CN112797888A - 一种基于互联网的农业信息化产业化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于互联网的农业信息化产业化系统，包括水稻生长监测系统、给养系统、农药喷洒系统，所述水稻生长监测系统包括根茎轮廓判断模块、叶片轮廓判断模块、生长状况分析模块、长势预测模块，所述根茎轮廓判断模块和叶片轮廓判断模块与生长状况分析模块电连接，所述生长状况分析模块与长势预测模块电连接；所述水稻生长监测系统用于检测水稻的生长，为给养和农药的喷洒提供依据，所述给养系统用于给予水稻生长所需的营养物质，所述农药喷洒系统用于喷洒农药，所述根茎轮廓判断模块用于判断植物的根茎形状高度和大小，所述叶片轮廓判断模块用于判断植物的叶片轮廓形状和大小，本发明，具有日照充分和精确喷洒的特点。

Description

一种基于互联网的农业信息化产业化系统

技术领域

本发明涉及农业信息化技术领域，具体为一种基于互联网的农业信息化产业化系统。

背景技术

信息化培育、发展，是指以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程。

现有的农业作物培养采用统一喷洒肥料的形式，而每种植物的生长状况是不同的，长势较好的植物所需的营养物质更多，反之亦然，统一喷洒会造成发育不成熟的植物过营养，而发育较快的植物缺失营养。因此，设计日照充分和精确喷洒的一种基于互联网的农业信息化产业化系统是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于互联网的农业信息化产业化系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于互联网的农业信息化产业化系统，包括水稻生长监测系统、给养系统，所述水稻生长监测系统包括根茎轮廓判断模块、叶片轮廓判断模块、生长状况分析模块、长势预测模块，所述根茎轮廓判断模块和叶片轮廓判断模块与生长状况分析模块电连接，所述生长状况分析模块与长势预测模块电连接；

所述水稻生长监测系统用于检测水稻的生长，为给养和农药的喷洒提供依据，所述给养系统用于给予水稻生长所需的营养物质，所述根茎轮廓判断模块用于判断植物的根茎形状高度和大小，所述叶片轮廓判断模块用于判断植物的叶片轮廓形状和大小，所述生长状况分析模块用于分析植物当前的生长状况，为给养系统提供理论依据，所述长势预测模块用于结合之前的生长状况数据对植物未来的长势进行预测，得出未来所需要的营养的数据。

根据上述技术方案，所述根茎轮廓判断模块包括超薄导电膜拉丝单元、电脉冲释放单元、电信号捕捉单元、散点记录子模块、轮廓筛查子模块、轮廓拟合子模块；

所述超薄导电膜拉丝单元用于在每株植物的上方拉出一道道超薄导电膜，所述电脉冲释放单元用于向超薄导电膜上释放电脉冲信号，所述电信号捕捉单元用于捕捉超薄导电膜上的电信号，所述散点记录模块用于记录超薄导电膜上被戳破的点，所述轮廓拟合模块用于根据这些被戳破的点拟合出植物根茎的形状轮廓，所述轮廓筛查子模块用于判断是叶片戳破的点还是根茎戳破的点，阻止其他因素的干扰。

根据上述技术方案，所述根茎轮廓判断模块的工作方法为：

S1，在植物发芽之前，利用超薄导电膜拉丝单元在其上方的空间拉出一道道超薄导电膜，导电膜中间留有空隙供植物喷洒农药和营养物质渗透；

S2，随着植物的发芽生长，超薄导电膜被戳破，在其上留下一个个孔洞；

S3，利用电脉冲释放单元向超薄导电膜的一端施加电信号，其脉冲信号以正弦规律进行幅值变化，在遇到孔洞时电脉冲电流的衰减程度显著高于没有孔洞时，同一直线内孔洞的数量越多则衰减程度越多，根据幅值进行电脉冲横向位置的判断；

S4，利用电信号捕捉单元在超薄导电膜的另一端捕捉电脉冲信号，根据接收的电脉冲幅值和衰减程度判断一个超薄导电膜的平面区域内孔洞的大小和数量，做出该平面内的散点图；

S5，随着植物的生长，逐层向上铺设超薄导电膜，并且在一定周期内向各个超薄导电膜发出电脉冲信号，建立xoy平面直角坐标系，将垂直方向的散点相互叠加，得出空间上的散点图；

