CN113325134A - 一种移动式农业气体监测系统 - Google Patents

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颜瑞
贺湘楠
李哲敏
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Abstract

本发明提供了一种移动式农业气体监测系统，包括数据获取与路径规划模块、人机交互与数据处理模块以及移动载体；人机交互与数据处理模块和移动载体均与数据获取与路径规划模块连接；人机交互与数据处理模块用于获取测量位置，并将测量位置传输至数据获取与路径规划模块；数据获取与路径规划模块用于获取移动载体的位置，根据移动载体的位置和测量位置规划移动载体的移动路径，并将移动路径传输至移动载体；数据获取与路径规划模块还用于获取测量位置处的环境信息并将环境信息传输至人机交互与数据处理模块；人机交互与数据处理模块对环境信息进行处理，并存储处理后的环境信息。本发明能够在不同的测量位置监测气体，提高了气体监测的精度和效率。

Description

一种移动式农业气体监测系统
技术领域
本发明涉及农业信息技术领域，特别是涉及一种移动式农业气体监测系统。
背景技术
在智慧农业领域，为了提高农作物的产量和品质，技术人员不仅需要对农业生产结果进行监测，还需要对农业生产的整个过程进行实时不间断的技术监测。其中，环境信息监测是农业生产过程监测的重要部分。
目前，现有的气体监测技术通常选定多个固定点位，并在固定点位设置传感器来收集农业生产过程中的环境信息，但这种气体监测方式不仅需设置大量的传感器，造成了资源的浪费，而且无法改变测量位置，影响监测的精度和效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种移动式农业气体监测系统，能够在不同的测量位置对气体进行监测，提高了气体监测的精度和效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种移动式农业气体监测系统，包括：
数据获取与路径规划模块、人机交互与数据处理模块以及移动载体；
所述人机交互与数据处理模块和所述移动载体均与所述数据获取与路径规划模块连接；
所述人机交互与数据处理模块用于获取待测量范围内的测量位置，并将所述测量位置传输至所述数据获取与路径规划模块；
所述数据获取与路径规划模块设置在所述移动载体上；所述数据获取与路径规划模块用于获取所述移动载体的位置，根据所述移动载体的位置和所述测量位置规划所述移动载体的移动路径，并将所述移动路径传输至所述移动载体；
所述移动载体用于根据所述移动路径移动至所述测量位置；
所述数据获取与路径规划模块还用于获取所述测量位置处的环境信息并将所述环境信息传输至所述人机交互与数据处理模块；
所述人机交互与数据处理模块还用于对所述环境信息进行处理，并存储处理后的环境信息。
可选的，所述人机交互与数据处理模块具体包括：
人机交互单元和数据处理单元；
所述人机交互单元与所述数据处理单元连接；所述人机交互单元用于获取测量位置，并将所述测量位置传输至所述数据处理单元；
所述数据处理单元与所述数据获取与路径规划模块连接；所述数据处理单元用于将所述测量位置传输至所述数据获取与路径规划模块；所述数据处理单元还用于对所述环境信息进行处理，并将处理后的环境信息传输至所述人机交互单元；
所述人机交互单元用于存储所述处理后的环境信息。
可选的，所述待测量范围内包括一个或多个监测区域，对应的数据处理单元的数量为一个或多个，一个或多个所述数据处理单元对应设置在一个或多个监测区域的最佳数据传输位置。
可选的，每个监测区域中分布的移动载体数量为一个或多个，每个移动载体上均设置有数据获取与路径规划模块，位于同一监测区域内的移动载体上的数据获取与路径规划模块与所述监测区域的数据处理单元对应连接。
可选的，所述数据处理单元具体包括：
第一控制子单元、与所述数据获取与路径规划模块连接的第一数据传输子单元以及与所述人机交互单元连接的第二数据传输子单元；
所述第一控制子单元分别与所述第一数据传输子单元和所述第二数据传输子单元连接；所述第一控制子单元用于对所述环境信息进行处理；对所述环境信息的处理包括补偿处理和背景抑制处理。
可选的，所述人机交互单元具体包括：
与所述第二数据传输子单元连接的第三数据传输子单元、位置获取子单元、存储子单元和显示子单元；
所述位置获取子单元、所述存储子单元和所述显示子单元均与所述第三数据传输子单元连接；
所述位置获取子单元用于获取测量位置；
所述第三数据传输子单元用于将所述测量位置传输至所述第二数据传输子单元；所述第三数据传输子单元还用于将所述处理后的环境信息分别传输至所述存储子单元和所述显示子单元。
