CN113640288B

CN113640288B - 一种基于第一视角的农田智能远程监测系统

Info

Publication number: CN113640288B
Application number: CN202110822995.XA
Authority: CN
Inventors: 施建军; 潘宗瑾; 唐义军; 王军; 王为; 袁瑞芳; 孙孝龙; 笪海波; 刘玲; 仓晶晶; 杨文伟; 朱芙蓉; 朱浩; 陈爱龙; 蔡志涛; 宋大烨
Original assignee: JIANGSU LITTORAL AGRICULTURE SCIENCE RESEARCH INSTITUTE; Yancheng Siyuan Network Technology Co ltd
Current assignee: JIANGSU LITTORAL AGRICULTURE SCIENCE RESEARCH INSTITUTE; Yancheng Siyuan Network Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2022-05-20
Anticipated expiration: 2041-07-21
Also published as: CN113640288A

Abstract

本发明提供一种基于第一视角的农田智能远程监测系统，包括：移动采集设备，用于在农田内移动并对农田内农作物从上至下进行图像采集；云平台，与移动采集设备通讯连接，用于获取移动采集设备采集的图像；基于图像对农作物的病虫害情况及生长情况进行分析，获得病虫害分析结果和生长分析结果；控制终端，与云平台通讯连接，用于接收云平台发送的病虫害分析结果及生长分析结果并显示。本发明的基于第一视角的农田智能远程监测系统，实现了对农作物的从上至下的图像采集，实现了农作物的全面分析。

Description

一种基于第一视角的农田智能远程监测系统

技术领域

本发明涉及农田智能监测技术领域，特别涉及一种基于第一视角的农田智能远程监测系统。

背景技术

目前，农田远程监测主要基于在农田边架设监控杆，在监控杆上设置图像采集设备，通过将图像采集设备的图像传输至远程平台，进行图像分析，分析病虫害、植物生长情况。现有系统只能从上方拍摄农田情况，故只能做表面分析，无法对农作物的茎叶部位情况进行分析。

