CN114167746A - 一种基于智能感知技术的农场仿真系统 - Google Patents

Abstract

一种基于智能感知技术的农场仿真系统，包括作物状态监控模块，模拟控制模块，控制中心；作物状态监控模块，用于处理农场环境参数的监控，以及有关作物生长的相关参数，通过布设在作物周边的各类传感器，模拟控制模块，是与控制中心模块进行交互的模块，控制中心模块，主要通过得到的相关参数等数据，进行处理后在VR农场仿真模型上进行可视化显示，以供用户进行直观的查看。本发明通过物联网技术以及VR技术，实现对于作物生长区域VR环境与真实环境的1:1建设，可以使得生产人员实现对于真实环境的身临其境的漫游。通过三维建模的仿真，可以实时更新作物生长区域的情况，仿真系统通过对接好的模型，对作物生长区域进行实时仿真模拟控制。

Description

一种基于智能感知技术的农场仿真系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体为一种基于智能感知技术的农场仿真系统。

背景技术

传统农业主要使用孤立的、没有通信能力的机械设备，主要依靠人力检测作物的生长状况。这种仅仅依靠传统的人工监控生产，需要消耗较多的人力、物力、精力、财力等，且效率不高，消费人工成本，甚至出错概率较大，从而导致监控精度低，劳动强度大等缺陷。

国内目前现阶段的温室、大田控制系统界面和操作普遍较为简陋，对状态数据和设备的控制过程的展示较为抽象。对于实际的温室控制中，对操作者的要求较高，不利于初学者或计算机操作不熟练的农民掌握。一方面，将三维的温室映射为二维，需要较强的空间想象能力；另一方面，状态和操作不太直观，状态常通过数据进行显示呈现，且数据呈现与实际温室示意图分离，用户的操作也常常通过按钮进行执行，与实际温室的自然交互方式不符合，用户很难拥有对于温室状态的直观感受，不自然的交互方式也不利于用户进行实施精准控制。

虚拟现实(VR)可以是指使用软件来生成复制真实环境(或创建想象设置)并且模仿用户在环境中的物理存在的逼真图像、声音以及其他感觉的计算机技术。VR可以被定义为使用交互式软件和硬件而被创建的并且通过用户的身体的移动而被体验或控制的三维环境的逼真的沉浸式模拟。例如，在VR环境中，使用特殊电子设备(诸如具有内置显示器的头盔、具有内置显示器的护目镜等等)的个人可以按照看起来真实的或物理的方式与三维图像或环境的计算机生成的模拟交互。

物联网技术应用于农业生产，是农业和现代信息技术融合发展的新模式，是农业信息化的重要内容，也是“互联网+农业”的重要体现形式和农业现代化的重要标志。农场作为农业生产的主体，其现代化水平在一定程度上代表着整个农业的现代化水平。

发明内容

本发明的目的是构建一种基于智能感知技术的农场仿真系统，以此提升对于农场的智慧生产，提升农场生产的便捷性、及时性、高效性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于智能感知技术的农场仿真系统，包括作物状态监控模块，用于处理农场环境参数的监控，以及有关作物生长的相关参数，通过布设在作物周边的各类传感器，例如，二氧化碳传感器、空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器等各种有关传感器，从而获取到作物的温湿度、微量元素含量、高度等相关状态参数从而对作物的生长情况进行判断，进而分析判断出作物的生长是否正常，若作物的生长状态有异常，则将其异常进行初步分析，即通过预设的像机对作物的图像进行采集，继而通过图像检测处理，对作物进行诊断处理，同时将作物的相关生长状态返回到控制中心模块；模拟控制模块，是和控制中心进行数据交流的模块，模拟控制模块需要从相关状态监控模块中获得作物生长区域的各类有效参数，实时对仿真系统中的作物相关数据进行更新，从而在仿真系统进行同步；控制中心，主要进行数据管理、与操纵管理布设在作物生长区域的各类自动化机器等功能，在对仿真系统进行初始化设置时，通过对作物生长区域进行度量采样，绘制出其3D仿真模型，从而确定基本生产环境，继而进行后续的生产仿真模拟。

