CN114047305B - 一种温室大棚气体浓度三维立体测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温室大棚气体浓度三维立体测量系统和方法，所述测量系统包括控制终端、移动气体浓度测量装置、轨道、高度移动装置，控制终端包括空间测量位置规划单元，用于获取测量需求，规划气体浓度测量的目标位置和目标高度的序列，形成测量点位控制信息，轨道用于承载移动气体测量装置，高度移动装置用于根据测量点位控制信息，调整移动气体浓度测量装置的高度至目标高度；移动气体浓度测量装置用于移动至具体的目标位置，并在具体的目标位置和目标高度进行气体浓度的测量和数据采集，并通过无线通信模块将气体浓度数据发送给控制终端。本发明的系统和方法，能够自动便捷地实现温室大棚气体浓度三维立体测量。

Description

一种温室大棚气体浓度三维立体测量系统和方法

技术领域

本发明涉及现代自动化农业技术，特别是涉及到农业种植中的自动化环境监测技术。

背景技术

现有技术中，温室大棚使用的气体浓度测量装置如图1所示，其由气体传感器、数据采集模块、无线通信模块、控制模块组成，通过输电线供电。更具体地，如图2所示，温室大棚气体浓度测量装置主要有两种布置方式，第一种，将气体浓度测量装置悬挂在温室大棚钢架上，如气体浓度测量装置1和4。第二种将气体浓度测量装置放置在温室大棚地面，如气体浓度测量装置2和3。再通过重复上述两种布置方式，在温室大棚内多个位置布置气体浓度测量装置。最后，如图3所示，每个测量点位的气体浓度测量装置，将数据通过无线通信模块传输到后台终端，实现温室大棚气体浓度测量和实时显示。

结合图1、图2、图3可知，因为温室大棚面积较大，在需要进行多个点位的气体浓度测量时，需要布置相对应数量的气体浓度测量装置，这样的成本较高。

其次在地面上布置大量气体浓度测量装置，不利于进行生产作业活动。同时布置大量气体浓度测量装置会产生较大的能耗，不利于节能环保。

再次，布置在地面的气体浓度测量装置由于处于地面，易潮湿，影响气体浓度测量装置的使用寿命。同时无法根据需要测量不同高度的气体浓度分布情况。

一些现有技术中，例如公开号为CN205280706U的实用新型申请，其采用地面固定轨道的方式测量气体浓度，因此气体浓度测量装置及其附属设施由于处于地面而难以布置、易潮湿和影响使用寿命。再例如公开号为CN206557198U的实用新型申请，其属于不同的技术领域，并非用于温室大棚中，而且采用氢气球来携带传感器，并不能测量具体目标位置的气体浓度，而只能进行传感器高度调整。再例如公开号为CN105301190A的发明申请，其同样是地面设施，相对于轨道而言其定位精度更低。

发明内容

为了解决现有技术中因为温室大棚面积较大，在需要进行多个点位的气体浓度测量时，需要布置相对应数量的气体浓度测量装置，这样的成本较高。而且在地面或温室大棚钢架上布置大量气体浓度测量装置，不利于进行生产作业活动、同时布置大量气体浓度测量装置会产生较大的能耗。不利于节能环保；另外，布置在地面的气体浓度测量装置由于处于地面，易潮湿，影响气体浓度测量装置的使用寿命。同时无法根据需要测量不同高度的气体浓度分布情况等等技术问题，本发明提出了一种温室大棚气体浓度三维立体测量方法和系统，能够利用少量测量装置快速、准确地实现温室大棚内的气体浓度测量。

为了实现这一目标，本发明采取了如下的技术方案。

一种温室大棚气体浓度三维立体测量系统，所述测量系统包括控制终端、移动气体浓度测量装置、轨道和高度移动装置，其中，

控制终端可以是例如电脑、手机等具有处理能力和无线通信能力的终端，操作人员对于控制终端进行操作，例如输入测量条件和指令等。

所述控制终端包括空间测量位置规划单元，用于获取测量需求，并根据测量需求规划气体浓度测量的目标位置和目标高度的序列，形成测量点位控制信息；控制终端将测量点位控制信息通过无线通信方式传输给移动气体浓度测量装置和高度移动装置；

