CN115220382A - 一种基于物联网的智慧农业植保作业控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智慧农业技术领域，公开了一种基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统包括：农业环境参数采集模块、作物图像采集模块、物联网通信模块、主控模块、喷施模块、病虫害监测模块、植保管理模块、环境评估模块、作物状态评估模块、显示模块。本发明通过喷施模块采用多架无人机编队飞行作业的方法，可以大大提高作业效率及灵活性；同时，通过植保管理模块将植保作业的完成信息与地块信息进行关联存储后，在下一次植保作业时，植保团队能够从接收到的地块信息中了解到地块以前的植保作业的完成信息，从而对地块的情况有进一步的了解，从而便于植保团队进行植保作业。

Description

一种基于物联网的智慧农业植保作业控制系统

技术领域

本发明属于智慧农业技术领域，尤其涉及一种基于物联网的智慧农业植保作业控制系统。

背景技术

智慧农业是智慧经济形态在农业中的具体表现。智慧农业是智慧经济重要的组成部分；对于发展中国家而言，智慧农业是智慧经济主要的组成部分，是发展中国家消除贫困、实现后发优势、经济发展后来居上、实现赶超战略的主要途径。智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”，给农业现代化插上科技的翅膀，引领未来农业发展，提升农业的生产效率，实现农业高产、优质、高效、生态、安全的现代农业新模式。

智慧农业已然在植保领域的科研、农业生产措施与管理、相关产业方兴未艾，助力其自动化、机械化、智能化、智慧化。“智慧植保”是以传感器技术、计算机视觉技术、全球定位系统、网络技术等为基础，用户终端可以是智能手机、计算机、机器人、无人机、各种农机具等，用于农业有害生物监测、预测预警、病虫害防控，是多学科交叉的综合科学。狭义的“智慧植保”就是农业有害生物防控植保工作的智慧化和精准化。比如物联网技术逐渐应用于农田有害生物监测，智慧农业植保作业控制系统下的无人机喷药在一些地方逐渐形成产业并已服务于广大农耕户。

然而，现有基于物联网的智慧农业植保作业控制系统对作物喷洒采用的机械的灵活性不高，在一定程度上造成了化学农药喷洒浪费，加剧了环境污染，不利于人居环境的生态文明建设；同时，在植保团队进行作业时，需要采集地块信息用于植保机自主作业，但相关技术中对于采集后的地块信息以及作业后产生的相关记录并没有进行进一步的利用，造成了一定的资源浪费。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有基于物联网的智慧农业植保作业控制系统对作物喷洒采用的机械的灵活性不高。

(2)在植保团队进行作业时，需要采集地块信息用于植保机自主作业，但相关技术中对于采集后的地块信息以及作业后产生的相关记录并没有进行进一步的利用，造成了一定的资源浪费。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的智慧农业植保作业控制系统。

本发明是这样实现的，一种基于物联网的智慧农业植保作业控制系统包括：

农业环境参数采集模块、作物图像采集模块、物联网通信模块、主控模块、喷施模块、病虫害监测模块、植保管理模块、环境评估模块、作物状态评估模块、显示模块；

农业环境参数采集模块，与物联网通信模块连接，用于采集农业作物种植环境温度、湿度、光照强度等环境参数；

作物图像采集模块，与物联网通信模块连接，用于采集农业作物生长图像；

物联网通信模块，与农业环境参数采集模块、作物图像采集模块、主控模块连接，用于通过物联网进行物联通信；

主控模块，与物联网通信模块、喷施模块、病虫害监测模块、植保管理模块、环境评估模块、作物状态评估模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；

喷施模块，与主控模块连接，用于通过无人机进行喷施药液；

病虫害监测模块，与主控模块连接，用于对农业作物病虫害进行监测；

植保管理模块，与主控模块连接，用于对农业作物地块进行管理；

环境评估模块，与主控模块连接，用于对农业作物生长环境适宜度进行评估；

作物状态评估模块，与主控模块连接，用于对农业作物生长状态进行评估；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示农业环境参数、作物图像、病虫害监测结果、植保管理结果、环境评估结果、作物状态评估结果。

进一步，所述喷施模块喷施方法如下：

(1)获取农业作物种植区域的GPS信息；对GPS信息进行校准处理；所述GPS信息至少包括所述农业作物种植区域的边界位置信息；

(2)根据所述农业作物种植区域的GPS信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度；

(3)设置编队飞行的无人机中的一无人机为主植保机，其余无人机为从植保机；根据所述GPS信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度生成所述主植保机的作业路径；

(4)根据所述主植保机的作业路径生成从植保机的作业路径；控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业；