进一步，作物状态监控模块包括传感器监测单元、图像监测单元。

进一步，传感器监测单元包括温湿度监测部分、二氧化碳浓度监测部分、含肥量监测部分、农药监测部分。

进一步，温湿度监测部分，通过布置在作物周围的多个相关传感器获取作物目前的温湿度，经过反馈进而对作物周围环境温湿度进行控制，保证作物在适宜的温湿度环境下进行生长，达到作物生长的最佳环境条件。

进一步，二氧化碳浓度监测部分，根据布置在作物周围的传感器得到其相关二氧化碳浓度参数，继而通过反馈对其二氧化碳浓度进行相应调整，保证其处于最佳二氧化碳浓度范围中，达到作物生长的相应环境条件。

进一步，含肥量监测部分，根据布设在作物下方的感测器获取到作物相应的含肥量，从而将其含肥量反馈给控制中心，继而进行下一步操作。

进一步，农药监测部分，根据布设在作物根部的相关传感器获取其作物的农药含量，类似地，将其农药含量反馈给模拟控制模块。

进一步，图像监测单元，根据布设在作物生长区域周围的相关图像采集设备-像机等，对作物相关图像进行取照，将其反馈存储至模拟控制模块。

进一步，模拟控制模块包括VR环境更新子模块、自动化设备工作子模块。

进一步，VR环境更新子模块，即通过接受到的作物监控模块监测到的相关环境参数以及作物参数，将这些参数输入到VR环境更新子模块的深度学习单元，由学习单元将这些参数进行学习，从而生成对应作物的生长状态模型，从而对农场仿真系统中的3D模型进行更新处理，从而实现对作物状态的实时描绘。从而使农场生产人员可以通过虚拟现实VR技术，可以在虚拟现实中实现对作物生长区域身临其境地沉浸式漫游和远程控制。

进一步，自动化设备工作子模块，在该子模块中，用户可以操纵VR手柄或者其他相关的工具，从而实现对作物生长区域内的风机、顶棚、喷雾、湿帘等相关自动化设备的同步开关。其次，该控制模块也可根据作物状态监测模块中监测到的相关数据，由事先录入系统的相关引擎规则，以及事先训练好的相关学习模型、权重进行判断，从而进行分析和推理，从而对作物生长区域内相关的同步开关作出相应的指令操作，继而进行指挥作物生长区域内的自动化设备进行相应的施肥、升温、灌溉等操作，从而保持作物生长区域环境的稳定，并使得整个仿真系统进行合理运行，使得作物可以在最适宜的环境情况下生长。其设备的工作效果也可在仿真模型中生成动画视频展示，从而实现作物生产的智慧化。

与现有的智慧农业生产技术相比，本发明的有益效果是：

通过物联网技术以及VR技术，实现对于作物生长区域VR环境与真实环境的1:1建设，可以使得生产人员实现对于真实环境的身临其境的漫游。通过三维建模的仿真，可以实时更新作物生长区域的情况，仿真系统通过对接好的模型，对作物生长区域进行实时仿真模拟控制。简而言之，生产人员可以通过该仿真系统实现种植的各种工序，实现真正的“智慧农业”。

附图说明

图1为本发明基于智能感知技术的农场仿真系统图；

图2为本发明模拟控制模块结构图。

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。

根据图1所示，控制中心是该系统中的“大脑”，其主要负责状态数据的管理，以及与用户、农场的交互等功能。在初始化设置时，系统通过对接绘制好的仿真模型，控制中心对相关数据进行初始化设置，从而实现系统的正常启动运行。

状态监控模块，有以下几个功能，监控作物生长区域的相关环境参数，并对其相关参数进行分析判断，传递给控制中心模块；另外其也同时监测着作物自身的生长状态参数，通过对其状态参数进行推理分析，将结果传递给控制中心模块；最后，其通过可视化技术，将作物的相关实时图像分析之后传递给控制中心模块，从而使系统进行下一步运转。