发明内容

本发明目的之一在于提供了一种基于第一视角的农田智能远程监测系统，实现了对农作物的从上至下的图像采集，实现了农作物的全面分析。

本发明实施例提供的一种基于第一视角的农田智能远程监测系统，包括：

移动采集设备，用于在农田内移动并对农田内农作物从上至下进行图像采集；

云平台，与移动采集设备通讯连接，用于获取移动采集设备采集的图像；基于图像对农作物的病虫害情况及生长情况进行分析，获得病虫害分析结果和生长分析结果；

控制终端，与云平台通讯连接，用于接收云平台发送的病虫害分析结果及生长分析结果并显示。

优选的，移动采集设备包括：

移动小车，底部设置移动机构；

图像采集装置，设置在移动小车上，用于对农田内农作物从上至下进行图像采集。

优选的，图像采集装置包括：

第一伸缩机构，一端与移动小车的底端固定连接；

第一转动机构，设置在第一伸缩机构远离移动小车的一端；

第一摄像头，设置在第一转动机构的转动端，第一摄像头的拍摄方向与第一伸缩机构的伸长方向呈一预设的角度。

优选的，图像采集装置还包括：

竖直导轨，一端与移动小车的上端面固定连接；

第二转动机构，滑动设置在竖直导轨上；

第二摄像头，设置在第二转动机构的转动端，第二摄像头的拍摄方向与竖直导轨的伸长方向呈一预设的角度。

优选的，移动采集设备还包括：

土壤采集机构，用于采集农作物下的土层参数。

优选的，土壤采集机构包括：

第二伸缩机构，一端与移动小车的底端固定连接；

土壤突入体，固定设置在第二伸缩机构的远离移动小车的一端；

土壤突入体包括：

本体，一端与第二伸缩机构固定连接，另一端设置有开口腔体；

微型电机，设置在开口腔体内，在微型电机与开口腔体的底端之间设置有缓冲弹簧；

锥形体，设置在微型电机远离开口腔体的一端，并与微型电机传动连接，锥形体的底面大小与本体的水平截面的大小相等；

温湿度采集探头，设置在微型电机外侧；

压力传感器，设置在缓冲弹簧与开口腔体之间，用于检测缓冲弹簧对于开口腔体内壁的压力。

优选的，基于第一视角的农田智能远程监测系统，还包括：

软式轨道，铺设在农田内，用于移动采集设备的移动。

优选的，云平台执行如下操作：

获取软式轨道铺设图；

控制移动采集设备在任意一条的软式轨道上行进并采集图像；将该条软式轨道作为初始轨道；

基于采集图像分析是否存在病虫害；

当分析出存在病虫害时，基于病虫害的程度做成曲线图，确定曲线图中的峰值点对应的软式轨道铺设图中的第一点位；确定曲线图中位于峰值点两侧且距离峰值点最近的代表无病虫害的采样点对应的软式轨道铺设图中的第二点位和第三点位；

以第一点位为中心以第一点为至第二点位和第三点位中较远的点的距离作为半径作一个圆，确定待检测区域；

确定待检测区域占据软式轨道铺设图中软式轨道的编号及对应编号的软式轨道上的点位矩阵；

任意提取位于初始轨道一个方位的且位于待检测区域边界两侧的软式轨道作为第二次和第三次移动采集设备移动的第二轨道和第三轨道；第二轨道较第三轨道靠近初始轨道；

当第三轨道上不存在病虫害情况且第二轨道上存在病虫害情况时，基于对应第二轨道的曲线图，确定第二轨道为边界轨道；

当第三轨道和第二轨道上都存在病虫害情况时，继续依次检测第三轨道远离第二轨道一侧的轨道上的病虫害情况，直至检测的轨道上无病虫害情况，确定上一次检测的轨道为边界轨道；

当第三轨道和第二轨道上都不存在病虫害情况时，继续依次检测第二轨道远离第三轨道一侧的轨道上的病虫害情况，直至检测的轨道上存在病虫害情况，确定本次检测的轨道为边界轨道；

依次确定初始轨道四周的四条边界轨道；

确定边界轨道值初始轨道之间未检测的轨道数，依据预设的规则挑选出检测轨道，并进行病虫害情况检测；

将初始轨道、边界轨道和检测轨道的病虫害检测结果映射至软式轨道铺设图，形成分布图；

基于分布图，确定农田的病虫害情况的病虫害分析结果。

优选的，基于分布图，确定农田的病虫害情况，包括：

基于分布图构建第一标识向量；

获取预设的病虫害情况分析库，病虫害分析库中第二标识向量与病虫害区域图一一对应；

获取病虫害情况分析库中与第一标识向量的相似度最大的第二标识向量对应的病虫害区域图作为农田的病虫害情况的病虫害分析结果。

优选的，在移动小车还设置有病虫害干预设备；病虫害干预设备包括农药喷洒装置；

云平台还执行如下操作：

基于分布图，确定农药喷洒图，农药喷洒图中包括农药喷洒点及各个农药喷洒点的喷洒量；

农药喷洒点与分布图中病虫害的点位一一对应，农药喷洒量与点位上的病虫害的程度的曲线图上对应的值成正比。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种基于第一视角的农田智能远程监测系统的示意图；

图2为本发明实施例中一种移动采集设备的示意图；

图3为本发明实施例中一种土壤突入体的示意图；

图4为本发明实施例中一种移动小车底端面的示意图。

图中：

1、移动采集设备；2、云平台；3、控制终端；11、移动小车；12、移动机构；13、软式轨道；14、土壤突入体；15、第二伸缩机构；16、第一伸缩机构；17、第一转动机构；18、第一摄像头；19、第二摄像头；20、竖直导轨；21、第二转动机构；31、转动平台；32、第一水平导轨；33、第一滑块；34、第二水平导轨；35、第二滑块；41、本体；42、压力传感器；43、缓冲弹簧；44、开口腔体；45、微型电机；46、温湿度采集探头；47、锥形体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种基于第一视角的农田智能远程监测系统，如图1所示，包括：