轨道用于承载移动气体浓度测量装置，高度移动装置用于根据测量点位控制信息，调整移动气体浓度测量装置的位置至目标位置；

移动气体浓度测量装置包括气体传感器、数据采集模块、无线通信模块、第一控制模块和移动载体，用于移动至目标位置处，在具体的目标位置和目标高度进行气体浓度的测量和数据采集，并通过无线通信模块将气体浓度数据发送给控制终端。

本实施例中，所述气体传感器用于测量气体浓度，但是本发明也可用于其它的需要进行三维测量的传感器，例如需要进行三维测量的温度传感器、风速等。所述数据采集单元包括采集卡、滤波器等。所述移动载体用于搭载移动气体浓度测量装置的其他单元，并根据第一控制模块的控制在轨道上行走。

本实施例中，所述三维立体测量系统用于温室大棚气体浓度测量，但是本发明也可用于其它的封闭农业生产或养殖环境，例如植物工厂、畜舍等。

另外，在本发明具体实施方式中，所述控制终端还包括数据库和气体浓度三维分布显示单元，用于存储气体浓度数据，并利用三维分布方式显示测量的气体浓度数据。

另外，所述测量系统还包括智能充电装置，所述智能充电装置被设置于轨道的预定位置，包括电源输入接口、电源输出接口、电量读取模块、电源控制模块，用于对移动气体浓度测量装置进行充电处理。

另外，所述轨道悬挂在温室大棚的顶部，所述高度移动装置包括滑轮、传动链条、可移动轨道和高度移动控制系统，所述滑轮通过传动链条连接可移动轨道的顶部，高度控制系统驱动所述滑轮的旋转，其中，

高度移动控制系统包括第二控制模块、驱动模块、步进电机和电源模块，高度移动控制系统用于驱动滑轮旋转，调整可移动轨道的高度。

本发明还包括一种温室大棚气体浓度三维立体测量方法，所述方法包括步骤：

A、获取测量需求，规划气体浓度测量的目标位置和目标高度的序列，形成测量点位控制信息；

B、将测量点位控制信息通过无线通信方式传输给移动气体浓度测量装置和高度移动装置；

C、移动气体浓度测量装置按照所述序列移动至目标位置，且高度调整装置调整移动气体浓度测量装置的高度至目标高度，进行气体浓度的测量和数据采集；

D、将气体浓度数据通过无线通信方式发送给终端系统，进行气体浓度数据的存储和处理。

另外，所述方法按照序列依次进行气体浓度的测量和数据采集后，进一步包括：

C1、移动气体浓度测量装置自动移动至智能充电装置处，智能充电装置对所述气体浓度测量装置进行充电。

本发明所具有的技术效果包括如下。

1，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统布置在温室大棚上方，受到湿度影响小，传感器使用寿命长。

2，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统只需要一组传感器就可实现温室大棚的三维立体气体浓度分布的测量，降低了成本，同时更换传感器方便。

3，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统功耗小，该系统可以定时自动完成测量任务，没有任务时处于休眠状态，耗能小，且完成自动充电。

4，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统布置在温室大棚上方，不影响平时生产作业活动。

5，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统只需要提前设定测量位置，系统就可自动完成所有动作。智能化程度高，操作简单。

6，另外，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统，不仅可以搭载气体传感器，同时也可以搭载其他非气体传感器。

7，另外，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统可以实现感知温室大棚气体的三维立体分布情况，对用户友好。

8，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统和方法能够实现测量路径的优化，节约了能耗和时间。

附图说明

图1为根据现有技术中一种气体浓度测量装置的整体结构示意图。

图2为根据现有技术中对温室大棚内的气体进行浓度测量的测量装置点位设置示意图。

图3为根据现有技术中对温室大棚内的气体进行浓度测量的测量装置点位设置示意图。

图4为根据本发明具体实施方式的温室大棚气体浓度三维立体测量系统的整体结构示意图。

图5为根据本发明具体实施方式的温室大棚气体浓度三维立体测量系统的一种轨道的结构示意图。

图6为根据本发明具体实施方式的温室大棚气体浓度三维立体测量系统的高度移动装置的结构示意图。

图7为根据本发明具体实施方式的温室大棚气体浓度三维立体测量系统的智能充电装置的结构示意图。

图8为根据本发明具体实施方式的温室大棚气体浓度三维立体测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。

