CN111713317A - 一种基于大数据的农作物监测系统及监测方法 - Google Patents

一种基于大数据的农作物监测系统及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于大数据的农作物监测系统，包括大棚，所述大棚内设置有图像信息采集装置、土壤灌溉信息采集装置、土壤肥力信息采集装置、温度控制组件和设置在大棚内部上方的喷洒灌溉装置，其监测方法包括通过图像信息采集装置采集农作物信息，根据采集的图像信息得出农作物种类和农作物生长阶段，并进一步计算最佳生长环境数据，之后采集土壤的各项信息，确定土壤肥力信息和干旱度信息，由云服务器根据采集的数据计算灌溉量和施肥的参数，并将数据各种数据传输给移动用户端，完成监测，该系统在进行监测农作物生长状态的同时，还可根据监测的结果做出相应的调整，能有效的降低大棚的管理成本。

Description

一种基于大数据的农作物监测系统及监测方法
技术领域
本发明实施例涉及农作物监测技术领域，具体涉及一种基于大数据的农作物监测系统及监测方法。
背景技术
农业是利用动植物的生长发育规律，通过人工培育来获得产品的产业，农业属于第一产业，研究农业的科学是农学，农业的劳动对象是有生命的动植物，获得的产品是动植物本身，农业是提供支撑国民经济建设与发展的基础产业。
广义农业是指包括种植业、林业、畜牧业、渔业、副业五种产业形式；狭义农业是指种植业，包括生产粮食作物、经济作物、饲料作物和绿肥等农作物的生产活动，农业分布范围十分辽阔。地球表面除两极和沙漠外，几乎都可用于农业生产。
在当前的农作物种植中，采用科学的种植方法可有效的提高农作物的产量，而且还可有效的降低在种植时所需要的肥料和农药成本，当前的大棚种植多为采用人工管理的方式，人力成本较大，而且对于种植一些对环境要求较高的农作物，很容易由于种植经验不足所导致，种植失败，有待于我们解决。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种基于大数据的农作物监测系统及监测方法，通过所设置的风速计、棚内温度计、棚外温度计、图像信息采集装置、土壤肥力信息采集装和土壤灌溉信息采集装置，可精准检测土壤环境信息，配合所设置的喷洒灌溉信息风口控制组件和卷帘机可精准做出相应的环境调整，以解决现有技术中大棚管理的人工成本较高，且对对于种植一些环境要求较好的植物，不能很好管理的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
一种基于大数据的农作物监测系统，包括大棚，所述大棚内设置有图像信息采集装置、土壤灌溉信息采集装置、土壤肥力信息采集装置、温度控制组件和设置在大棚内部上方的喷洒灌溉装置，且所述图像信息采集装置、土壤灌溉信息采集装置、土壤肥力信息采集装置、喷洒灌溉装置、温度控制组件均通过无线网络与云服务器连接；
所述温度控制组件包括棚内温度计、棚外温度计、风速计、卷帘机和风口控制组件，所述卷帘机置于棚顶用于收放草栅，棚外温度计和风速计均设置在大棚的一侧，所述风口控制组件设置棚内用于控制通风口大小；
通过图像信息采集装置采集农作物生长信息，并将采集信息上传云服务器，根据采集信息判断农作物的种类以及其所处的生长阶段，并对比数据库计算得出该农作物在当前生长阶段最佳的生长环境信息，之后由土壤灌溉信息采集装置、土壤肥力信息采集装置、棚内温度计、棚外温度计和风速计检测当前环境信息，并将数据信息上传云服务器，由云服务器对比最佳生长环境信息与实际环境信息得出数据差值，并根据数据差值控制卷帘机、喷洒灌溉装置和风口控制组件做出对应调整。
作为本发明的一种优选方案，所述棚内温度计以大棚左右两侧和中心线设置，且棚内温度计至少设置有九个。
作为本发明的一种优选方案，调节温度环境的流程有：
取九个棚内温度计数值的平均值，对比当前农作物生长阶段所需要的温度数值；