移动采集设备1，用于在农田内移动并对农田内农作物从上至下进行图像采集；

云平台2，与移动采集设备1通讯连接，用于获取移动采集设备1采集的图像；基于图像对农作物的病虫害情况及生长情况进行分析，获得病虫害分析结果和生长分析结果；

控制终端3，与云平台2通讯连接，用于接收云平台2发送的病虫害分析结果及生长分析结果并显示。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

用户通过控制终端3登录云平台2，即可控制接入云平台2的移动采集设备1。采用移动采集设备1对农作物进行拍摄，移动采集设备1在农田里进行移动采集，相较于原先的监控杆的定点采集，更加接近农作物，不光可以采集农作物表面的图像；还可以采集农作物根、茎、叶的局部图像，使农作物的分析更为准确。可以实现多种病虫害的识别，并且可以从病虫害前期即可识别出病虫害的种类及位于农田内的具体区域，方便进行局部用药，实现针对性用药，降低了用药成本。

如图2所示，在一个实施例中，移动采集设备1包括：

移动小车11，底部设置移动机构12；

图像采集装置，设置在移动小车11上，用于对农田内农作物从上至下进行图像采集。

上述技术方案的工作原理及有益效果：

移动机构12带动移动小车11在农田内移动，在移动过程中图像采集装置进行农作物的图像采集，实现了农田内任意位置的农作物的图像采集，便于对农田的精细化管理。为了实现远程控制，移动小车11上还设置有无线通讯模块、控制器等用于智能控制的控制器件。控制器与无线通讯模块电连接，控制器控制移动机构12移动、图像采集装置的采集动作等。

在一个实施例中，图像采集装置包括：

第一伸缩机构16，一端与移动小车11的底端固定连接；

第一转动机构17，设置在第一伸缩机构16远离移动小车11的一端；

第一摄像头18，设置在第一转动机构17的转动端，第一摄像头18的拍摄方向与第一伸缩机构16的伸长方向呈一预设的角度。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

第一伸缩机构16伸缩实现了第一摄像头18的上下移动，第一转动机构17的转动实现了摄像头的水平方向的图像的转动采集；第一摄像头18主要用于对植物的贴近地面至移动小车11高度的部分进行图像采集。

在一个实施例中，图像采集装置还包括：

竖直导轨20，一端与移动小车11的上端面固定连接；

第二转动机构21，滑动设置在竖直导轨20上；

第二摄像头19，设置在第二转动机构21的转动端，第二摄像头19的拍摄方向与竖直导轨20的伸长方向呈一预设的角度。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

竖直导轨20实现了第二摄像头19的上下移动，第二转动机构21实现了第二摄像头19的水平方向的图像的转动采集；第二摄像头19主要用于对农作物的高于移动小车11的部分进行图像采集。

在一个实施例中，移动采集设备1还包括：

土壤采集机构，用于采集农作物下的土层参数。

优选的，土壤采集机构包括：

第二伸缩机构15，一端与移动小车11的底端固定连接；

土壤突入体14，固定设置在第二伸缩机构15的远离移动小车11的一端；

如图3所示，土壤突入体14包括：

本体41，一端与第二伸缩机构15固定连接，另一端设置有开口腔体44；

微型电机45，设置在开口腔体44内，在微型电机45与开口腔体44的底端之间设置有缓冲弹簧43；

锥形体47，设置在微型电机45远离开口腔体44的一端，并与微型电机45传动连接，锥形体47的底面大小与本体41的水平截面的大小相等；

温湿度采集探头46，设置在微型电机45外侧；

压力传感器42，设置在缓冲弹簧43与开口腔体44之间，用于检测缓冲弹簧43对于开口腔体44内壁的压力。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