然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、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。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解（例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等）。

图4为根据本发明具体实施方式的温室大棚气体浓度三维立体测量系统的整体结构示意图。如图所示，本发明具体实施方式中包括一种温室大棚气体浓度三维立体测量系统，所述测量系统包括控制终端、移动气体浓度测量装置、轨道和高度移动装置，其中，

控制终端可以是例如电脑、手机等具有处理能力和无线通信能力的终端，操作人员对于控制终端进行远程的测量操作，例如输入测量条件和指令等，也可以通过控制终端读取数据信息和三维显示结果。

所述控制终端包括空间测量位置规划单元，用于获取测量需求，并根据测量需求规划气体浓度测量的目标位置和目标高度的序列，形成测量点位控制信息；控制终端将测量点位控制信息通过无线通信方式传输给移动气体浓度测量装置和高度移动装置，所述移动气体浓度测量装置和高度移动装置之间也可以相互实现通信；

轨道用于承载移动气体浓度测量装置，高度移动装置用于根据测量点位控制信息，调整移动气体浓度测量装置的位置和高度至目标位置和目标高度；

移动气体浓度测量装置包括气体传感器、数据采集模块、无线通信模块、第一控制模块和移动载体，用于自动移动至目标位置处，并在具体的目标位置和目标高度进行气体浓度的测量和数据采集，并通过无线通信模块将气体浓度数据发送给控制终端。

本实施例中，所述气体传感器用于测量气体浓度，但是本发明也可根据不同的需要进行三维测量的物理量传感器，例如需要进行三维测量的温度传感器等。所述数据采集单元包括采集卡、滤波器等元件。所述移动载体用于搭载移动气体浓度测量装置的其他单元，并根据第一控制模块的控制指令在轨道上行走。

另外，在本发明具体实施方式中，图7为根据本发明具体实施方式的温室大棚气体浓度三维立体测量系统的智能充电装置的结构示意图。如图所示，所述温室大棚气体浓度三维立体测量系统还包括智能充电装置，所述智能充电装置被设置于轨道的预定位置，包括电源输入接口、电源输出接口、电量读取模块、电源控制模块，用于对移动气体浓度测量装置进行充电处理。

所述预定位置，如图5所示，可以是在轨道6的顶端设置智能充电装置7，当移动气体浓度测量装置经过高度移动装置5的移动，进行各个目标点位的气体浓度测量之后，回归到轨道6的顶端处，通过智能充电装置7进行充电处理。此时，所述智能充电装置可以自动识别移动气体浓度测量装置中电源电量，同时自动充电。特别地，为了方便充电，温室大棚气体浓度三维立体测量系统可以有一个或以上的智能充电装置。

另外，在本发明具体实施方式中，所述轨道6悬挂在温室大棚的顶部，虽然图5中所述轨道6被设置为回旋单路的S形状，但是实际上所述轨道6可以为任意形状，例如空间交错的网格形，在此情况下，轨道6上移动气体浓度测量装置可以任意选择水平面内的x和y方向行走。即在一个轨道6的交叉处点，移动气体浓度测量装置可以选择x方向行走到下一个测量点位，也可以选择按照y方向行走到下一个测量点位，这样为本发明具体实施方式中的行走路径规划提供了可能。

如图6所示，所述高度移动装置5包括滑轮8、传动链条10、可移动轨道11和高度移动控制系统9，所述滑轮8通过传动链条10连接可移动轨道11的顶部，高度控制系统9驱动所述滑轮8的旋转，其中，