所述实际温度数值大于所需温度数值，通过棚外温度计和风速计上传外界温度数值和外界风速数值，由棚内温度数值与棚外温度数值进行对比，得出通过卷帘机升起草栅数值，实际温度高于阀值时，由云服务器根据外界温度和风速信息开启风口控制组件进行降温。
作为本发明的一种优选方案，所述实际温度数值小于所需温度数值时，根据外界温度信息和风速信息关闭风口控制组件，实际温度数值小于阀值时，根据外界温度信息与棚内温度信息，启动卷帘机降下草栅保温。
作为本发明的一种优选方案，所述土壤灌溉信息采集装置以大棚对角线等间距设置，且所述土壤灌溉信息采集装置至少设置有三个。
作为本发明的一种优选方案，所述土壤灌溉信息采集装置至少包括土壤湿度传感器、土壤水势传感器和土壤温度传感器，用以采集土壤湿度信息、土壤温度信息和土壤水势信息，将采集的数据上传云服务器，由云服务器根据当前的农作物生长环境最佳数据与之对比，并判断是否需要灌溉，需要灌溉则进一步计算灌溉量，通过无线网络将灌溉数据传输给喷洒灌溉装置，由喷洒灌溉装置完成对农作物的灌溉。
作为本发明的一种优选方案，所述图像信息采集装置包括可转动的摄像机，所述摄像机通过无线网络与云服务器连接，所述摄像机以大棚中心线设置，且摄像机至少设置有三个。
作为本发明的一种优选方案，所述土壤肥力信息采集装置至少采集九个土样信息，所述土样信息的采集包括将大棚至少等分为九个区域，在每个区域随机抽取一点的土壤作为土壤样本，根据每个区域内的土壤肥力信息与最佳土壤肥力信息的数据差值，控制喷洒灌溉装置分别施加对应量的液肥。
作为本发明的一种优选方案，还包括移动用户端，所述移动用户端通过无线网络与云服务器连接。
一种基于大数据的农作物监测方法，监测方法包括如下步骤：
步骤S100，通过图像信息采集装置采集农作物生长信息，并将采集信息上传云服务器；
步骤S200，云服务器对比数据库得出农作物的种类以及农作物所处的生长阶段，并进一步根据生长阶段对比数据库得出，该农作组在此阶段最佳的生长数据信息；
步骤S300，控制土壤灌溉信息采集装置、土壤肥力采集装置和温度控制组件采集土壤肥力信息、土壤湿度信息、土壤水势信息和土壤PH值，并将数据上传云服务器；
步骤S400，由云服务器对比实际数据和最佳生长数据，得出调整数据信息，并由云服务器将具体数据传输给移动用户端，完成农作物生长监测。
作为本发明的一种优选方案，根据步骤S400，在将数据传输给移动用户端后，可由移动用户端授权，控制卷帘机、风口控制组件和喷洒灌溉装置完成农作物生长环境的调节。
本发明的实施方式具有如下优点：
本发明采用随机以及指定位置的数据采集，可有效的避免棚内环境区域性差异所带来的监控结果不准确的问题，可实现全天候的监控，并可根据检测结果做出相应的调整，可有效降低大棚的管理成本，而且通过移动用户端还可更加方便使用者实时的观看监测数据，便于根据实际情况作出一定的调整，对于大棚的管理会更加的方便快捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施方式中农作物监测系统流程图；
图2为本发明实施方式中农作物监测系统的结构示意图；
图3为本发明实施方式中温度控制组件的工作流程示意图；
图4为本发明实施方式中农作物监测系统的安装结构示意图；
图5为本发明实施方式中土壤灌溉信息采集装置的安装位置示意图。
图中：
1-图像信息采集装置；2-土壤灌溉信息采集装置；3-土壤肥力信息采集装置；4-温度控制组件；5-喷洒灌溉装置；
401-棚内温度计；402-棚外温度计；403-风速计；404-卷帘机；405-风口控制组件。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，本发明提供了一种基于大数据的农作物监测系统，包括大棚，所述大棚内设置有图像信息采集装置1、土壤灌溉信息采集装置2、土壤肥力信息采集装置3、温度控制组件4和设置在大棚内部上方的喷洒灌溉装置5，且所述图像信息采集装置1、土壤灌溉信息采集装置2、土壤肥力信息采集装置3、喷洒灌溉装置5、温度控制组件4均通过无线网络与云服务器连接。