第二伸缩机构15伸缩，使锥形体47贴近农作物附近的地面；启动微型电机45，微型电机45转动带动锥形体47钻入地下，锥形体47的结构设计降低了钻地难度，锥形体47底面大小与本体41的水平截面的大小相等，实现了本体41可以突入地面之下，实现较深部位的土壤参数的获取。温湿度采集探头46设置在微型电机45外侧，其位于锥形体47底面与本体41形成的凹槽内，能够减少土壤对温湿度采集探头46的压力及旋转时的摩擦，延长了温湿度采集探头46的寿命；更进一步，在锥形体47表面设置有螺纹，螺纹在锥形体47钻地时将土壤往外侧压，提高了钻地效率。此外，压力传感器42检测缓冲弹簧43对于开口腔体44内壁的压力，当压力大于预设的阈值时，停止钻地；即当锥形体47钻地时遇到砖头、砂石时，停止钻地，以避免土壤突入体14的损坏。

在一个实施例中，基于第一视角的农田智能远程监测系统，还包括：

软式轨道13，铺设在农田内，用于移动采集设备1的移动。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

软式轨道13为事先铺设在农田内，移动采集设备1的移动机构12在其上移动，一方面起到辅助移动的作用；另一方面实现移动采集设备1的定位；根据软式轨道13铺设的位置，移动采集设备1在轨道上移动的距离，即可实现定位。更进一步，移动机构12也可包括伸缩结构，实现移动小车11高度的可调，以应对农作物不同的生长阶段的高度。

如图4所示，在一个实施例中，移动小车11底端设置有转动平台31；在转动平台31上设置有第一水平导轨32，第一水平导轨32上设置有第一滑块33，第一伸缩机构16固定设置在第一滑块33上；在转动平台31上设置有第二水平导轨34，第二水平导轨34上设置有第二滑块35，第二伸缩机构15固定设置在第二滑块35上；第一水平导轨32与第二水平导轨34以转动平台31的圆心对称设置。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

移动机构12将移动小车11移动到农作物上方，使农作物的茎秆位于转动平台31的中心，控制第一水平导轨32将第一滑块33移动到预设位置，使第一摄像头18距离茎秆的位置到达理想距离，例如10cm至30cm之间；转动平台31转动的同时第一转动机构17转动，使第一摄像头18始终对准农作物，实现了农作物周界扫描，以实现对农作物的情况的全面分析，防止叶片遮挡的背面的病虫害情况的遗漏拍摄。通过转动平台31转动可以实现农作物周围土壤的多点检测，提高了土壤检测的准确。这个功能主要用于农作物高度还未达到移动小车11的高度时，当然，移动机构12为伸缩时，可以是实现绝大多数农作物的此种方式的检测。

在一个实施例中，云平台2执行如下操作：

获取软式轨道13铺设图；

控制移动采集设备1在任意一条的软式轨道13上行进并采集图像；将该条软式轨道13作为初始轨道；

基于采集图像分析是否存在病虫害；

当分析出存在病虫害时，基于病虫害的程度做成曲线图，确定曲线图中的峰值点对应的软式轨道13铺设图中的第一点位；确定曲线图中位于峰值点两侧且距离峰值点最近的代表无病虫害的采样点对应的软式轨道13铺设图中的第二点位和第三点位；

