CN114035485A - 基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智慧农业技术领域，具体涉及一种基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，包括田间虫害自动监控终端和服务器，田间虫害自动监控终端包括行走机构和位于行走机构上部的机架，在机架上安装有摄像头、控制器、机械臂、真空输送管和收集箱，摄像头用于采集枸杞植株的图片并将采集的图片传给服务器，服务器用于对图片进行识别并分析枸杞植株的病害情况，机械臂的前端设置有剪刀手，机械臂和剪刀手分别根据控制器的控制进行动作，对枝叶进行剪切，真空输送管用于将剪切下来的枝叶输送进收集箱。通过本系统可以自动监测枸杞植株的病害情况，并针对性的收集病害样本。本发明还提供了一种基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控方法。

Description

基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统及方法

技术领域

本发明涉及智慧农业技术领域，具体为一种基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统及方法。

背景技术

枸杞是一种种植非常广泛的经济作物，其食用和药用价值都非常大。在枸杞的种植中，无论是育苗阶段还是定植阶段，病害的防治都十分重要。目前，枸杞的病害监控还主要停留在人工监控阶段，即工人定期的在田间查看枸杞植株的病害情况，根据出现的病害人工喷洒农药，这样的监控方式存在的问题是：工作效率低，且对人员的专业经验要求高，人力成本高，监测准确性差，即可能存在误判的情况。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，以自动监测枸杞植株的病害情况，并针对性的收集病害样本供进一步分析。

基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，包括田间虫害自动监控终端和服务器，所述田间虫害自动监控终端包括行走机构和位于行走机构上部的机架，在所述机架上安装有摄像头、控制器、机械臂、真空输送管和收集箱，所述摄像头用于采集枸杞植株的图片并将采集的图片传给服务器，所述服务器，用于对图片进行识别并分析枸杞植株的病害情况，根据病害情况向控制器发送控制指令，所述机械臂的前端设置有剪刀手，所述的机械臂和剪刀手分别根据控制器的控制进行动作，对存在病害的枸杞植株的枝叶进行剪切，所述的真空输送管，用于将剪切下来的枝叶输送进收集箱。

本发明的有益效果在于：1、通过设计的田间虫害自动监控终端，在田间自动行走，并通过摄像头自动采集枸杞植株的图片，服务器通过对枸杞植株图片进行识别，并分析枸杞植株的病害情况，即分析该植株是否存在病害，若存在病害，是属于哪种病害以及病害的严重程度等，进而实现枸杞植株病害的自动监控，监控效率高，无需经验丰富的专家也可完成监控，降低人力成本，且通过服务器自动分析，提高分析的准确性；2、若存在病害，则服务器会向控制器发送控制指令，控制器进而控制机械臂和剪刀手动作，从而将病害部位的枝叶剪切下来，送入收集箱，实现病害枝叶的收集，以为后续通过该枝叶进一步分析病害情况；3、采用本终端，可以实现每个植株病害的监控和分析，进而可以针对每个植株实施不同的病害防止措施，而且通过分析每个植株的病害情况，进而生成整个田间整体的病害分析情况，为田间整体病害防治提供依据，这是靠人工监测无法做到的。

进一步，为了实现机械臂的三维运动，以便机械臂能够运动到植株的各个部位捕捉到病害位置，所述的机械臂包括第一旋转台，位于第一旋转台上部可升降的第一伸缩气缸和位于第一伸缩气缸前端水平设置的第二伸缩气缸。

进一步，为了实现对病害枝叶的高效剪切，且不使枝叶扯断进而影响剩余枝叶生长，所述的剪刀手包括固定设置在第二伸缩气缸前端的第一剪刀臂，以及中部与第一剪刀臂铰接的第二剪刀臂，第二剪刀臂的后端与一旋转气缸的活塞杆连接。