控制中心模块通过得到的相关参数等数据，进行处理后在VR农场仿真模型上进行可视化显示，以供用户进行直观的查看。另外该模块也可操作系统进行自我调节，根据得到的各类相关参数从而发出相关的指令操作至模拟控制模块，从而实现“智慧生产”。

模拟控制模块通过得到的相关指令操作对布设在作物生长区域内的各类自动化生产设备，对作物进行施肥、升温、灌溉等操作，使作物保持在适宜的环境下生长，使得仿真系统运行完善。

根据图2所示，模拟控制模块，是与布设的相关自动化设备进行交互的直接控制单元。它通过从控制中心模块获得相应指令，通过规定好的协议对指令进行解析，将解析后的结果反映到操作相应的有关设备的同步开关，从而操作相应的自动化设备，并将设备的实时工作状态可视化显示到仿真模型界面中，使用户可以及时获取到自动化设备的实时工作状态等。

一种基于智能感知技术的农场仿真系统，包括：作物状态监控模块，用于获取到监测得到的相关环境参数，以及作物的生长状态参数、作物的相关实时图像等，通过预设学习模型及权重对参数及图像进行分析判断，从而将结果返回至控制中心模块以供进行下一步操作，及可视化方面的显示；模拟控制模块，是与控制中心模块进行交互的模块，模拟控制模块通过从控制中心模块中获得的相关指令，对其进行协议解析，从而间接操作相关自动化设备进行工作；控制中心模块，主要通过得到的相关参数等数据，进行处理后在VR农场仿真模型上进行可视化显示，以供用户进行直观的查看，以及该模块也可操作系统进行自我调节，根据得到的各类相关参数从而发出相关的指令操作至模拟控制模块。

进一步，作物状态监控模块包括传感器监测单元、图像监测单元。

进一步，传感器监测单元包括温湿度监测部分、二氧化碳浓度监测部分、含肥量监测部分、农药监测部分。

进一步，温湿度监测部分，通过布置在作物周围的多个相关传感器获取作物目前的温湿度，经过反馈进而对作物周围环境温湿度进行控制，保证作物在适宜的温湿度环境下进行生长，达到作物生长的最佳环境条件。

进一步，二氧化碳浓度监测部分，根据布置在作物周围的传感器得到其相关二氧化碳浓度参数，继而通过反馈对其二氧化碳浓度进行相应调整，保证其处于最佳二氧化碳浓度范围中，达到作物生长的相应环境条件。

进一步，含肥量监测部分，根据布设在作物下方的感测器获取到作物相应的含肥量，从而将其含肥量反馈给控制中心，继而进行下一步操作。

进一步，农药监测部分，根据布设在作物根部的相关传感器获取其作物的农药含量，类似地，将其农药含量反馈给模拟控制模块。

进一步，图像监测单元，根据布设在作物生长区域周围的相关图像采集设备-像机等，对作物相关图像进行取照，将其反馈存储至模拟控制模块。

进一步，模拟控制模块包括VR环境更新子模块、自动化设备工作子模块。

进一步，VR环境更新子模块，即通过接受到的作物监控模块监测到的相关环境参数以及作物参数，将这些参数输入到VR环境更新子模块的深度学习单元，由学习单元将这些参数进行学习，从而生成对应作物的生长状态模型，从而对农场仿真系统中的3D模型进行更新处理，从而实现对作物状态的实时描绘。从而使农场生产人员可以通过虚拟现实VR技术，可以在虚拟现实中实现对作物生长区域身临其境地沉浸式漫游和远程控制。

进一步，自动化设备工作子模块，在该子模块中，用户可以操纵VR手柄或者其他相关的工具，从而实现对作物生长区域内的风机、顶棚、喷雾、湿帘等相关自动化设备的同步开关。其次，该控制模块也可根据作物状态监测模块中监测到的相关数据，由事先录入系统的相关引擎规则，以及事先训练好的相关学习模型、权重进行判断，从而进行分析和推理，从而对作物生长区域内相关的同步开关作出相应的指令操作，继而进行指挥作物生长区域内的自动化设备进行相应的施肥、升温、灌溉等操作，从而保持作物生长区域环境的稳定，并使得整个仿真系统进行合理运行，使得作物可以在最适宜的环境情况下生长。其设备的工作效果也可在仿真模型中生成动画视频展示，从而实现作物生产的智慧化。

