发明内容
本发明的目的在于提供一种植物景观监控与管理系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种植物景观监控与管理系统,所述系统包括:
数据处理端,用于获取景区的网路信息,根据所述网路信息搭建含有采样点的景观模型;实时接收工作人员输入的供给信息,根据所述供给信息更新所述景观模型;基于更新后的景观模型选取激活采样点,向采样点发送工作参数;接收数据采集端反馈的采样数据,根据所述采样数据生成供给指引;所述采样数据包括靶气体浓度、植物图像及其特征提取结果和人员轨迹;
安装在采样点处的数据采集端,用于获取空气参数,根据所述空气参数计算靶气体浓度,向数据处理端发送;基于预设的频率获取植物图像,对所述植物图像进行特征提取,打包植物图像及其特征提取结果,向数据处理端发送;实时记录音频信息,根据音频信息读取植物图像,确定人员轨迹,向数据处理端发送。
作为本发明进一步的方案:所述数据处理端包括:
景观模型建立模块,用于获取景区的网路信息,根据所述网路信息搭建含有采样点的景观模型;
景观模型更新模块,用于实时接收工作人员输入的供给信息,根据所述供给信息更新所述景观模型;
采样点激活模块,用于基于更新后的景观模型选取激活采样点,向采样点发送工作参数;
供给指引生成模块,用于接收数据采集端反馈的采样数据,根据所述采样数据生成供给指引;所述采样数据包括靶气体浓度、植物图像及其特征提取结果和人员轨迹。
作为本发明进一步的方案:所述数据采集端包括:
空气监测模块,用于获取空气参数,根据所述空气参数计算靶气体浓度,向数据处理端发送;
图像处理模块,用于基于预设的频率获取植物图像,对所述植物图像进行特征提取,打包植物图像及其特征提取结果,向数据处理端发送;
轨迹生成模块,用于实时记录音频信息,根据音频信息读取植物图像,确定人员轨迹,向数据处理端发送。
作为本发明进一步的方案:所述景观模型建立模块包括:
基准网路获取单元,用于查询景区的建筑信息,根据所述建筑信息获取基准网路信息;
数据监测单元,用于在所述基准网路信息中确定监测点,随机获取供给量及各监测点的数据量;
网路补充单元,用于根据所述供给量及各监测点的数据量确定补充网路信息;
采样点选取单元,用于在所述基准网路信息及补充网路信息中选取采样点。
作为本发明进一步的方案:所述景观模型更新模块包括:
供给量确定单元,用于实时接收工作人员输入的含有供给位置的供给量,基于所述网路信息确定景观模型中各位置的供给量;
生长速度计算单元,用于将各位置的供给量输入预设的转换模型,得到各位置的植物生长速度;
更新执行单元,用于根据所述植物生长速度确定各位置的显示色值,基于所述显示色值更新所述景观模型;
其中,所述实时接收工作人员输入的含有供给位置的供给量,基于所述网路信息确定景观模型中各位置的供给量的内容包括:
依次基于供给位置统计网路信息,生成映射平面图;
基于预设的二维高斯分布函数将该供给位置处的供给量转换为影响量;
遍历并累积景观模型中各位置处的影响量,得到各位置的供给量;
所述二维高斯分布函数为:
式中,x和y指的是某一点位与原点之间的横坐标差和纵坐标差;
为高斯权重,/>
为预设值。
作为本发明进一步的方案:所述采样点激活模块包括:
位置分类单元,用于根据预设的速度范围对更新后的景观模型中的各位置进行分类;
激活执行单元,用于依次在各类型位置中随机选取预设数量的位置,基于欧拉公式根据选取出的位置查询并激活采样点;
速度统计单元,用于统计各采样点对应的所有位置的植物生长速度,根据统计结果确定工作参数并向采样点发送。
作为本发明进一步的方案:所述供给指引生成模块包括:
长势计算单元,用于当所述采样数据为空气参数时,根据所述空气参数计算当前植物长势;
历史查询单元,用于查询预设的历史时间节点上的植物长势及时间间隔中植物生长速度;