进一步，所述的收集箱位于摄像头的一侧为透明板，所述的摄像头安装在第二旋转台上，所述的摄像头在第二旋转台上旋转后可采集收集箱内枝叶的图片，并将采集的图片传给服务器。采用本方案的目的在于：摄像头初步采集整个植株的图片，服务器对整个植株的图片进行识别并分析，可能存在识别不准确的情况，因此通过摄像头再次采集收集箱内的枝叶的图片，服务器进一步针对该图片进行识别并分析，一方面避免初步采集图片识别分析不准确的问题，另外一方面通过进一步采集的枝叶图片进行识别分析，可以验证或者修正初次的识别和分析结果，从而生成更准确的病害情况。

进一步，所述的病害情况包括植株病害位置，病害种类以及病害程度，所述控制器根据植株病害位置控制机械臂和剪刀手的动作。病害情况包括植株病害位置，以便控制器能根据植株病害位置控制机械臂和剪刀手的动作，通过对图片的识别可以识别出病害种类以及病害程度，从而针对性的分析出病害情况，生成病害防治措施。

进一步，为了测得田间的湿度、光照度和风速，在所述机架上还设置有湿度传感器、光照度传感器和风速传感器，湿度传感器、光照度传感器和风速传感器均与控制器连接。

本发明的目的之二在于提供一种基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控方法，包括如下步骤：

通过田间虫害自动监控终端上的摄像头采集枸杞植株的图片，并将图片传给服务器；

通过服务器，对图片进行识别并分析枸杞植株的病害情况，服务器根据病害情况向控制器发送控制指令；

控制器根据控制指令，控制机械臂运动到植株病害部位，并控制剪刀手对存在病害的枸杞植株的枝叶进行剪切；

剪切的枝叶通过真空输送管输送进收集箱。

本方法的有益效果在于：1、通过设计的田间虫害自动监控终端上的摄像头自动采集枸杞植株的图片，服务器通过对枸杞植株图片进行识别，并分析枸杞植株的病害情况，即分析该植株是否存在病害，若存在病害，是属于哪种病害以及病害的严重程度等，进而实现枸杞植株病害的自动监控，监控效率高，无需经验丰富的专家也可完成监控，降低人力成本，且通过服务器自动分析，提高分析的准确性；2、若存在病害，则服务器会向控制器发送控制指令，控制器进而控制机械臂和剪刀手动作，从而将病害部位的枝叶剪切下来，送入收集箱，实现病害枝叶的收集，以为后续通过该枝叶进一步分析病害情况；3、可以实现每个植株病害的监控和分析，进而可以针对每个植株实施不同的病害防止措施，而且通过分析每个植株的病害情况，进而生成整个田间整体的病害分析情况，为田间整体病害防治提供依据，这是靠人工监测无法做到的。

进一步，基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控方法，还包括如下步骤：

剪切的枝叶送入收集箱后，控制器控制第二旋转台旋转，第二旋转台带动摄像头旋转至收集箱透明板一侧，采集送入收集箱内的枝叶的图片，并将图片传给服务器，所述服务器对收集箱内枝叶的图片进行识别并分析该枝叶的病害情况。

摄像头初步采集整个植株的图片，服务器对整个植株的图片进行识别并分析，可能存在识别不准确的情况，因此通过摄像头再次采集收集箱内的枝叶的图片，服务器进一步针对该图片进行识别并分析，可以验证或者修正初次的识别和分析结果，从而生成更准确的病害情况。

附图说明

图1为本发明基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控方法实施例一的流程图；

图2为田间虫害自动监控终端的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：行走机构100、机架200、摄像头300、机械臂400、收集箱201、剪刀手500。

实施例一

基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，包括田间虫害自动监控终端和服务器，所述田间虫害自动监控终端(如图2所示)包括行走机构100和位于行走机构100上部的机架200(在本实施例中机架是一个升降装置，即为剪刀升降机)，在所述机架200上安装有摄像头300、控制器、机械臂400、真空输送管和收集箱201，在所述机架200上还设置有湿度传感器、光照度传感器和风速传感器，湿度传感器、光照度传感器和风速传感器均与控制器连接。

本实施例中，行走机构100包括行走轮和底盘，行走轮通过电机驱动，电机通过控制器控制，本实施例中，在服务器中事先规划有某田间的行走轨迹，服务器将该规划好的行走轨迹信息下发给控制器，控制器根据该行走轨迹信息控制电机驱动行走轮行走、转向、停止或者掉头等一系列动作。