可选的，所述数据获取与路径规划模块具体包括：
与所述第一数据传输子单元连接的第四数据传输单元、传感器单元、北斗单元和第二控制单元；
所述传感器单元、所述北斗单元和所述第四数据传输单元均与所述第二控制单元连接；
所述北斗单元用于当所述第二控制单元接收到所述测量位置时获取所述移动载体的位置；
所述第二控制单元还与所述移动载体连接；所述第二控制单元用于根据所述移动载体的位置和所述测量位置规划所述移动载体的移动路径，并将所述移动路径传输至所述移动载体；
所述传感器单元用于当所述移动载体移动至所述测量位置时获取所述测量位置的环境信息。
可选的，所述第一数据传输单元和所述第二数据传输子单元通过Zigbee网络进行数据传输；所述第三数据传输子单元和所述第四数据传输子单元通过CTWing网络进行数据传输。
可选的，所述移动载体为无人机或机器人。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种移动式农业气体监测系统，系统包括：数据获取与路径规划模块、人机交互与数据处理模块以及移动载体；
人机交互与数据处理模块和移动载体均与数据获取与路径规划模块连接；
人机交互与数据处理模块用于获取待测量范围内的测量位置，并将测量位置传输至数据获取与路径规划模块；数据获取与路径规划模块设置在移动载体上；数据获取与路径规划模块用于获取移动载体的位置，根据移动载体的位置和测量位置规划移动载体的移动路径，并将移动路径传输至移动载体；移动载体用于根据移动路径移动至测量位置；数据获取与路径规划模块还用于获取测量位置处的环境信息并将环境信息传输至人机交互与数据处理模块；人机交互与数据处理模块还用于对环境信息进行处理，并存储处理后的环境信息。本发明提供的移动式农业气体监测系统，能够根据移动载体的位置和测量位置规划移动载体的移动路径，移动载体根据移动路径搭载数据获取与路径规划模块在不同的位置获取环境信息，提高了气体监测的精度和效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中所提供的移动式农业气体监测系统结构示意图；
图2为本发明实施例中所提供的移动式农业气体监测系统数据传输图；
图3为本发明实施例中所提供的移动式农业气体监测系统的工作流程图；
附图说明：1-移动载体；2-数据处理单元；3-人机交互单元；4-传感器单元；5-第二控制单元；6-第四数据传输单元；7-北斗单元；8-第一数据传输子单元；9-第一控制子单元；10-第二数据传输子单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明的目的是提供一种移动式农业气体监测系统，能够在不同的测量位置对气体进行监测，提高了气体监测的精度和效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
图1为本发明实施例中所提供的移动式农业气体监测系统结构示意图；图2为本发明实施例中所提供的移动式农业气体监测系统数据传输图；如图1-2所示，本发明提供了一种移动式农业气体监测系统，包括：数据获取与路径规划模块、人机交互与数据处理模块以及移动载体1。根据测量高度需求，移动载体1为无人机或机器人。
人机交互与数据处理模块和移动载体1均与数据获取与路径规划模块连接；
人机交互与数据处理模块用于获取待测量范围内的测量位置，并将测量位置传输至数据获取与路径规划模块；
数据获取与路径规划模块设置在移动载体1上；数据获取与路径规划模块用于获取移动载体1的位置，根据移动载体1的位置和测量位置规划移动载体1的移动路径，并将移动路径传输至移动载体1；
移动载体1用于根据移动路径移动至测量位置；
数据获取与路径规划模块还用于获取测量位置处的环境信息并将环境信息传输至人机交互与数据处理模块；测量位置处的环境信息包括气体的浓度、温度和湿度。
人机交互与数据处理模块还用于对环境信息进行处理，并存储处理后的环境信息。
具体的，人机交互与数据处理模块具体包括：人机交互单元3和数据处理单元2；人机交互单元3与数据处理单元2连接；人机交互单元3用于获取测量位置，并将测量位置传输至数据处理单元2；数据处理单元2与数据获取与路径规划模块连接；数据处理单元2用于将测量位置传输至数据获取与路径规划模块；数据处理单元2还用于对环境信息进行处理，并将处理后的环境信息传输至人机交互单元3；人机交互单元3用于存储处理后的环境信息。
待测量范围内包括一个监测区域，对应的数据处理单元2的数量为一个，一个数据处理单元2对应设置在一个监测区域的最佳数据传输位置。每个监测区域中分布的移动载体1数量为一个或多个，每个移动载体1上均设置有数据获取与路径规划模块，位于同一监测区域内的移动载体1上的数据获取与路径规划模块与监测区域的数据处理单元2对应连接。最佳数据传输位置处数据处理单元可接收对应一个或多个移动载体上数据获取与路径规划模块测量的数据。