偏差率计算单元,用于根据查询到的数据判断当前植物长势的偏差率;
偏差率应用单元,用于根据所述偏差率生成供给指引;所述供给指引包括供给位置和供给量;
其中,实时统计偏差率,当所述偏差率达到预设的偏差率阈值且持续时间达到预设的时长时,生成警示信息。
作为本发明进一步的方案:所述图像处理模块包括:
差分计算单元,用于基于预设的频率获取植物图像,遍历所述植物图像,计算所述植物图像中各像素点的一阶差分及二阶差分;
特征计算单元,用于根据所述一阶差分和所述二阶差分标记植物图像中的像素点,得到该植物图像的特征矩阵及特征值;所述特征值为特征矩阵在预设的计算公式中的输出;
数据打包单元,用于根据所述特征值统计同类植物图像,打包同类植物图像的特征矩阵及特征值,向数据处理端发送。
作为本发明进一步的方案:所述轨迹生成模块包括:
音频判定单元,用于实时记录音频信息,根据所述音频信息确定人员时段及人员位置;
图像读取单元,用于根据人员时段及人员位置定位采样点,并读取对应的植物图像;
均值计算单元,用于根据时间信息对植物图像进行排序,计算排序后的植物图像的像素均值;
位置连接单元,用于根据所述像素均值判断阴影时段,根据所述阴影时段连接采样点位置,得到人员轨迹,向数据处理端发送。
作为本发明进一步的方案:所述供给指引生成模块还包括:
位置查询单元,用于当所述采样数据为植物图像及其特征提取结果时,查询同类植物图像对应的采样点位置;
噪声识别单元,用于基于预设的聚类算法对所述采样点位置进行聚类,确定噪声点,根据噪声点的位置及数量生成供给指引;
轨迹分析单元,用于当所述采样数据为人员轨迹时,根据历史人员轨迹判断人员轨迹的异常值,根据所述异常值生成警示信息。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明建立含有网路信息的景观模型,当获取到供给信息时,实时更新景观模型,根据更新后的景观模型确定采样点,在采样点处采集数据,并对采集到的数据进行分析,实时确定植物的生长状态,根据所述生长状态生成供给指引,为工作人员的疗养环节进行引导,智能化水平高,人力成本极低。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,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。
图1为植物景观监控与管理系统的组成结构框图,本发明实施例中,一种植物景观监控与管理系统,所述系统包括:
数据处理端,用于获取景区的网路信息,根据所述网路信息搭建含有采样点的景观模型;实时接收工作人员输入的供给信息,根据所述供给信息更新所述景观模型;基于更新后的景观模型选取激活采样点,向采样点发送工作参数;接收数据采集端反馈的采样数据,根据所述采样数据生成供给指引;所述采样数据包括靶气体浓度、植物图像及其特征提取结果和人员轨迹;
安装在采样点处的数据采集端,用于获取空气参数,根据所述空气参数计算靶气体浓度,向数据处理端发送;基于预设的频率获取植物图像,对所述植物图像进行特征提取,打包植物图像及其特征提取结果,向数据处理端发送;实时记录音频信息,根据音频信息读取植物图像,确定人员轨迹,向数据处理端发送。
本发明系统为双端交互系统,一个是数据处理端,大都由服务器集群组成,另一个是数据采集端,所述数据采集端的种类有很多,具备数据采集功能即可;所述数据采集功能包括用于采集空气参数的理化设备,可以检测空气成分;图像采集设备,用于获取植物图像,在图像采集设备中,内置微处理器,用于对获取到的植物图像进行简单的处理;音频采集设备,用于实时获取声音信号,进而对声音信号进行处理;其中,所述图像采集设备及音频采集设备采用现有的监控摄像头即可。
作为本发明技术方案的一个优选实施例,所述数据处理端10包括:
