科学、有效和便捷。
附图说明
图1是本发明实施例提供的远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法流程图。
图2是本发明实施例提供的远程农业信息智能分析系统结构框图。
图2中：1、环境数据采集模块；2、作物长势图像采集模块；3、作物产量数据采集模块；4、中央控制模块；5、网络通信模块；6、生态信息监测模块；7、环境调节模块；8、信息发布模块；9、显示模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法包括以下步骤：
S101：利用相应的采集设备采集农业环境温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据，通过遥感对作物长势进行图像数据，通过生态信息监测设备监测农业生态信息数据；
S102：根据上述采集的数据，对农业生态环境的状况进行评估；同时对作物产量数据进行估算。
S103：根据上述的评估结果，利用作物生长环境调节设备，对作物的生长环境进行调整。
S104：通过网络通信模块利用网络驱动器接入互联网进行远程网络通信，利用发布程序发布农业信息；并且利用显示器显示采集的农业环境数据、作物长势图像数据、作物产量数据、农业生态信息数据、发布的农业信息。
如图2所示，本发明实施例提供的远程农业信息智能分析系统包括：环境数据采集模块1、作物长势图像采集模块2、作物产量数据采集模块3、中央控制模块4、网络通信模块5、生态信息监测模块6、环境调节模块7、信息发布模块8、显示模块9。
环境数据采集模块1，与中央控制模块4连接，用于采集农业环境温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据；
作物长势图像采集模块2，与中央控制模块4连接，用于采集作物长势图像数据；
作物产量数据采集模块3，与中央控制模块4连接，用于采集作物产量数据；
中央控制模块4，与环境数据采集模块1、作物长势图像采集模块2、作物产量数据采集模块3、网络通信模块5、生态信息监测模块6、环境调节模块7、信息发布模块8、显示模块9连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
网络通信模块5，与中央控制模块4连接，用于通过网络驱动器接入互联网进行远程网络通信；
生态信息监测模块6，与中央控制模块4连接，用于监测农业生态信息数据；
环境调节模块7，与中央控制模块4连接，用于调节作物生长的环境因素；
信息发布模块8，与中央控制模块4连接，用于通过发布程序发布农业信息；
显示模块9，与中央控制模块4连接，用于通过显示器显示采集的农业环境数据、作物长势图像数据、作物产量数据、农业生态信息数据、发布的农业信息。
本发明提供的与中央控制模块4连接，用于采集作物长势图像数据的作物长势图像采集模块2中对作物长势图像数据处理系统包括：
作物长势图像去噪模块，对获取的作物图像进行高斯或中值滤波，对图像进行增强。
作物长势图像分割模块，对上述增强的作物图像利用直方图双峰法把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标。
作物长势图像目标识别模块，将具有独特性质的图像信息与大数据库中的信息进行比对分析，实现对作物的识别。
作物长势图像目标追踪模块，根据提取相应作物的特征信息，按照一定的时间规律，获取作物相应的图像信息，对同一特征信息进行追踪记录相关的数据。
本发明提供的作物产量数据采集模块3采集作物产量数据的具体过程，如下：
根据农作物识别，利用遥感图像信息区分出农田和非农田、同种作物和非同种作物。
利用红波段和近红外波段的遥感信息，得到的归一化植被指数与作物的叶面积指数和生物量呈正相关，可以用遥感图像获取作物的NDVI曲线反演计算作物的LAI，进行作物长势监测。
作物种植面积的提取，利用遥感影像分层，再实行统计学方法抽样。
利用影像的光谱信息可以反演作物的生长信息，通过建立生长信息与产量问的关联模型，获得作物产量信息。
本发明提供的与环境数据采集模块1、作物长势图像采集模块2、作物产量数据采集模块3、网络通信模块5、生态信息监测模块6、环境调节模块7、信息发布模块8、显示模块9连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作的中央控制模块4包括：
数据中心点确定模块，确定相应的分类组，随机初始化分类组中的中心点。
中心点距离设定模块，设定需要分类的数据距离初始化中心点满足的距离长度。
中心点距离计算模块，利用相应的算法计算需要分类的数据与中心点之间的距离。
数据分类模块，根据设定的距离长度，判断需要分类的数据与中心点的距离是否满足要求。
本发明提供的生态信息监测模块6监测方法如下：