如图4所示，高度移动控制系统9包括第二控制模块、驱动模块、步进电机和电源模块，高度移动控制系统用于驱动滑轮8的旋转，调整可移动轨道11的高度。

所述可移动轨道11是指可移动的轨道，与轨道6之间存在缝隙，可自由移动，可移动轨道11可以在轨道6铺设前根据需要设定在轨道6的任意多个位置，形成轨道6的附属设施，而且设置好后也可根据需要改变位置，同时移动轨道可以根据需要铺设多个。当移动气体浓度测量装置到达目标位置时，移动载体进入可移动轨道11，并由高度移动控制系统9驱动滑轮8的旋转，调整可移动轨道11的高度，这样即可对移动气体浓度测量装置的高度进行调整。

与本发明具体实施方式中的一种温室大棚气体浓度三维立体测量系统相匹配，本发明具体实施方式中还包括一种温室大棚气体浓度三维立体测量方法，如图8所示，所述方法包括步骤：

A、获取测量需求，规划气体浓度测量的目标位置和目标高度的序列，形成测量点位控制信息；

B、将测量点位控制信息通过无线通信方式传输给移动气体浓度测量装置和高度移动装置；

C、移动气体浓度测量装置按照所述序列依次移动至目标位置，并由高度调整装置调整移动气体浓度测量装置的高度至目标高度，进行气体浓度的测量和数据采集；

D、将气体浓度数据通过无线通信方式发送给终端系统，进行气体浓度数据的存储和处理。

具体而言，首先控制终端获取操作员的测量需求，规划气体浓度测量的目标位置和目标高度的序列，所需序列包括一个以上测量点位的目标位置和目标高度，在一些具体实施方式中还包括在所述测量点位上的测量时间，以保证测量工作的差别化、精细化。移动终端将测量点位控制信息通过无线通信的方式传输给远程的移动气体浓度测量装置和高度移动装置。例如通过4G或者5G网络，或者通过互联网传输，因此本发明的一个优势在于无需操作员在温室大棚的现场即可完成三维气体浓度测量，远程操作的优点在于快速迅捷，还可以匹配VR设备，让操作员能够远程监控；另外操作员可以同时完成多个温室大棚的测量，提高了测量的效率。

所述移动气体浓度测量装置接收到测量点位控制信息后，解析测量点位控制信息中包括的目标位置和目标高度的序列，然后依次在不同测量点位上进行测量。具体而言，移动气体浓度测量装置首先在轨道上通过移动载体行走至第一或下一目标位置，并进入高度移动装置的移动轨道，由移动轨道来调节高度。本发明具体实施方式中使用单一移动气体浓度测量装置和多个高度移动装置的组合方式，是为了保障移动气体浓度测量装置的续航能力，移动气体浓度测量装置无需完成高度方向上的移动操作，因此能够节约能耗，使得一次充电后移动气体浓度测量装置能完成整个温室大棚内多个测量点位的浓度测量。而多个高度移动装置被设置在轨道的各个地方，所述高度移动装置通过移动轨道调整移动气体浓度测量装置的高度至目标高度。到达目标高度后，高度移动装置中的高度移动控制系统通过无线通信模块发送高度信息给移动气体浓度测量装置。移动气体浓度测量装置得到高度移动控制系统发送的高度信息，确认到达目标高度后，移动气体浓度测量装置中的第一控制模块控制气体传感器开始采集当前高度位置的温室大棚内的气体浓度信息，数据采集模块开始读取气体传感器数据，无线通信模块将数据传输到控制终端。

当当前点位的气体浓度数据采集完毕，移动气体浓度测量装置通过无线通信模块发送高度控制信息给高度移动控制系统。高度移动控制系统带着移动气体浓度测量装置和移动轨道回到当前位置的轨道处或当前位置的下一个目标高度进行测量，当移动气体浓度测量装置回到轨道后，开始移动到下一个测量位置，重复上述动作，直到所有规划的测量位置测量完毕，自动回到智能充电装置。

相应地，本发明具体实施方式中，所述方法按照序列依次进行气体浓度的测量和数据采集后，进一步包括：

C1、移动气体浓度测量装置自动移动至智能充电装置处，智能充电装置对所述移动气体浓度测量装置进行充电。

因此，本发明所具有的技术效果包括如下。

1，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统布置在温室大棚上方，受到湿度影响小，传感器使用寿命长。