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 (9)

1.一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于包括作物状态监控模块，模拟控制模块和控制中心；其中所述作物状态监控模块用于处理农场环境参数和作物生长相关参数的监控，通过布设在作物周边的传感器，获取作物的温湿度、微量元素含量、高度相关状态参数从而对作物的生长情况进行判断，进而分析判断出作物的生长是否正常，若作物的生长状态有异常，则将其异常进行初步分析，即通过预设的像机对作物的图像进行采集，继而通过图像检测处理，对作物进行诊断处理，同时将作物的相关生长状态返回到控制中心模块；其中所述模拟控制模块是和控制中心进行数据交流的模块，模拟控制模块需要从作物状态监控模块中获得作物生长区域的各类有效参数，实时对仿真系统中的作物相关数据进行更新，从而在仿真系统中进行同步；其中所述控制中心主要进行数据管理和操纵管理布设在作物生长区域的各类自动化机器等功能，在对仿真系统进行初始化设置时，通过对作物生长区域进行度量采样，绘制出其3D仿真模型，从而确定基本生产环境，继而进行后续的生产仿真模拟。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于所述作物状态监控模块包括传感器监测单元、图像监测单元，其中所述传感器监测单元包括温湿度监测部分、二氧化碳浓度监测部分、含肥量监测部分、农药监测部分，其中所述图像监测单元，根据布设在作物生长区域周围的相关图像采集设备-像机等，对作物相关图像进行取照，将其反馈存储至模拟控制模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于所述温湿度监测部分，通过布置在作物周围的多个相关传感器获取作物目前的温湿度，经过反馈进而对作物周围环境温湿度进行控制，保证作物在适宜的温湿度环境下进行生长，达到作物生长的最佳环境条件。

4.根据权利要求2所述的一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于所述二氧化碳浓度监测部分，根据布置在作物周围的传感器得到其相关二氧化碳浓度参数，继而通过反馈对其二氧化碳浓度进行相应调整，保证其处于最佳二氧化碳浓度范围中，达到作物生长的相应环境条件。

5.根据权利要求2所述的一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于所述含肥量监测部分，根据布设在作物下方的感测器获取到作物相应的含肥量，从而将其含肥量反馈给控制中心。

6.根据权利要求2所述的一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于所述农药监测部分，根据布设在作物根部的相关传感器获取其作物的农药含量，将其农药含量反馈给模拟控制模块。

7.根据权利要求6所述的一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于所述模拟控制模块包括VR环境更新子模块、自动化设备工作子模块。

8.根据权利要求7所述的一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于所述VR环境更新子模块将接收到的作物监控模块监测到的相关环境参数以及作物参数输入到VR环境更新子模块的深度学习单元，由学习单元将这些参数进行学习，生成对应作物的生长状态模型，对农场仿真系统中的3D模型进行更新处理，实现对作物状态的实时描绘利用虚拟现实VR技术，在虚拟现实中实现对作物生长区域远程控制。

9.根据权利要求7所述的一种基于智能感知技术的农场仿真系统，其特征在于所述自动化设备工作子模块，利用操纵VR手柄或者其他相关的工具，实现对作物生长区域内的风机、顶棚、喷雾、湿帘等相关自动化设备的同步开关，根据作物状态监测模块中监测到的相关数据，由事先录入系统的相关引擎规则，以及事先训练好的相关学习模型、权重进行判断，从而进行分析和推理，从而对作物生长区域内相关的同步开关作出相应的指令操作，继而进行指挥作物生长区域内的自动化设备进行相应的施肥、升温、灌溉等操作，从而保持作物生长区域环境的稳定，并使得整个仿真系统进行合理运行，使得作物可以在最适宜的环境情况下生长。

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