S6，根据散点图进行轮廓的筛查，根据根茎和叶片不同的电导率得出电脉冲信号衰减程度的区别，以此为依据剔除被叶片戳破的点；

S7，将散点图上的散点在空间上连接起来，做出植物的三维轮廓图，得到每一株植物的茎杆平均体积，为喷洒作为依据。

根据上述技术方案，上述步骤S4中，计算平面区域内各个孔洞的大小和数量的具体公式为

其中S为孔洞的面积，t₁、t₂为孔洞的起始Y向坐标和终止Y向坐标，A₂、 A₁为X向孔洞终止幅值和起始幅值。

根据上述技术方案，所述叶片轮廓判断模块包括叶片形状拟合子模块、孔洞形状分析子模块，所述孔洞形状分析子模块与轮廓筛查子模块电连接；

所述孔洞形状分析子模块用于分析孔洞的大小和形状，叶片形状拟合子模块用于将位于上下相邻区域的扁形洞拟合成叶片的形状，并得出叶片的大小。

根据上述技术方案，叶片轮廓判断模块的具体工作过程为：

J、利用轮廓筛查子模块用于识别轮廓形状呈一条扁形孔的洞，排除茎杆和其他因素的干扰；

K、利用孔洞形状分析子模块分析扁形孔洞的形状和大小，将上下相邻且 x向坐标接近的若干个孔洞结合起来得到每个叶片各自的高度，将左右相邻的若干个叶片归于同一株植物进行计算；

L、计算得到每一株植物的叶片面积总量，作为施肥量的依据。

根据上述技术方案，所述给养系统包括洒水单元和施肥单元，所述施肥单元包括肥料移动规划模块、肥料量控制模块、肥料投放模块，所述洒水单元包括喷洒头、喷洒移动规划模块、喷洒量控制模块，所述喷洒量控制模块、肥料量控制模块与轮廓拟合模块电连接；

所述施肥单元用于向植物针对性地施加肥料，所述肥料移动规划模块用于结合散点图的分布规律规划施肥的位置，所述肥料量控制模块用于根据植物生长状况决定肥料的投放量，所述肥料投放模块用于根据植物所在的位置投放肥料，所述喷洒头用于喷洒植物所需的水分，所述喷洒移动规划模块用于规划喷头的移动轨迹，所述喷洒量控制模块用于根据植物的生长状况决定喷洒的量。

根据上述技术方案，所述洒水单元和施肥单元的喷洒和肥料控制的工作方法为：

a，将各层超薄导电膜上的孔洞进行分布位置临近度进行统计，将位置分布接近的孔洞进行归类，得到每株植物的具体位置；

b，根据每株植物的位置对喷洒移动规划模块和肥料移动规划模块的位置进行引导定位；

c，到达喷洒和投放位置后，根据植物的轮廓高度和粗壮程度以及叶片的平均大小进行针对性的施肥量和喷洒量的控制。

根据上述技术方案，上述步骤c中，喷洒量为

式中α为根据植物类型设定的参数，i为测得的每株植物茎杆的数量，h 为每根茎杆的高度。

根据上述技术方案，上述步骤c中，

施肥量为

式中β为根据植物类型设定的参数，p为测得的叶片数量，x为叶片孔洞上下两个极限区间内横坐标的长度值，H为每片叶片的高度，u为表示叶片的长条型孔洞的起始Y向坐标和终止Y向坐标。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有水稻生长监测模块，可以监测植物的生长属性，定制适用于每一株植物的培养计划，不浪费营养物质，同时培养效果更好。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供技术方案：一种基于互联网的农业信息化产业化系统，包括水稻生长监测系统、给养系统，水稻生长监测系统包括根茎轮廓判断模块、叶片轮廓判断模块、生长状况分析模块、长势预测模块，根茎轮廓判断模块和叶片轮廓判断模块与生长状况分析模块电连接，生长状况分析模块与长势预测模块电连接；

水稻生长监测系统用于检测水稻的生长，为给养和农药的喷洒提供依据，给养系统用于给予水稻生长所需的营养物质，根茎轮廓判断模块用于判断植物的根茎形状高度和大小，叶片轮廓判断模块用于判断植物的叶片轮廓形状和大小，生长状况分析模块用于分析植物当前的生长状况，为给养系统提供理论依据，长势预测模块用于结合之前的生长状况数据对植物未来的长势进行预测，得出未来所需要的营养的数据，利用上述模块可以监测植物的生长属性，定制适用于每一株植物的培养计划，不浪费营养物质，同时培养效果更好；