2，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统只需要一组传感器就可实现温室大棚的三维立体气体浓度分布的测量，降低了成本，同时更换传感器方便。

3，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统功耗小，该系统可以定时自动完成测量任务，没有任务时处于休眠状态，耗能小，且完成自动充电。

4，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统布置在温室大棚上方，不影响平时生产作业活动。

5，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统只需要提前设定测量位置，系统就可自动完成所有动作。智能化程度高，操作简单。

6，另外，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统，不仅可以搭载气体传感器，同时也可以搭载其他非气体传感器。

7，另外，本发明中的温室大棚气体浓度三维立体测量系统可以实现感知温室大棚气体的三维立体分布情况，对用户友好。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本说明书所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本说明书所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种温室大棚气体浓度三维立体测量系统，其特征在于，所述测量系统包括控制终端、移动气体浓度测量装置、轨道、高度移动装置，其中，

控制终端包括空间测量位置规划单元，用于获取测量需求，规划气体浓度测量的目标位置和目标高度的序列，形成测量点位控制信息；控制终端将测量点位控制信息通过无线通信方式传输给移动气体浓度测量装置和高度移动装置；

轨道用于承载移动气体浓度测量装置，高度移动装置用于根据测量点位控制信息，调整移动气体浓度测量装置的高度至目标高度；

移动气体浓度测量装置包括气体传感器、数据采集模块、无线通信模块、第一控制模块和移动载体，用于移动至目标位置处，并在具体的目标位置和目标高度进行气体浓度的测量和数据采集，通过无线通信模块将气体浓度数据发送给控制终端；

其中高度移动装置包括可移动轨道，可移动轨道与轨道之间存在缝隙，可移动轨道设置在轨道的多个位置，当移动气体浓度测量装置移动至目标位置处，移动载体进入可移动轨道；

高度移动装置通过可移动轨道调整移动气体浓度测量装置的高度至目标高度后，通过无线通信模块发送高度信息给移动气体浓度测量装置。

2.根据权利要求1中所述的温室大棚气体浓度三维立体测量系统，其特征在于，所述控制终端还包括数据库和气体浓度三维分布显示单元，用于存储气体浓度数据，并利用三维分布方式显示测量的气体浓度数据。

3.根据权利要求1中所述的温室大棚气体浓度三维立体测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括智能充电装置，所述智能充电装置被设置于轨道的预定位置，包括电源输入接口、电源输出接口、电量读取模块、电源控制模块，智能充电装置用于对移动气体浓度测量装置进行充电处理。

4.根据权利要求1中所述的温室大棚气体浓度三维立体测量系统，其特征在于，所述轨道悬挂在温室大棚的顶部，所述高度移动装置包括滑轮、传动链条、可移动轨道和高度移动控制系统，所述滑轮通过传动链条连接可移动轨道的顶部，高度控制系统驱动所述滑轮旋转，其中，

高度移动控制系统包括第二控制模块、驱动模块、步进电机和电源模块，高度移动控制系统用于驱动滑轮旋转，调整可移动轨道的高度。

5.一种温室大棚气体浓度三维立体测量方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

A、获取测量需求，规划气体浓度测量的目标位置和目标高度的序列，形成测量点位控制信息；

B、将测量点位控制信息通过无线通信方式传输给移动气体浓度测量装置和高度移动装置；

C、移动气体浓度测量装置按照所述序列移动至目标位置，且高度调整装置调整移动气体浓度测量装置的高度至目标高度，进行气体浓度的测量和数据采集；

D、将气体浓度数据通过无线通信方式发送给终端系统，进行气体浓度数据的存储和处理。

6.根据权利要求5中所述的温室大棚气体浓度三维立体测量方法，其特征在于，所述方法按照序列依次进行气体浓度的测量和数据采集后，进一步包括：

C1、移动气体浓度测量装置自动移动至智能充电装置处，智能充电装置对所述气体浓度测量装置进行充电。

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