确定待检测区域占据软式轨道13铺设图中软式轨道13的编号及对应编号的软式轨道13上的点位矩阵；

任意提取位于初始轨道一个方位的且位于待检测区域边界两侧的软式轨道13作为第二次和第三次移动采集设备1移动的第二轨道和第三轨道；第二轨道较第三轨道靠近初始轨道；

依次确定初始轨道四周的四条边界轨道；

将初始轨道、边界轨道和检测轨道的病虫害检测结果映射至软式轨道13铺设图，形成分布图；

基于分布图，确定农田的病虫害情况的病虫害分析结果。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

在检测时并不知道农田内哪个地方存在病虫害，因此采用任选一条软式轨道13进行检测，当检测没有时，可以采用间隔抽查的方式更换初始轨道。当初始轨道上存在病虫害时，基于病虫害的程度做成曲线图，确定曲线图中的峰值点对应的软式轨道13铺设图中的第一点位；第一点位一般为病虫害的发生点，以该点向外发散；因此采用本实施例中的方式，实现病虫害边界的确定；当然因为检测轨道的铺设，无法做到完全绘制区域图；只能基于检测结果做成分布图；分布图主要以轨道上各个点位为检测点；然后对分布图分析，确定出最后的区域图；即根据历史数据的区域图对应的分布图与当前分布图进行匹配，进而确定出区域图，实现了病虫害区域的准确确定。为了实现高效的检测，根据间距可以采用间隔测量的模式，即在四条边界轨道内，间隔测量一些轨道，其他未测量的轨道可以根据两侧测量的轨道上的点位矩阵及对应点位矩阵的病虫害程度，还有事先确定待检测区域占据软式轨道铺设图中软式轨道的编号及对应编号的软式轨道上的点位矩阵，进行加权，预测出未测量的轨道上的点位数据。

在一个实施例中，基于分布图，确定农田的病虫害情况，包括：

基于分布图构建第一标识向量；

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

病虫害情况分析库为事先经过大量检测数据构建；即在历史数据时，进行病虫害区域图和分布图的同步检测并将其关联形成；第一标识向量和第二标识向量中的参数主要为分布图内的采样点的个数、各个采样点的病虫害程度等。

在一个实施例中，在移动小车11还设置有病虫害干预设备；病虫害干预设备包括农药喷洒装置；

云平台2还执行如下操作：

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

将分布图中病虫害的点位作为农药喷洒点，将农药喷洒量与点位上的病虫害的程度的曲线图上对应的值进行关联，实现精准的干预，降低农药使用成本。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种基于第一视角的农田智能远程监测系统，其特征在于，包括：

移动采集设备（1），用于在农田内移动并对农田内农作物从上至下进行图像采集；

云平台（2），与所述移动采集设备（1）通讯连接，用于获取所述移动采集设备（1）采集的图像；基于所述图像对所述农作物的病虫害情况及生长情况进行分析，获得病虫害分析结果和生长分析结果；

控制终端（3），与所述云平台（2）通讯连接，用于接收所述云平台（2）发送的所述病虫害分析结果及生长分析结果并显示；

软式轨道（13），铺设在农田内，用于移动采集设备（1）的移动；

所述云平台（2）执行如下操作：

获取软式轨道（13）铺设图；

控制所述移动采集设备（1）在任意一条的软式轨道（13）上行进并采集图像；将该条软式轨道（13）作为初始轨道；

基于所述采集图像分析是否存在病虫害；

当分析出存在病虫害时，基于病虫害的程度做成曲线图，确定曲线图中的峰值点对应的所述软式轨道（13）铺设图中的第一点位；确定所述曲线图中位于所述峰值点两侧且距离所述峰值点最近的代表无病虫害的采样点对应的所述软式轨道（13）铺设图中的第二点位和第三点位；

以所述第一点位为中心以所述第一点为至所述第二点位和所述第三点位中较远的点的距离作为半径作一个圆，确定待检测区域；

确定所述待检测区域占据所述软式轨道（13）铺设图中软式轨道（13）的编号及对应编号的软式轨道（13）上的点位矩阵；

任意提取位于所述初始轨道一个方位的且位于所述待检测区域边界两侧的软式轨道（13）作为第二次和第三次所述移动采集设备（1）移动的第二轨道和第三轨道；所述第二轨道较所述第三轨道靠近所述初始轨道；

当所述第三轨道上不存在病虫害情况且第二轨道上存在病虫害情况时，基于对应所述第二轨道的曲线图，确定所述第二轨道为边界轨道；

当所述第三轨道和所述第二轨道上都存在病虫害情况时，继续依次检测所述第三轨道远离所述第二轨道一侧的轨道上的病虫害情况，直至检测的轨道上无病虫害情况，确定上一次检测的轨道为所述边界轨道；

当所述第三轨道和所述第二轨道上都不存在病虫害情况时，继续依次检测所述第二轨道远离所述第三轨道一侧的轨道上的病虫害情况，直至检测的轨道上存在病虫害情况，确定本次检测的轨道为所述边界轨道；