根茎轮廓判断模块包括超薄导电膜拉丝单元、电脉冲释放单元、电信号捕捉单元、散点记录子模块、轮廓筛查子模块、轮廓拟合子模块；

超薄导电膜拉丝单元用于在每株植物的上方拉出一道道超薄导电膜，电脉冲释放单元用于向超薄导电膜上释放电脉冲信号，电信号捕捉单元用于捕捉超薄导电膜上的电信号，散点记录模块用于记录超薄导电膜上被戳破的点，轮廓拟合模块用于根据这些被戳破的点拟合出植物根茎的形状轮廓，轮廓筛查子模块用于判断是叶片戳破的点还是根茎戳破的点，阻止其他因素的干扰，利用超薄导电膜在植物表面进行覆盖，可以方便地探测植物的叶片和茎杆等形状，且不阻碍植物的生长，十分方便，超薄导电膜较佳地为可降解材质，方便回收至田里利用；

根茎轮廓判断模块的工作方法为：

S1，在植物发芽之前，利用超薄导电膜拉丝单元在其上方的空间拉出一道道超薄导电膜，导电膜中间留有空隙供植物喷洒农药和营养物质渗透；

S2，随着植物的发芽生长，超薄导电膜被戳破，在其上留下一个个孔洞；

S3，利用电脉冲释放单元向超薄导电膜的一端施加电信号，其脉冲信号以正弦规律进行幅值变化，在遇到孔洞时电脉冲电流的衰减程度显著高于没有孔洞时，同一直线内孔洞的数量越多则衰减程度越多，根据幅值进行电脉冲横向位置的判断；

S4，利用电信号捕捉单元在超薄导电膜的另一端捕捉电脉冲信号，根据接收的电脉冲幅值和衰减程度判断一个超薄导电膜的平面区域内孔洞的大小和数量，做出该平面内的散点图；

S5，随着植物的生长，逐层向上铺设超薄导电膜，并且在一定周期内向各个超薄导电膜发出电脉冲信号，建立xoy平面直角坐标系，将垂直方向的散点相互叠加，得出空间上的散点图；

S6，根据散点图进行轮廓的筛查，根据根茎和叶片不同的电导率得出电脉冲信号衰减程度的区别，以此为依据剔除被叶片戳破的点；

S7，将散点图上的散点在空间上连接起来，做出植物的三维轮廓图，得到每一株植物的茎杆平均体积，为喷洒作为依据，利用此方法进行植物茎杆轮廓形状的判别，形状识别精确且可以精确到每一株植物，方便进行后续的工作；

上述步骤S4中，计算平面区域内各个孔洞的大小和数量的具体公式为

其中S为孔洞的面积，t₁、t₂为孔洞的起始Y向坐标和终止Y向坐标，A₂、 A₁为X向孔洞终止幅值和起始幅值，利用无数个Y轴方向上孔洞横截面积的叠加进行积分计算，可以更加精确地得出孔洞的大小，且适用于异性的孔洞，横截面的探测更加精确；

叶片轮廓判断模块包括叶片形状拟合子模块、孔洞形状分析子模块，孔洞形状分析子模块与轮廓筛查子模块电连接；

孔洞形状分析子模块用于分析孔洞的大小和形状，叶片形状拟合子模块用于将位于上下相邻区域的扁形洞拟合成叶片的形状，并得出叶片的大小；

叶片轮廓判断模块的具体工作过程为：

J、利用轮廓筛查子模块用于识别轮廓形状呈一条扁形孔的洞，排除茎杆和其他因素的干扰；

K、利用孔洞形状分析子模块分析扁形孔洞的形状和大小，将上下相邻且 x向坐标接近的若干个孔洞结合起来得到每个叶片各自的高度，将左右相邻的若干个叶片归于同一株植物进行计算；

L、计算得到每一株植物的叶片面积总量，作为施肥量的依据，此步骤用超薄导电膜作为轮廓的判断依据，得出植物的形状轮廓，做到精确话化掌握生长状况，以此为依据将长势不好的如枯萎植物进行剔除，防止争夺养分；