(1)选取服务器服务内某个节点；通过无线传感器节点实现数据的收发和处理功能；获取所选区域内的生态信息；并构建生态信息数据处理平台，包括生态数据探测头、气象台及双目式图像采集平台：
(2)生态数据探测头下载行政区域的DEM数据，构建行政区域的三维地理模型；
(3)如果土壤的含水度达到预设干旱条件的阈值，则服务器根据得出的土壤水分蒸发速度计算需要灌溉的量，并将灌溉信息传输给与灌溉水管相连的电磁阀控制器和流量计，电磁阀控制器开启，灌溉水管开始灌溉农田；
(4)双目式图像采集平台将数字图像发送至生态数据探测头，生态数据探测头根据双目标定法对数字图像数据进行校正并获得植物的三维植物模型；
(5)生态数据探测头根据三维地理模型中的地理数据获取三维植物模型的植株高度信息、植株密度信息及植物覆盖度信息，生态数据探测头根据三维植物模型随时间的变化得到植物的生长变化信息。
本发明提供的环境调节模块7调节方法如下：
1)搭建监测设备，确定检测区域以及监测点；到达监测点后，利用土壤检测器对监测点的土壤进行检测，利用水质取样器对监测点的水进行取样，利用太阳能发电装置检测阳光的照射量，太阳能发电装置与流量计电连接，利用测风仪测量监测点的风速；
2)通过监测设备记录上一年目标种植物从发芽到收成的过程中每天的环境参数并建立环境参数数据库；记录上一年目标种植物从发芽到收成的过程中每天的土壤参数并建立土壤参数数据库；
3)在今年目标种植物发芽到收成的过程中，根据环境参数数据库中环境参数对大棚内的当前环境参数进行调节；
4)在今年目标种植物发芽到收成的过程中，根据土壤参数数据库中土壤参数对大棚内的当前土壤参数进行调节。
本发明提供的步骤2)，具体包括：
记录上一年亩产量大于预设阈值的目标种植物从发芽到收成的过程中每天的环境参数并建立环境参数数据库。
本发明提供的步骤2)中，所述环境参数，具体包括：温度、雨量、风力、光照强度中一者或多者。
本发明提供的步骤2)，具体包括：
记录上一年亩产量大于预设阈值的目标种植物从发芽到收成的过程中每天的土壤参数并建立土壤参数数据库。
本发明提供的步骤2)中，所述土壤参数，具体包括：PH值、电导率、水分含量、温度中一者或多者。
本发明提供的步骤3)，具体包括：
在今年目标种植物发芽到收成的过程中，对大棚内的当前环境参数进行调节，使大棚内的当前环境参数与环境参数数据库中对应的环境参数之间的误差值小于预设第一误差值。
本发明提供的步骤4)，具体包括：
在今年目标种植物发芽到收成的过程中，对大棚内的当前土壤参数进行调节，使大棚内的当前土壤参数与土壤参数数据库中对应的土壤参数之间的误差值小于预设第二误差值。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是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，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，包括以下步骤：
步骤一，利用相应的采集设备采集农业环境温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据，通过遥感对作物长势进行图像数据，通过生态信息监测设备监测农业生态信息数据；
步骤二，根据上述采集的数据，对农业生态环境的状况进行评估；同时对作物产量数据进行估算；
步骤三，根据上述的评估结果，利用作物生长环境调节设备，对作物的生长环境进行调整；
步骤四，通过网络通信模块利用网络驱动器接入互联网进行远程网络通信，利用发布程序发布农业信息；并且利用显示器显示采集的农业环境数据、作物长势图像数据、作物产量数据、农业生态信息数据、发布的农业信息。
2.如权利要求1所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述通过生态信息监测设备监测农业生态信息数据，监测方法如下：
(1)选取服务器服务内某个节点；通过无线传感器节点实现数据的收发和处理功能；获取所选区域内的生态信息；并构建生态信息数据处理平台，包括生态数据探测头、气象台及双目式图像采集平台：
(2)生态数据探测头下载行政区域的DEM数据，构建行政区域的三维地理模型；
(3)如果土壤的含水度达到预设干旱条件的阈值，则服务器根据得出的土壤水分蒸发速度计算需要灌溉的量，并将灌溉信息传输给与灌溉水管相连的电磁阀控制器和流量计，电磁阀控制器开启，灌溉水管开始灌溉农田；
(4)双目式图像采集平台将数字图像发送至生态数据探测头，生态数据探测头根据双目标定法对数字图像数据进行校正并获得植物的三维植物模型；
(5)生态数据探测头根据三维地理模型中的地理数据获取三维植物模型的植株高度信息、植株密度信息及植物覆盖度信息，生态数据探测头根据三维植物模型随时间的变化得到植物的生长变化信息。
3.如权利要求1所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述环境调节模块调节方法如下：