所述图像信息采集装置1包括可转动的摄像机，所述摄像机通过无线网络与云服务器连接，所述摄像机以大棚中心线设置，且摄像机至少设置有三个，对于较大的大棚，可根据实际情况进行增添摄像头，转动设置在大棚中间的摄像头，可采集到大棚内更多的农作物图像信息，将图像信息上传给云服务器后，可更加迅速的通过图像信息判断农作物的种类和农作物当前的生长状态，便于后续计算得出该农作物在但前阶段所需要的各种最佳环境参数。
如图5所示，所述土壤灌溉信息采集装置2以大棚对角线等间距设置，且所述土壤灌溉信息采集装置2至少设置有三个，其涵盖了大棚两端边缘以及大棚中心位置，取其平均值与灌溉数据标准做对比，可保证其灌溉时的均性，能有效的避免大棚两端和大棚边缘位置与大棚中心位置有较大的局域性差异，造成在检测土壤信息时，导致浇水过多或浇水过少的问题出现。
如图4所示，所述温度控制组件4包括棚内温度计401、棚外温度计402、风速计403、卷帘机404和风口控制组件405，所述卷帘机404置于棚顶用于收放草栅，棚外温度计402和风速计403均设置在大棚的一侧，所述风口控制组件405设置棚内用于控制通风口大小，所述棚内温度计401以大棚左右两侧和中心线设置，且棚内温度计401至少设置有九个，风口控制组件405可由驱动电机驱动，即通过驱动电机控制大棚通风口你开启的大小，大棚的形状有很多，半圆形的大棚是最为常见的一种，半圆形的大棚其中间位置以及向阳的位置往往温度较高，采用以大棚左右两侧和中心线设置棚内温度计401的形式，可有效的监控大棚各部分的温度值，可便于根据棚内温度计401的数值对大棚内的温度做出相应的调整。
所述土壤肥力信息采集装置3至少采集九个土样信息，所述土样信息的采集包括将大棚至少等分为九个区域，在每个区域随机抽取一点的土壤作为土壤样本，根据每个区域内的土壤肥力信息与最佳土壤肥力信息的数据差值，控制喷洒灌溉装置5分别施加对应量的液肥，利用分区随机检测的方式，可实现分区施加液肥的目的，降低农作物的生长受到局域性差异的影响，而设置的土壤肥力信息采集装置3，可采用型号为TPY-8A型的土壤氮磷钾分析仪，即通过测试各区域的土壤样本，得出对应区域内土壤中氮磷钾的含量，进而可通过连接云服务器，由云服务对比最佳土壤肥力信息得出最佳的施肥方案，能有效的避免出现施肥过多或过少问题的出现，对于大棚土样采集区域的划分，可根据实际的大棚面积做出相应的调整，保证大棚内的农作物不会受到土壤肥力影响而造成，各区域内农作物生长状态不一的问题。
如图1和图2所示，该农作物检测系统的工作流程如下：
通过图像信息采集装置1采集农作物生长信息，并将采集信息上传云服务器，根据采集信息判断农作物的种类以及其所处的生长阶段，并对比数据库计算得出该农作物在当前生长阶段最佳的生长环境信息，之后由土壤灌溉信息采集装置2、土壤肥力信息采集装置3、棚内温度计401、棚外温度计402和风速计403检测当前环境信息，并将数据信息上传云服务器，由云服务器对比最佳生长环境信息与实际环境信息得出数据差值，并根据数据差值控制卷帘机404、喷洒灌溉装置5和风口控制组件405做出对应调整。
采用该系统在进行管理大棚的同时，也会将大棚内农作物的生长信息以及管理信息录入数据库，已达到扩大数据库的目的，从而采用该系统管理大棚，会使其管理的效果会越来越出色。
另外，还包括移动用户端，所述移动用户端通过无线网络与云服务器连接，即用户可通过移动用户端随时的进行查看大棚内的基本数据，用户移动端在充当监控器的同时，还具备操作能力，即使用者可根据种植经验，对云服务器所作出的温度调节方案、灌溉方案和施加液肥的方案，作出一定的调整，实现自主控制的目的，调整后云服务器会记录调整后的方案，以便于在之后，对比服务器作出的调整方案的农作物预期生长状态与使用者调整后农作物生长状态之间的差异，如调整后的方案其生长的状态更佳，则将相关信息纳入数据库，便于该系统的不断成长。