给养系统包括洒水单元和施肥单元，施肥单元包括肥料移动规划模块、肥料量控制模块、肥料投放模块，洒水单元包括喷洒头、喷洒移动规划模块、喷洒量控制模块，喷洒量控制模块、肥料量控制模块与轮廓拟合模块电连接；

施肥单元用于向植物针对性地施加肥料，肥料移动规划模块用于结合散点图的分布规律规划施肥的位置，肥料量控制模块用于根据植物生长状况决定肥料的投放量，肥料投放模块用于根据植物所在的位置投放肥料，喷洒头用于喷洒植物所需的水分，喷洒移动规划模块用于规划喷头的移动轨迹，喷洒量控制模块用于根据植物的生长状况决定喷洒的量；

洒水单元和施肥单元的喷洒和肥料控制的工作方法为：

a，将各层超薄导电膜上的孔洞进行分布位置临近度进行统计，将位置分布接近的孔洞进行归类，得到每株植物的具体位置；

b，根据每株植物的位置对喷洒移动规划模块和肥料移动规划模块的位置进行引导定位；

c，到达喷洒和投放位置后，根据植物的轮廓高度和粗壮程度以及叶片的平均大小进行针对性的施肥量和喷洒量的控制，此步骤将施肥和喷洒整合在一起，并且实现了针对每一株植物针对性的喷洒，喷洒效果精确且方便进行定位，精准喷洒施肥；

上述步骤c中，喷洒量为

式中α为根据植物类型设定的参数，i为测得的每株植物茎杆的数量，h 为每根茎杆的高度，由于植物所需的水量与植物的体积成正相关，而植物的体积与茎杆体积呈正相关，所以利用公式根据各个茎杆长度和横截面积来计算出植物的茎杆总体积，来对植物的喷洒量进行量化，防止由于植物适应性的不同造成过喷洒的效果；

上述步骤c中，

施肥量为

式中β为根据植物类型设定的参数，p为测得的叶片数量，x为叶片孔洞上下两个极限区间内横坐标的长度值，H为每片叶片的高度，u为表示叶片的长条型孔洞的起始Y向坐标和终止Y向坐标，研究表明植物叶片的大小和丰盛程度与肥料的需求成正相关，此公式通过各个扁形孔洞的大小和高度进行拟合，计算了各个叶片的面积，并进行累加，得到每株植物叶片的面积，以此作为植物施肥量的依据，可以做到施肥效果精确，不浪费肥料。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：包括水稻生长监测系统、给养系统，所述水稻生长监测系统包括根茎轮廓判断模块、叶片轮廓判断模块、生长状况分析模块、长势预测模块，所述根茎轮廓判断模块和叶片轮廓判断模块与生长状况分析模块电连接，所述生长状况分析模块与长势预测模块电连接；

所述水稻生长监测系统用于检测水稻的生长，为给养和农药的喷洒提供依据，所述给养系统用于给予水稻生长所需的营养物质，所述根茎轮廓判断模块用于判断植物的根茎形状高度和大小，所述叶片轮廓判断模块用于判断植物的叶片轮廓形状和大小，所述生长状况分析模块用于分析植物当前的生长状况，为给养系统提供理论依据，所述长势预测模块用于结合之前的生长状况数据对植物未来的长势进行预测，得出未来所需要的营养的数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：所述根茎轮廓判断模块包括超薄导电膜拉丝单元、电脉冲释放单元、电信号捕捉单元、散点记录子模块、轮廓筛查子模块、轮廓拟合子模块；

所述超薄导电膜拉丝单元用于在每株植物的上方拉出一道道超薄导电膜，所述电脉冲释放单元用于向超薄导电膜上释放电脉冲信号，所述电信号捕捉单元用于捕捉超薄导电膜上的电信号，所述散点记录模块用于记录超薄导电膜上被戳破的点，所述轮廓拟合模块用于根据这些被戳破的点拟合出植物根茎的形状轮廓，所述轮廓筛查子模块用于判断是叶片戳破的点还是根茎戳破的点，阻止其他因素的干扰。

3.根据权利要求2所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：所述根茎轮廓判断模块的工作方法为：