所述根据所述GPS信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度生成所述主植保机的作业路径具体包括：

获取无人机的药箱存储容量；

根据所述药箱存储容量生成无人机的喷施幅度和单次作业行驶路程的对应关系表；所述单次作业行驶路程为农业作物种植区域的长度或者宽度的整数倍；

根据所述对应关系表确定各无人机的喷施幅度；

根据所述农业作物种植区域的GPS信息、无人机的喷施幅度以及单次作业行驶路程确定无人机的数量。

进一步，所述获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤是采用测绘仪或者图像采集装置获取农业作物种植区域的GPS信息。

进一步，所述获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤还包括获取农业作物种植区域的植被生长信息的步骤；

所述获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤之后还包括根据所述植被生长信息以及无人机的喷施幅度确定无人机的飞行高度的步骤；

所述控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业的步骤为，控制各无人机按照对应的作业路径以及飞行高度进行喷施作业。

进一步，所述根据所述农业作物种植区域的GPS信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度的步骤中，所述农业作物种植区域为矩形；所述GPS信息包括农业作物种植区域的长度信息和宽度信息。

进一步，所述控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业的步骤中，各无人机为同步起飞或者以预设时间间隔相继起飞；所述预设时间间隔大于等于无人机换药箱或者电池的时间。

进一步，所述植保管理模块管理方法如下：

1)构建地块数据库；获取作物种植的地块信息并进行存储；将获取的地块信息存入地块数据库中；

2)获取植保团队的团队信息并进行存储；接收农户的植保作业请求，将所述植保作业请求推送给植保团队；接收植保团队的植保作业应答，将与所述植保作业请求相对应的地块信息发送给所述植保团队；

3)对获取到的植保作业请求进行统计并生成作业记录，根据作业记录以及预存的推送规则将地块信息推送给植保团队，将团队信息推送给农户。

进一步，所述管理方法还包括：

向所述植保团队发送地块信息，获取所述植保作业请求的完成信息，将所述完成信息推送给相应的农户；

将接收到的所述完成信息与所述地块信息关联存储。

进一步，所述管理方法还包括：

获取植保团队的团队信息，对所述团队信息进行审核，并存储审核通过的团队信息；

将审核不通过的团队信息与不通过信息发送回相应的植保团队。

进一步，所述管理方法还包括：

获取地块的更新信息，将所述更新信息与所述地块信息进行关联存储。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明通过喷施模块采用多架无人机编队飞行作业的方法，可以大大提高作业效率、灵活性和精准度；同时，通过植保管理模块将植保作业的完成信息与地块信息进行关联存储后，在下一次植保作业时，植保团队能够从接收到的地块信息中了解到地块以前的植保作业的完成信息，从而对地块的情况有进一步的了解，从而便于植保团队进行植保作业。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明通过喷施模块采用多架无人机编队飞行作业的方法，可以大大提高作业效率、灵活性和精准度。提高农药喷施的精准性和效率，助力解决(作业田块角落)少施、未施，(作业田块间交界处)多施、重复施等精准施药难点，有效减少化学农药田间使用量。既提高了作业病虫害防治效果和效率，又减少了环境污染；同时，通过植保管理模块将植保作业的完成信息与地块信息进行关联存储后，在下一次植保作业时，植保团队能够从接收到的地块信息中了解到地块以前的植保作业的完成信息，从而对地块的地理地貌特征、上次病虫害发生为害程度、喷施农药情况与防治效果等数据了然于胸，进而根据专家系统模块作出科学、实时的下一次植保作业决策，从而提高植保团队作业效率，降低作业成本，减少化学农药使用，赋能美丽乡村。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于物联网的智慧农业植保作业控制系统结构框图。

图2是本发明实施例提供的喷施模块喷施方法流程图。

图3是本发明实施例提供的植保管理模块管理方法流程图。

图1中：1、农业环境参数采集模块；2、作物图像采集模块；3、物联网通信模块；4、主控模块；5、喷施模块；6、病虫害监测模块；7、植保管理模块；8、环境评估模块；9、作物状态评估模块；10、显示模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的基于物联网的智慧农业植保作业控制系统包括：农业环境参数采集模块1、作物图像采集模块2、物联网通信模块3、主控模块4、喷施模块5、病虫害监测模块6、植保管理模块7、环境评估模块8、作物状态评估模块9、显示模块10。