具体的，数据处理单元2具体包括：第一控制子单元9、与数据获取与路径规划模块连接的第一数据传输子单元8以及与人机交互单元3连接的第二数据传输子单元10；第一控制子单元分别与第一数据传输子单元8和第二数据传输子单元10连接；第一控制子单元9用于对环境信息进行处理；对环境信息的处理包括补偿处理和背景抑制处理。
人机交互单元3具体包括：与第二数据传输子单元10连接的第三数据传输子单元、位置获取子单元、存储子单元和显示子单元；位置获取子单元、存储子单元和显示子单元均与第三数据传输子单元连接；位置获取子单元用于获取测量位置；第三数据传输子单元用于将测量位置传输至第二数据传输子单元10；第三数据传输子单元还用于将处理后的环境信息分别传输至存储子单元和显示子单元。
数据获取与路径规划模块具体包括：与第一数据传输子单元8连接的第四数据传输单元6、传感器单元4、北斗单元7和第二控制单元5；传感器单元4、北斗单元7和第四数据传输单元6均与第二控制单元5连接；北斗单元7用于当第二控制单元5接收到测量位置时获取移动载体1的位置；第二控制单元5还与移动载体1连接；第二控制单元5用于根据移动载体1的位置和测量位置规划移动载体1的移动路径，并将移动路径传输至移动载体1；传感器单元4用于当移动载体1移动至测量位置时获取测量位置的环境信息。
本发明提供的移动式农业气体监测系统，第一数据传输单元和第二数据传输子单元10通过Zigbee网络进行数据传输；第三数据传输子单元和第四数据传输子单元通过CTWing网络进行数据传输。
实施例二
本实施例与实施例一的不同点在于，本实施例中待测量范围内包括多个监测区域，对应的数据处理单元的数量为多个，多个数据处理单元对应设置于多个监测区域的最佳数据传输位置。每个监测区域中分布的移动载体数量为一个或多个，每个移动载体上均设置有数据获取与路径规划模块，位于同一监测区域内的移动载体上的数据获取与路径规划模块与监测区域的数据处理单元对应连接。
具体的，多个第一数据传输子单元与多个第四数据传输单元之间信号连接，进行数据传输。通过FPGA内置数据处理算法数据处理单元所在区域的一个或多个数据获取与路径规划模块上传的环境信息进行处理得到一个计算结果，一个或多个数据处理单元计算的结果均上传至人机交互单元，提高了数据传输的稳定性。
图3为本发明实施例中所提供的移动式农业气体监测系统的工作流程图；如图3所示，管理人员选择气体传感器和移动载体进行组装，然后在人机交互单元上安装的测量位置规划软件上根据测量需求输入测量位置，测量位置通过CTWing云平台和NB-IoT(NarrowBand Interne to Things，窄带物联网)通信协议传输到基于FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程逻辑闸阵列)设计的数据处理单元。数据处理单元接收测量命令以及测量位置后，通过第一数据传输子单元(ZigBee基站)向各个测量终端(数据获取与路径规划模块)发送测量命令和测量位置数据。数据获取与路径规划模块中的第二控制单元在接收到测量命令后，读取北斗单元获取的移动载体位置并规划移动载体的路径，控制移动载体移动到测量位置，传感器单元自动测量位置的环境信息。原始环境信息和当前测量位置通过第四数据传输单元(ZigBee)上传到数据处理单元。数据处理单元中的第一控制子单元将原始环境信息通过基于FPGA设计的硬件算法进行数据处理，并将处理后的环境信息和当前测量位置通过第二数据传输子单元(CTWing-ME3616通信模块)上传至中国电信物联网CTWing云平台。人机交互单元接收处理后的环境信息和当前处理位置数据后，将处理后的环境信息存储在SQL(Structured Query Language，结构化查询语言)数据库中；然后在Linux系统下采用Qt(应用程序开发框架)设计的界面上，动态显示当前测量位置和当前测得的环境信息，并标记已测位置；并判断是否已经历遍所有测量位置，若是，则下达停止测量命令，测量命令用于控制数据获取与路径规划模块停止测量并使移动载体返回测量原点。