1)搭建监测设备，确定检测区域以及监测点；到达监测点后，利用土壤检测器对监测点的土壤进行检测，利用水质取样器对监测点的水进行取样，利用太阳能发电装置检测阳光的照射量，太阳能发电装置与流量计电连接，利用测风仪测量监测点的风速；
2)通过监测设备记录上一年目标种植物从发芽到收成的过程中每天的环境参数并建立环境参数数据库；记录上一年目标种植物从发芽到收成的过程中每天的土壤参数并建立土壤参数数据库；
3)在今年目标种植物发芽到收成的过程中，根据环境参数数据库中环境参数对大棚内的当前环境参数进行调节；
4)在今年目标种植物发芽到收成的过程中，根据土壤参数数据库中土壤参数对大棚内的当前土壤参数进行调节。
4.如权利要求3所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述步骤2)，具体包括：
记录上一年亩产量大于预设阈值的目标种植物从发芽到收成的过程中每天的环境参数并建立环境参数数据库。
5.如权利要求3所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述环境参数，具体包括：温度、雨量、风力、光照强度中一者或多者。
6.如权利要求3所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述步骤2)，具体包括：
记录上一年亩产量大于预设阈值的目标种植物从发芽到收成的过程中每天的土壤参数并建立土壤参数数据库。
7.如权利要求3所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述土壤参数，具体包括：PH值、电导率、水分含量、温度中一者或多者。
8.如权利要求3所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述步骤3)，具体包括：
在今年目标种植物发芽到收成的过程中，对大棚内的当前环境参数进行调节，使大棚内的当前环境参数与环境参数数据库中对应的环境参数之间的误差值小于预设第一误差值；
所述步骤4)，具体包括：
在今年目标种植物发芽到收成的过程中，对大棚内的当前土壤参数进行调节，使大棚内的当前土壤参数与土壤参数数据库中对应的土壤参数之间的误差值小于预设第二误差值。
9.一种实施如权利要求1-7所述的远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法的远程农业信息智能分析系统，其特征在于，所述远程农业信息智能分析系统包括：
环境数据采集模块、作物长势图像采集模块、作物产量数据采集模块、中央控制模块、网络通信模块、生态信息监测模块、环境调节模块、信息发布模块、显示模块；
环境数据采集模块，与中央控制模块连接，用于采集农业环境温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据；
作物长势图像采集模块，与中央控制模块连接，用于采集作物长势图像数据；
作物产量数据采集模块，与中央控制模块连接，用于采集作物产量数据；
中央控制模块，与环境数据采集模块、作物长势图像采集模块、作物产量数据采集模块、网络通信模块、生态信息监测模块、环境调节模块、信息发布模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
网络通信模块，与中央控制模块连接，用于通过网络驱动器接入互联网进行远程网络通信；
生态信息监测模块，与中央控制模块连接，用于监测农业生态信息数据；
环境调节模块，与中央控制模块连接，用于调节作物生长的环境因素；
信息发布模块，与中央控制模块连接，用于通过发布程序发布农业信息；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的农业环境数据、作物长势图像数据、作物产量数据、农业生态信息数据、发布的农业信息。
10.如权利要求9所述远程农业信息智能分析系统的农业环境调控方法，其特征在于，所述与中央控制模块连接，用于采集作物长势图像数据的作物长势图像采集模块中对作物长势图像数据处理系统包括：
作物长势图像去噪模块，对获取的作物图像进行高斯或中值滤波，对图像进行增强；
作物长势图像分割模块，对上述增强的作物图像利用直方图双峰法把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标；
作物长势图像目标识别模块，将具有独特性质的图像信息与大数据库中的信息进行比对分析，实现对作物的识别；
作物长势图像目标追踪模块，根据提取相应作物的特征信息，按照一定的时间规律，获取作物相应的图像信息，对同一特征信息进行追踪记录相关的数据。
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