农业环境参数采集模块1，与物联网通信模块3连接，用于采集农业作物种植环境温度、湿度、光照强度等环境参数；

作物图像采集模块2，与物联网通信模块3连接，用于采集农业作物生长图像；

物联网通信模块3，与农业环境参数采集模块1、作物图像采集模块2、主控模块4连接，用于通过物联网进行物联通信；

主控模块4，与物联网通信模块3、喷施模块5、病虫害监测模块6、植保管理模块7、环境评估模块8、作物状态评估模块9、显示模块10连接，用于控制各个模块正常工作；

喷施模块5，与主控模块4连接，用于通过无人机进行喷施药液；

病虫害监测模块6，与主控模块4连接，用于对农业作物病虫害进行监测；

植保管理模块7，与主控模块4连接，用于对农业作物地块进行管理；

环境评估模块8，与主控模块4连接，用于对农业作物生长环境适宜度进行评估；

作物状态评估模块9，与主控模块4连接，用于对农业作物生长状态进行评估；

显示模块10，与主控模块4连接，用于通过显示器显示农业环境参数、作物图像、病虫害监测结果、植保管理结果、环境评估结果、作物状态评估结果。

如图2所示，本发明提供的喷施模块喷施方法如下：

S101，获取农业作物种植区域的GPS信息；对GPS信息进行校准处理；所述GPS信息至少包括所述农业作物种植区域的边界位置信息；

S102，根据所述农业作物种植区域的GPS信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度；

S103，设置编队飞行的无人机中的一无人机为主植保机，其余无人机为从植保机；根据所述GPS信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度生成所述主植保机的作业路径；

S104，根据所述主植保机的作业路径生成从植保机的作业路径；控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业；

所述根据所述GPS信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度生成所述主植保机的作业路径具体包括：

获取无人机的药箱存储容量；

根据所述药箱存储容量生成无人机的喷施幅度和单次作业行驶路程的对应关系表；所述单次作业行驶路程为农业作物种植区域的长度或者宽度的整数倍；

根据所述对应关系表确定各无人机的喷施幅度；

根据所述农业作物种植区域的GPS信息、无人机的喷施幅度以及单次作业行驶路程确定无人机的数量。

本发明提供的获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤是采用测绘仪或者图像采集装置获取农业作物种植区域的GPS信息。

本发明提供的获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤还包括获取农业作物种植区域的植被生长信息的步骤；

所述获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤之后还包括根据所述植被生长信息以及无人机的喷施幅度确定无人机的飞行高度的步骤；

所述控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业的步骤为，控制各无人机按照对应的作业路径以及飞行高度进行喷施作业。

本发明提供的根据所述农业作物种植区域的GPS信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度的步骤中，所述农业作物种植区域为矩形；所述GPS信息包括农业作物种植区域的长度信息和宽度信息。

本发明提供的控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业的步骤中，各无人机为同步起飞或者以预设时间间隔相继起飞；所述预设时间间隔大于等于无人机换药箱或者电池的时间。

如图3所示，本发明提供的植保管理模块管理方法如下：

S201，构建地块数据库；获取作物种植的地块信息并进行存储；将获取的地块信息存入地块数据库中；

S202，获取植保团队的团队信息并进行存储；接收农户的植保作业请求，将所述植保作业请求推送给植保团队；接收植保团队的植保作业应答，将与所述植保作业请求相对应的地块信息发送给所述植保团队；

S203，对获取到的植保作业请求进行统计并生成作业记录，根据作业记录以及预存的推送规则将地块信息推送给植保团队，将团队信息推送给农户。

本发明提供的管理方法还包括：

向所述植保团队发送地块信息，获取所述植保作业请求的完成信息，将所述完成信息推送给相应的农户；

将接收到的所述完成信息与所述地块信息关联存储。

本发明提供的管理方法还包括：

获取植保团队的团队信息，对所述团队信息进行审核，并存储审核通过的团队信息；

将审核不通过的团队信息与不通过信息发送回相应的植保团队。

本发明提供的管理方法还包括：

获取地块地理地貌和病虫害作业的更新信息，将所述更新信息与所述地块信息进行关联存储。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明工作时，首先，通过农业环境参数采集模块1采集农业作物种植环境温度、湿度、光照强度等环境参数；通过作物图像采集模块2采集农业作物生长图像；通过物联网通信模块3利用物联网进行物联通信；其次，主控模块4通过喷施模块5利用无人机进行喷施药液；通过病虫害监测模块6对农业作物病虫害进行监测；通过植保管理模块7对农业作物地块进行管理；通过环境评估模块8对农业作物生长环境适宜度进行评估；然后，通过作物状态评估模块9对农业作物生长状态进行评估；最后，通过显示模块10利用显示器显示农业环境参数、作物图像、病虫害监测结果、植保管理结果、环境评估结果、作物状态评估结果。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