如图3所示，调节温度环境的流程有：
取九个棚内温度计401数值的平均值，对比当前农作物生长阶段所需要的温度数值。
所述实际温度数值大于所需温度数值，通过棚外温度计402和风速计403上传外界温度数值和外界风速数值，由棚内温度数值与棚外温度数值进行对比，得出通过卷帘机404升起草栅数值，实际温度高于阀值时，由云服务器根据外界温度和风速信息开启风口控制组件405进行降温。
所述实际温度数值小于所需温度数值时，根据外界温度信息和风速信息关闭风口控制组件405，实际温度数值小于阀值时，根据外界温度信息与棚内温度信息，启动卷帘机404降下草栅保温。
控制卷帘机404和风口控制组件405的因素还有时间，即在夜晚时，可提前关闭风口控制组件405和卷帘机404对大棚进行保温，而当在早晨时则可提前开启卷帘机404让大棚接收太阳光进行升温。
大棚内还可设置对应的加热电阻丝，即在温度低于所种植农作物所能承受的极限值，可启动加热电阻丝进行发热，以避免农作物会在特殊的时期会出现冻死的问题。
所述土壤灌溉信息采集装置2至少包括土壤湿度传感器、土壤水势传感器和土壤温度传感器，用以采集土壤湿度信息、土壤温度信息和土壤水势信息，将采集的数据上传云服务器，由云服务器根据当前的农作物生长环境最佳数据与之对比，并判断是否需要灌溉，需要灌溉则进一步计算灌溉量，通过无线网络将灌溉数据传输给喷洒灌溉装置5，由喷洒灌溉装置5完成对农作物的灌溉，其设置的喷洒灌溉装置5，可在进行灌溉和施加液肥的同时，还可进行喷洒农药，其装置的一体化，可降低该系统在进行安装时所需要的经济成本。
一种基于大数据的农作物监测方法，监测方法包括如下步骤：
步骤S100，通过图像信息采集装置采集农作物生长信息，并将采集信息上传云服务器；
步骤S200，云服务器对比数据库得出农作物的种类以及农作物所处的生长阶段，并进一步根据生长阶段对比数据库得出，该农作物在此阶段最佳的生长数据信息；
步骤S300，控制土壤灌溉信息采集装置、土壤肥力采集装置和温度控制组件采集土壤肥力信息、土壤湿度信息、土壤水势信息和土壤PH值，并将数据上传云服务器；
步骤S400，由云服务器对比实际数据和最佳生长数据，得出调整数据信息，并由云服务器将具体数据传输给移动用户端，完成农作物生长监测。
根据步骤S400，在将数据传输给移动用户端后，可由移动用户端授权，控制卷帘机、风口控制组件和喷洒灌溉装置完成农作物生长环境的调节。
另外，所采集的土壤肥力信息主要为土壤中的氮磷钾含量，用户在实际的使用时，也可增加对其土壤中其他的元素的检测，以便于根据肥力信息进行施肥，来保证农作物可以最佳状态生长。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于大数据的农作物监测系统，包括大棚，其特征在于，所述大棚内设置有图像信息采集装置(1)、土壤灌溉信息采集装置(2)、土壤肥力信息采集装置(3)、温度控制组件(4)和设置在大棚内部上方的喷洒灌溉装置(5)，且所述图像信息采集装置(1)、土壤灌溉信息采集装置(2)、土壤肥力信息采集装置(3)、喷洒灌溉装置(5)、温度控制组件(4)均通过无线网络与云服务器连接；
所述温度控制组件(4)包括棚内温度计(401)、棚外温度计(402)、风速计(403)、卷帘机(404)和风口控制组件(405)，所述卷帘机(404)置于棚顶用于收放草栅，棚外温度计(402)和风速计(403)均设置在大棚的一侧，所述风口控制组件(405)设置棚内用于控制通风口大小；