景观模型建立模块11,用于获取景区的网路信息,根据所述网路信息搭建含有采样点的景观模型;
景区中含有网路信息,所述网路信息用于表征水源的浸染路径;通俗地说,在进行水源或其他养料补给时,水源或其他养料按照何种路径到达各个植物,就是网路信息;一般情况下,所述网路信息是对已有的管道信息的扩充。
景观模型更新模块12,用于实时接收工作人员输入的供给信息,根据所述供给信息更新所述景观模型;
所述供给信息是工作人员提供的养料信息(包括水源),根据供给信息可以对景观模型进行更新,养料信息影响着景观模型中不同位置处的土壤能力,土壤能力在更新后的景观模型中进行显示。
采样点激活模块13,用于基于更新后的景观模型选取激活采样点,向采样点发送工作参数;
根据更新后的景观模型选取某些采样点并进行激活,所述采样点处安装所述数据采集端20;当某一采样点成功激活后,向该采样点处的数据采集端20发送工作参数,数据采集端20接收到相应的工作参数时,执行不同的动作。
供给指引生成模块14,用于接收数据采集端反馈的采样数据,根据所述采样数据生成供给指引;所述采样数据包括靶气体浓度、植物图像及其特征提取结果和人员轨迹;
接收数据采集端(安装在所述采样点处)反馈的采样数据,对所述采样数据进行分析,可以生成供给指引;所述供给指引的功能是引导工作人员调整供给信息。
作为本发明技术方案的一个优选实施例,所述数据采集端20包括:
空气监测模块21,用于获取空气参数,根据所述空气参数计算靶气体浓度,向数据处理端发送;
空气监测模块21可以检测空气流向与流动速度(风向与风速),还可以获取空气参数中的气体组分(靶气体浓度);需要借助的硬件设备主要是一些理化设备。
图像处理模块22,用于基于预设的频率获取植物图像,对所述植物图像进行特征提取,打包植物图像及其特征提取结果,向数据处理端发送;
图像处理模块22可以是摄像头,在一定的采集频率下不断地获取植物图像,并对植物图像进行处理,打包植物图像及处理结果,就是图像处理模块22的输出。
轨迹生成模块23,用于实时记录音频信息,根据音频信息读取植物图像,确定人员轨迹,向数据处理端发送;
记录音频信息,对音频信息进行分析,可以判断当前场景中是否有人员进入,如果有,就查询对应时间段的植物图像,对所述植物图像进行分析,可以确定人员在哪里出现,统计人员在哪里出现,即可得到人员轨迹,生成的人员轨迹需要向数据处理端发送。
图2为数据处理端10中景观模型建立模块11的组成结构框图,所述景观模型建立模块11包括:
基准网路获取单元111,用于查询景区的建筑信息,根据所述建筑信息获取基准网路信息;
数据监测单元112,用于在所述基准网路信息中确定监测点,随机获取供给量及各监测点的数据量;
网路补充单元113,用于根据所述供给量及各监测点的数据量确定补充网路信息;
采样点选取单元114,用于在所述基准网路信息及补充网路信息中选取采样点。
上述内容对景观模型的建立过程进行了限定,首先,查询景区的建筑信息,根据所述建筑信息可以得到基准网路信息,所述基准网路信息就是预先设置的通路信息;然后,在所述基准网路信息中选取监测点,获取供给量以及各个监测点处的数据量,各个监测点处的数据量与供给量是相关的,在网路信息确定的情况下,各处有多些数据量均可以计算出大概,如果某个监测点出现了数据量过多或过低,那么就说明在基准网路信息中还有一些其他的网路信息,确定这一其他的网路信息,称为补充网路信息。最后,当基准网路信息和补充网路信息确定后,在基准网路信息和补充网路信息中确定采样点,所述采样点可以采用已经确定的监测点。
图3为数据处理端10中景观模型更新模块12的组成结构框图,所述景观模型更新模块12包括:
供给量确定单元121,用于实时接收工作人员输入的含有供给位置的供给量,基于所述网路信息确定景观模型中各位置的供给量;