所述摄像头300用于采集枸杞植株的图片并将采集的图片传给服务器，所述服务器，用于对图片进行识别并分析枸杞植株的病害情况(具体的识别逻辑为，预先对一神经网络识别模型进行训练，即将相应的病害的图片和结论输入到神经网络识别模型中进行训练，完成后即能够对相应的图片进行分析识别，获得枸杞植株的病害情况，此项技术为神经网络模型的基础应用，在此不再赘述)，根据病害情况向控制器发送控制指令，本实施例所述的病害情况包括植株病害位置，病害种类以及病害程度，本实施例的服务器采用云端大数据的存储方式，存储有枸杞植株各个阶段的病害种类，以及各个病害种类的病害程度划分情况，服务器根据图片识别结果以及存储的数据，分析出当前植株的病害种类以及病害程度。

所述机械臂400的前端设置有剪刀手500，所述的机械臂400和剪刀手500分别根据控制器的控制进行动作，更具体的是所述控制器根据植株病害位置控制机械臂400和剪刀手500的动作，对存在病害的枸杞植株的枝叶进行剪切，所述的真空输送管，用于将剪切下来的枝叶输送进收集箱201。本实施例中，真空输送管采用真空泵，真空泵通过控制器控制。

本实施例中，所述的机械臂400包括第一旋转台，位于第一旋转台上部可升降的第一伸缩气缸和位于第一伸缩气缸前端水平设置的第二伸缩气缸。所述的剪刀手500包括固定设置在第二伸缩气缸前端的第一剪刀臂，以及中部与第一剪刀臂铰接的第二剪刀臂，第二剪刀臂的后端与一旋转气缸的活塞杆连接。所述的第一旋转台、第一伸缩气缸、第二伸缩气缸和旋转气缸均通过控制器控制相应动作，这属于现有技术，在此不再赘述。

所述的收集箱201位于摄像头300的一侧为透明板，所述的摄像头300安装在第二旋转台上，所述的摄像头300在第二旋转台上旋转后可采集收集箱201内枝叶的图片，并将采集的图片传给服务器。

如附图1所示，本实施例还公开一种基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控方法，包括如下步骤：

通过田间虫害自动监控终端上的摄像头300采集枸杞植株的图片，并将图片传给服务器；

通过服务器，对图片进行识别并分析枸杞植株的病害情况，服务器根据病害情况向控制器发送控制指令；

控制器根据控制指令，控制机械臂400运动到植株病害部位，并控制剪刀手500对存在病害的枸杞植株的枝叶进行剪切；

剪切的枝叶通过真空输送管输送进收集箱201；

剪切的枝叶送入收集箱201后，控制器控制第二旋转台旋转，第二旋转台带动摄像头300旋转至收集箱201透明板一侧，采集送入收集箱201内的枝叶的图片，并将图片传给服务器，所述服务器对收集箱201内枝叶的图片进行识别并分析该枝叶的病害情况。

实施例二

本实施例中，与实施例一不同之处在于：

所述服务器，还包括标记模块，通过标记模块，对每个植株病害部位剪切下来的枝叶的图片进行标记，从而在完成整个田间各个植株图片采集后，能够对每个存在病害的植株进行识别，对每个存在病害的植株的病害部位、病害种类和病害程度均能够分别予以标记存储，所述服务器，还用于根据每个病害植株的病害情况生成田间整体病害情况，以及生成整个田间以及严重病害植株的病害防治措施。

实施例三

在本实施例中，与实施例一和实施例二不同之处在于：

若服务器识别的植株图片不存在病害，但存在疑似病害，则分析出疑似病害位置，并将控制指令发送至控制器，所述控制器根据疑似病害位置的控制指令控制机械臂400运动到疑似病害位置，通过控制剪刀手500的动作将疑似病害位置周围的枝叶拨开，通过摄像头300再次采集疑似病害位置的图片，并将该图片传给服务器，服务器进一步针对该图片进行精准病害分析。