本发明提供的移动式农业气体监测系统具有如下优点：第一，通过设置移动载体，使一个传感器子单元测量多个不同位置的环境信息，提高了测量效率；第二，数据获取与路径规划模块控制移动载体按照规划路径自动移动到下一个测量位置测量，实现了测量的自动化；第三，数据获取与路径规划模块上可设置多种气体传感器，同时测量不同环境信息；第四，通过FPGA内置数据处理算法数据处理单元所在区域的一个或多个数据获取与路径规划模块上传的环境信息进行处理的到一个计算结果，一个或多个数据处理单元计算的结果均上传至人机交互单元，提高了数据传输的稳定性(若直接将所有环境信息上传至人机交互单元，传输数据过多而导致的传输网络崩溃)；第五，相关人员可通过人机交互单元内嵌的测量位置规划软件随时规划或改变测量位置，大大的提高了测量效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种移动式农业气体监测系统，其特征在于，所述系统包括：
数据获取与路径规划模块、人机交互与数据处理模块以及移动载体；
所述人机交互与数据处理模块和所述移动载体均与所述数据获取与路径规划模块连接；
所述人机交互与数据处理模块用于获取待测量范围内的测量位置，并将所述测量位置传输至所述数据获取与路径规划模块；
所述数据获取与路径规划模块设置在所述移动载体上；所述数据获取与路径规划模块用于获取所述移动载体的位置，根据所述移动载体的位置和所述测量位置规划所述移动载体的移动路径，并将所述移动路径传输至所述移动载体；
所述移动载体用于根据所述移动路径移动至所述测量位置；
所述数据获取与路径规划模块还用于获取所述测量位置处的环境信息并将所述环境信息传输至所述人机交互与数据处理模块；
所述人机交互与数据处理模块还用于对所述环境信息进行处理，并存储处理后的环境信息。
2.根据权利要求1所述的移动式农业气体监测系统，其特征在于，所述人机交互与数据处理模块具体包括：
人机交互单元和数据处理单元；
所述人机交互单元与所述数据处理单元连接；所述人机交互单元用于获取测量位置，并将所述测量位置传输至所述数据处理单元；
所述数据处理单元与所述数据获取与路径规划模块连接；所述数据处理单元用于将所述测量位置传输至所述数据获取与路径规划模块；所述数据处理单元还用于对所述环境信息进行处理，并将处理后的环境信息传输至所述人机交互单元；
所述人机交互单元用于存储所述处理后的环境信息。
3.根据权利要求2所述的移动式农业气体监测系统，其特征在于，所述待测量范围内包括一个或多个监测区域，对应的数据处理单元的数量为一个或多个，一个或多个所述数据处理单元对应设置在一个或多个监测区域的最佳数据传输位置。
4.根据权利要求3所述的移动式农业气体监测系统，其特征在于，每个监测区域中分布的移动载体数量为一个或多个，每个移动载体上均设置有数据获取与路径规划模块，位于同一监测区域内的移动载体上的数据获取与路径规划模块与所述监测区域的数据处理单元对应连接。
5.根据权利要求4所述的移动式农业气体监测系统，其特征在于，所述数据处理单元具体包括：
第一控制子单元、与所述数据获取与路径规划模块连接的第一数据传输子单元以及与所述人机交互单元连接的第二数据传输子单元；
所述第一控制子单元分别与所述第一数据传输子单元和所述第二数据传输子单元连接；所述第一控制子单元用于对所述环境信息进行处理；对所述环境信息的处理包括补偿处理和背景抑制处理。
6.根据权利要求5所述的移动式农业气体监测系统，其特征在于，所述人机交互单元具体包括：
与所述第二数据传输子单元连接的第三数据传输子单元、位置获取子单元、存储子单元和显示子单元；
所述位置获取子单元、所述存储子单元和所述显示子单元均与所述第三数据传输子单元连接；
所述位置获取子单元用于获取测量位置；
所述第三数据传输子单元用于将所述测量位置传输至所述第二数据传输子单元；所述第三数据传输子单元还用于将所述处理后的环境信息分别传输至所述存储子单元和所述显示子单元。
7.根据权利要求5所述的移动式农业气体监测系统，其特征在于，所述数据获取与路径规划模块具体包括：
与所述第一数据传输子单元连接的第四数据传输单元、传感器单元、北斗单元和第二控制单元；
所述传感器单元、所述北斗单元和所述第四数据传输单元均与所述第二控制单元连接；
所述北斗单元用于当所述第二控制单元接收到所述测量位置时获取所述移动载体的位置；
所述第二控制单元还与所述移动载体连接；所述第二控制单元用于根据所述移动载体的位置和所述测量位置规划所述移动载体的移动路径，并将所述移动路径传输至所述移动载体；
所述传感器单元用于当所述移动载体移动至所述测量位置时获取所述测量位置的环境信息。
8.根据权利要求7所述的移动式农业气体监测系统，其特征在于，所述第一数据传输单元和所述第二数据传输子单元通过Zigbee网络进行数据传输；所述第三数据传输子单元和所述第四数据传输子单元通过CTWing网络进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的移动式农业气体监测系统，其特征在于，所述移动载体为无人机或机器人。
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