本发明通过喷施模块采用多架无人机编队飞行作业的方法，可以大大提高作业效率及灵活性；同时，通过植保管理模块将植保作业的完成信息与地块信息进行关联存储后，在下一次植保作业时，植保团队能够从接收到的地块信息中了解到地块以前的植保作业的完成信息，从而对地块的情况有进一步的了解，从而便于植保团队进行植保作业。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统包括：

农业环境参数采集模块、作物图像采集模块、物联网通信模块、主控模块、喷施模块、病虫害监测模块、植保管理模块、环境评估模块、作物状态评估模块、显示模块；

农业环境参数采集模块，与物联网通信模块连接，用于采集农业作物种植环境温度、湿度、光照强度等环境参数；

作物图像采集模块，与物联网通信模块连接，用于采集农业作物生长图像；

物联网通信模块，与农业环境参数采集模块、作物图像采集模块、主控模块连接，用于通过物联网进行物联通信；

主控模块，与物联网通信模块、喷施模块、病虫害监测模块、植保管理模块、环境评估模块、作物状态评估模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；

喷施模块，与主控模块连接，用于通过无人机进行喷施药液；

病虫害监测模块，与主控模块连接，用于对农业作物病虫害进行监测；

植保管理模块，与主控模块连接，用于对农业作物地块进行管理；

环境评估模块，与主控模块连接，用于对农业作物生长环境适宜度进行评估；

作物状态评估模块，与主控模块连接，用于对农业作物生长状态进行评估；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示农业环境参数、作物图像、病虫害监测结果、植保管理结果、环境评估结果、作物状态评估结果。

2.如权利要求1所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述喷施模块喷施方法如下：

(1)获取农业作物种植区域的GPS信息；对GPS信息进行校准处理；所述GPS信息至少包括所述农业作物种植区域的边界位置信息；

(2)根据所述农业作物种植区域的GPS信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度；

(3)设置编队飞行的无人机中的一无人机为主植保机，其余无人机为从植保机；根据所述GPS信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度生成所述主植保机的作业路径；

(4)根据所述主植保机的作业路径生成从植保机的作业路径；控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业；

所述根据所述GPS信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度生成所述主植保机的作业路径具体包括：

获取无人机的药箱存储容量；

根据所述药箱存储容量生成无人机的喷施幅度和单次作业行驶路程的对应关系表；所述单次作业行驶路程为农业作物种植区域的长度或者宽度的整数倍；

根据所述对应关系表确定各无人机的喷施幅度；

根据所述农业作物种植区域的GPS信息、无人机的喷施幅度以及单次作业行驶路程确定无人机的数量。

3.如权利要求2所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤是采用测绘仪或者图像采集装置获取农业作物种植区域的GPS信息。

4.如权利要求2所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤还包括获取农业作物种植区域的植被生长信息的步骤；

所述获取农业作物种植区域的GPS信息的步骤之后还包括根据所述植被生长信息以及无人机的喷施幅度确定无人机的飞行高度的步骤；

所述控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业的步骤为，控制各无人机按照对应的作业路径以及飞行高度进行喷施作业。

5.如权利要求2所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述根据所述农业作物种植区域的GPS信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度的步骤中，所述农业作物种植区域为矩形；所述GPS信息包括农业作物种植区域的长度信息和宽度信息。

6.如权利要求2所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业的步骤中，各无人机为同步起飞或者以预设时间间隔相继起飞；所述预设时间间隔大于等于无人机换药箱或者电池的时间。

7.如权利要求1所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述植保管理模块管理方法如下：

1)构建地块数据库；获取作物种植的地块信息并进行存储；将获取的地块信息存入地块数据库中；

2)获取植保团队的团队信息并进行存储；接收农户的植保作业请求，将所述植保作业请求推送给植保团队；接收植保团队的植保作业应答，将与所述植保作业请求相对应的地块信息发送给所述植保团队；

3)对获取到的植保作业请求进行统计并生成作业记录，根据作业记录以及预存的推送规则将地块信息推送给植保团队，将团队信息推送给农户。

8.如权利要求7所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述管理方法还包括：

向所述植保团队发送地块信息，获取所述植保作业请求的完成信息，将所述完成信息推送给相应的农户；

将接收到的所述完成信息与所述地块信息关联存储。

9.如权利要求7所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述管理方法还包括：

获取植保团队的团队信息，对所述团队信息进行审核，并存储审核通过的团队信息；

将审核不通过的团队信息与不通过信息发送回相应的植保团队。

10.如权利要求7所述基于物联网的智慧农业植保作业控制系统，其特征在于，所述管理方法还包括：

获取地块的更新信息，将所述更新信息与所述地块信息进行关联存储。

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