实施例四

与实施例三相比，不同之处仅在于：若服务器识别的植株正处于花期(即图片中存在花朵)则生成协助授粉信号，控制器接收到协助授粉信号后，控制器控制机械臂400移动并且通过剪刀手500的动作夹持枝叶移动至真空输送管的入口处，使得被夹持的枝叶、真空泵的出口处成为一条直线朝向临近的一棵树，并且控制真空泵反转，使得真空输送管向外排气，并且在预设时间后机架下降。完成上述动作后真空泵正向转动，完成病害枝叶的收集。

枸杞的花是两性花，就是雌雄蕊在一朵花里面。通过让被夹持的枝叶移动，能够促进同株自花、同株异花的授粉(枝叶移动过程中会有震动的情况)。然后通过真空泵的动作，能够实现异株之间的授粉，保证座果率。而且此部分的枝叶后续会被裁剪，这样的方式能够提高枝叶的利用率，保证其他花的授粉率和座果率。

真空泵反转，使得真空输送管向外排气这个过程中，由于持续的工作真空泵的温度会升高，使得排出的气体温度也逐渐升高。此时机架下降，带动整体向下移动，能够使得枸杞植株底部的花粉从花蕊中被吹出来，由于此时的温度较高，热空气会向上运动，能够使得位于较低位置的花粉能够更好的运动到相邻的枸杞植株上，避免花粉直接掉落在地上造成的浪费。提升授粉率和座果率。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，其特征在于：包括田间虫害自动监控终端和服务器，所述田间虫害自动监控终端包括行走机构和位于行走机构上部的机架，在所述机架上安装有摄像头、控制器、机械臂、真空输送管和收集箱，所述摄像头用于采集枸杞植株的图片并将采集的图片传给服务器，所述服务器，用于对图片进行识别并分析枸杞植株的病害情况，根据病害情况向控制器发送控制指令，所述机械臂的前端设置有剪刀手，所述的机械臂和剪刀手分别根据控制器的控制进行动作，对存在病害的枸杞植株的枝叶进行剪切，所述的真空输送管，用于将剪切下来的枝叶输送进收集箱。

2.根据权利要求1所述的基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，其特征在于：所述的机械臂包括第一旋转台，位于第一旋转台上部可升降的第一伸缩气缸和位于第一伸缩气缸前端水平设置的第二伸缩气缸。

3.根据权利要求2所述的基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，其特征在于：所述的剪刀手包括固定设置在第二伸缩气缸前端的第一剪刀臂，以及中部与第一剪刀臂铰接的第二剪刀臂，第二剪刀臂的后端与一旋转气缸的活塞杆连接。

4.根据权利要求1所述的基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，其特征在于：所述的收集箱位于摄像头的一侧为透明板，所述的摄像头安装在第二旋转台上，所述的摄像头在第二旋转台上旋转后可采集收集箱内枝叶的图片，并将采集的图片传给服务器。

5.根据权利要求1或4所述的基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，其特征在于：所述的病害情况包括植株病害位置，病害种类以及病害程度，所述控制器根据植株病害位置控制机械臂和剪刀手的动作。

6.根据权利要求1所述的基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控系统，其特征在于：在所述机架上还设置有湿度传感器、光照度传感器和风速传感器，湿度传感器、光照度传感器和风速传感器均与控制器连接。

7.基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过田间虫害自动监控终端上的摄像头采集枸杞植株的图片，并将图片传给服务器；

通过服务器，对图片进行识别并分析枸杞植株的病害情况，服务器根据病害情况向控制器发送控制指令；

控制器根据控制指令，控制机械臂运动到植株病害部位，并控制剪刀手对存在病害的枸杞植株的枝叶进行剪切；

剪切的枝叶通过真空输送管输送进收集箱。

8.根据权利要求7所述的基于物联网和云端大数据的枸杞智能监控方法，其特征在于，还包括如下步骤：

剪切的枝叶送入收集箱后，控制器控制第二旋转台旋转，第二旋转台带动摄像头旋转至收集箱透明板一侧，采集送入收集箱内的枝叶的图片，并将图片传给服务器，所述服务器对收集箱内枝叶的图片进行识别并分析该枝叶的病害情况。

Images