依次确定所述初始轨道四周的四条边界轨道；

确定所述边界轨道值所述初始轨道之间未检测的轨道数，依据预设的规则挑选出检测轨道，并进行病虫害情况检测；

将所述初始轨道、所述边界轨道和所述检测轨道的病虫害检测结果映射至所述软式轨道（13）铺设图，形成分布图；

基于所述分布图，确定农田的病虫害情况的病虫害分析结果。

2.如权利要求1所述的基于第一视角的农田智能远程监测系统，其特征在于，所述移动采集设备（1）包括：

移动小车（11），底部设置移动机构（12）；

图像采集装置，设置在所述移动小车（11）上，用于对农田内农作物从上至下进行图像采集。

3.如权利要求2所述的基于第一视角的农田智能远程监测系统，其特征在于，所述图像采集装置包括：

第一伸缩机构（16），一端与所述移动小车（11）的底端固定连接；

第一转动机构（17），设置在所述第一伸缩机构（16）远离所述移动小车（11）的一端；

第一摄像头（18），设置在所述第一转动机构（17）的转动端，所述第一摄像头（18）的拍摄方向与所述第一伸缩机构（16）的伸长方向呈一预设的角度。

4.如权利要求3所述的基于第一视角的农田智能远程监测系统，其特征在于，所述图像采集装置还包括：

竖直导轨（20），一端与所述移动小车（11）的上端面固定连接；

第二转动机构（21），滑动设置在所述竖直导轨（20）上；

第二摄像头（19），设置在所述第二转动机构（21）的转动端，所述第二摄像头（19）的拍摄方向与所述竖直导轨（20）的伸长方向呈一预设的角度。

5.如权利要求2所述的基于第一视角的农田智能远程监测系统，其特征在于，所述移动采集设备（1）还包括：

土壤采集机构，用于采集农作物下的土层参数。

6.如权利要求5所述的基于第一视角的农田智能远程监测系统，其特征在于，所述土壤采集机构包括：

第二伸缩机构（15），一端与所述移动小车（11）的底端固定连接；

土壤突入体（14），固定设置在所述第二伸缩机构（15）的远离所述移动小车（11）的一端；

所述土壤突入体（14）包括：

本体（41），一端与所述第二伸缩机构（15）固定连接，另一端设置有开口腔体（44）；

微型电机（45），设置在所述开口腔体（44）内，在所述微型电机（45）与所述开口腔体（44）的底端之间设置有缓冲弹簧（43）；

锥形体（47），设置在所述微型电机（45）远离所述开口腔体（44）的一端，并与所述微型电机（45）传动连接，所述锥形体（47）的底面大小与所述本体（41）的水平截面的大小相等；

温湿度采集探头（46），设置在所述微型电机（45）外侧；

压力传感器（42），设置在所述缓冲弹簧（43）与所述开口腔体（44）之间，用于检测缓冲弹簧（43）对于所述开口腔体（44）内壁的压力。

7.如权利要求1所述的基于第一视角的农田智能远程监测系统，其特征在于，所述基于所述分布图，确定农田的病虫害情况，包括：

基于所述分布图构建第一标识向量；

获取预设的病虫害情况分析库，所述病虫害分析库中第二标识向量与病虫害区域图一一对应；

获取所述病虫害情况分析库中与所述第一标识向量的相似度最大的所述第二标识向量对应的所述病虫害区域图作为农田的病虫害情况的病虫害分析结果。

8.如权利要求7所述的基于第一视角的农田智能远程监测系统，其特征在于，在移动小车（11）还设置有病虫害干预设备；所述病虫害干预设备包括农药喷洒装置；

所述云平台（2）还执行如下操作：

基于所述分布图，确定农药喷洒图，所述农药喷洒图中包括农药喷洒点及各个农药喷洒点的喷洒量；

所述农药喷洒点与所述分布图中病虫害的点位一一对应，所述农药喷洒量与所述点位上的病虫害的程度的曲线图上对应的值成正比。