通过图像信息采集装置(1)采集农作物生长信息，并将采集信息上传云服务器，根据采集信息判断农作物的种类以及其所处的生长阶段，并对比数据库计算得出该农作物在当前生长阶段最佳的生长环境信息，之后由土壤灌溉信息采集装置(2)、土壤肥力信息采集装置(3)、棚内温度计(401)、棚外温度计(402)和风速计(403)检测当前环境信息，并将数据信息上传云服务器，由云服务器对比最佳生长环境信息与实际环境信息得出数据差值，并根据数据差值控制卷帘机(404)、喷洒灌溉装置(5)和风口控制组件(405)做出对应调整。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农作物监测系统，其特征在于，所述棚内温度计(401)以大棚左右两侧和中心线设置，且棚内温度计(401)至少设置有九个。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农作物监测系统，其特征在于，调节温度环境的流程有：
取九个棚内温度计(401)数值的平均值，对比当前农作物生长阶段所需要的温度数值；
所述实际温度数值大于所需温度数值，通过棚外温度计(402)和风速计(403)上传外界温度数值和外界风速数值，由棚内温度数值与棚外温度数值进行对比，得出通过卷帘机(404)升起草栅数值，实际温度高于阀值时，由云服务器根据外界温度和风速信息开启风口控制组件(405)进行降温。
4.根据权利要求3所述的一种基于大数据的农作物监测系统，其特征在于，所述实际温度数值小于所需温度数值时，根据外界温度信息和风速信息关闭风口控制组件(405)，实际温度数值小于阀值时，根据外界温度信息与棚内温度信息，启动卷帘机(404)降下草栅保温。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农作物监测系统，其特征在于，所述土壤灌溉信息采集装置(2)以大棚对角线等间距设置，且所述土壤灌溉信息采集装置(2)至少设置有三个。
6.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农作物监测系统，其特征在于，所述土壤灌溉信息采集装置(2)至少包括土壤湿度传感器、土壤水势传感器和土壤温度传感器，用以采集土壤湿度信息、土壤温度信息和土壤水势信息，将采集的数据上传云服务器，由云服务器根据当前的农作物生长环境最佳数据与之对比，并判断是否需要灌溉，需要灌溉则进一步计算灌溉量，通过无线网络将灌溉数据传输给喷洒灌溉装置(5)，由喷洒灌溉装置(5)完成对农作物的灌溉。
7.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农作物监测系统，其特征在于，所述图像信息采集装置(1)包括可转动的摄像机，所述摄像机通过无线网络与云服务器连接，所述摄像机以大棚中心线设置，且摄像机至少设置有三个。
8.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农作物监测系统，其特征在于，所述土壤肥力信息采集装置(3)至少采集九个土样信息，所述土样信息的采集包括将大棚至少等分为九个区域，在每个区域随机抽取一点的土壤作为土壤样本，根据每个区域内的土壤肥力信息与最佳土壤肥力信息的数据差值，控制喷洒灌溉装置(5)分别施加对应量的液肥。
9.一种基于大数据的农作物监测方法，其特征在于，监测方法包括如下步骤：
步骤S100，通过图像信息采集装置采集农作物生长信息，并将采集信息上传云服务器；
步骤S200，云服务器对比数据库得出农作物的种类以及农作物所处的生长阶段，并进一步根据生长阶段对比数据库得出，该农作物在此阶段最佳的生长数据信息；
步骤S300，控制土壤灌溉信息采集装置、土壤肥力采集装置和温度控制组件采集土壤肥力信息、土壤湿度信息、土壤水势信息和土壤PH值，并将数据上传云服务器；
步骤S400，由云服务器对比实际数据和最佳生长数据，得出调整数据信息，并由云服务器将具体数据传输给移动用户端，完成农作物生长监测。
10.根据权利要求9所述的一种基于大数据的农作物监测方法，其特征在于，根据步骤S400，在将数据传输给移动用户端后，可由移动用户端授权，控制卷帘机、风口控制组件和喷洒灌溉装置完成农作物生长环境的调节。
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