S1，在植物发芽之前，利用超薄导电膜拉丝单元在其上方的空间拉出一道道超薄导电膜，导电膜中间留有空隙供植物喷洒农药和营养物质渗透；

S2，随着植物的发芽生长，超薄导电膜被戳破，在其上留下一个个孔洞；

S3，利用电脉冲释放单元向超薄导电膜的一端施加电信号，其脉冲信号以正弦规律进行幅值变化，在遇到孔洞时电脉冲电流的衰减程度显著高于没有孔洞时，同一直线内孔洞的数量越多则衰减程度越多，根据幅值进行电脉冲横向位置的判断；

S4，利用电信号捕捉单元在超薄导电膜的另一端捕捉电脉冲信号，根据接收的电脉冲幅值和衰减程度判断一个超薄导电膜的平面区域内孔洞的大小和数量，做出该平面内的散点图；

S5，随着植物的生长，逐层向上铺设超薄导电膜，并且在一定周期内向各个超薄导电膜发出电脉冲信号，建立xoy平面直角坐标系，将垂直方向的散点相互叠加，得出空间上的散点图；

S6，根据散点图进行轮廓的筛查，根据根茎和叶片不同的电导率得出电脉冲信号衰减程度的区别，以此为依据剔除被叶片戳破的点；

S7，将散点图上的散点在空间上连接起来，做出植物的三维轮廓图，得到每一株植物的茎杆平均体积，为喷洒作为依据。

4.根据权利要求3所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：上述步骤S4中，计算平面区域内各个孔洞的大小和数量的具体公式为

其中S为孔洞的面积，t₁、t₂为孔洞的起始Y向坐标和终止Y向坐标，A₂、A₁为X向孔洞终止幅值和起始幅值。

5.根据权利要求4所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：所述叶片轮廓判断模块包括叶片形状拟合子模块、孔洞形状分析子模块，所述孔洞形状分析子模块与轮廓筛查子模块电连接；

所述孔洞形状分析子模块用于分析孔洞的大小和形状，叶片形状拟合子模块用于将位于上下相邻区域的扁形洞拟合成叶片的形状，并得出叶片的大小。

6.根据权利要求5所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：所述叶片轮廓判断模块的具体工作过程为：

J、利用轮廓筛查子模块用于识别轮廓形状呈一条扁形孔的洞，排除茎杆和其他因素的干扰；

K、利用孔洞形状分析子模块分析扁形孔洞的形状和大小，将上下相邻且x向坐标接近的若干个孔洞结合起来得到每个叶片各自的高度，将左右相邻的若干个叶片归于同一株植物进行计算；

L、计算得到每一株植物的叶片面积总量，作为施肥量的依据。

7.根据权利要求6所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：所述给养系统包括洒水单元和施肥单元，所述施肥单元包括肥料移动规划模块、肥料量控制模块、肥料投放模块，所述洒水单元包括喷洒头、喷洒移动规划模块、喷洒量控制模块，所述喷洒量控制模块、肥料量控制模块与轮廓拟合模块电连接；

所述施肥单元用于向植物针对性地施加肥料，所述肥料移动规划模块用于结合散点图的分布规律规划施肥的位置，所述肥料量控制模块用于根据植物生长状况决定肥料的投放量，所述肥料投放模块用于根据植物所在的位置投放肥料，所述喷洒头用于喷洒植物所需的水分，所述喷洒移动规划模块用于规划喷头的移动轨迹，所述喷洒量控制模块用于根据植物的生长状况决定喷洒的量。

8.根据权利要求7所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：所述洒水单元和施肥单元的喷洒和肥料控制的工作方法为：

a，将各层超薄导电膜上的孔洞进行分布位置临近度进行统计，将位置分布接近的孔洞进行归类，得到每株植物的具体位置；

b，根据每株植物的位置对喷洒移动规划模块和肥料移动规划模块的位置进行引导定位；

c，到达喷洒和投放位置后，根据植物的轮廓高度和粗壮程度以及叶片的平均大小进行针对性的施肥量和喷洒量的控制。

9.根据权利要求8所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：上述步骤c中，喷洒量为

式中α为根据植物类型设定的参数，i为测得的每株植物茎杆的数量，h为每根茎杆的高度。

10.根据权利要求9所述的一种基于互联网的农业信息化产业化系统，其特征在于：上述步骤c中，

施肥量为

式中β为根据植物类型设定的参数，p为测得的叶片数量，x为叶片孔洞上下两个极限区间内横坐标的长度值，H为每片叶片的高度，u为表示叶片的长条型孔洞的起始Y向坐标和终止Y向坐标。