生长速度计算单元122,用于将各位置的供给量输入预设的转换模型,得到各位置的植物生长速度;
更新执行单元123,用于根据所述植物生长速度确定各位置的显示色值,基于所述显示色值更新所述景观模型;
上述内容对景观模型的更新过程进行了限定,首先,接收工作人员输入的含有供给位置的供给量,比如,工作人员在某个供给管道中加入养料,加入点就是供给位置,加入的养料有多少,就是供给量;然后,一次供给行为包含多个供给位置及供给量,统计所有供给位置及供给量,可以确定景观模型中各点位的植物生长速度;最后,对不同的植物生长速度采用不同的颜色进行表示即可。
其中,所述实时接收工作人员输入的含有供给位置的供给量,基于所述网路信息确定景观模型中各位置的供给量的内容包括:
依次基于供给位置统计网路信息,生成映射平面图;
网路信息可以想象为景观模型的脉落,是景观模型的子集,以供给位置为中心,查询并统计网路信息,可以得到一个映射平面图,所述映射平面图的生成方式由工作人员确定,需要包括所有网路信息,它的图幅大小一般远小于景观模型。
基于预设的二维高斯分布函数将该供给位置处的供给量转换为影响量;
二维高斯分布函数的功能就是计算不同点位对中心点位(或中心点位对其他点位)的影响权重,对某一供给位置来说,以该供给位置为原点,计算二维高斯分布函数,可以快速确定其他位置处的影响量。
遍历并累积景观模型中各位置处的影响量,得到各位置的供给量;
对每个位置进行分析,统计所有供给量对该位置的影响,可以得到每个位置的供给量。
其中,所述二维高斯分布函数为:
式中,x和y指的是某一点位与原点(待计算的供给位置)之间的横坐标差和纵坐标差;
为高斯权重,/>
为预设值。
图4为数据处理端10中采样点激活模块13的组成结构框图,所述采样点激活模块13包括:
位置分类单元131,用于根据预设的速度范围对更新后的景观模型中的各位置进行分类;
所述速度范围指的是植物生长速度的速度范围,根据速度范围可以对景观模型中各位置进行分类。
激活执行单元132,用于依次在各类型位置中随机选取预设数量的位置,基于欧拉公式根据选取出的位置查询并激活采样点;
在每一类位置中选取一定数量的位置进行分析,即可得到整个景区的状态;选取的依据是,将选取的位置作为目标位置,以目标位置为中心,查询距离最近的采样点,激活即可。
速度统计单元133,用于统计各采样点对应的所有位置的植物生长速度,根据统计结果确定工作参数并向采样点发送;
在采样过程中,一个采样点有可能对应多个目标位置,因此,统计采样点对应的目标位置的植物生长速度,根据统计结果确定工作参数即可;所述确定工作参数指的是数据采集端20的工作参数,包括工作模式和工作频率等等。
图5为数据处理端10中供给指引生成模块14的组成结构框图,所述供给指引生成模块14包括:
长势计算单元141,用于当所述采样数据为空气参数时,根据所述空气参数计算当前植物长势;
所述空气参数包括不同组分的浓度,通过检测不同组分的浓度,可以大致判断出植物长势,最简单的,测量CO2的浓度,可以计算出叶绿素含量,叶绿素含量与当前植物长势呈正比。
历史查询单元142,用于查询预设的历史时间节点上的植物长势及时间间隔中植物生长速度;
计算出植物长势后,会进行保存,保存的植物长势就成了历史数据,选取历史数据及这段时间的植物生长速度,进行积分,即可计算出理论植物长势。
偏差率计算单元143,用于根据查询到的数据判断当前植物长势的偏差率;
偏差率应用单元144,用于根据所述偏差率生成供给指引;所述供给指引包括供给位置和供给量;
计算理论植物长势与当前植物长势之间的偏差情况,根据所述偏差情况对供给过程进行调整。
其中,实时统计偏差率,当所述偏差率达到预设的偏差率阈值且持续时间达到预设的时长时,生成警示信息;在本发明技术方案的一个实例中,当理论植物长势与当前植物长势之间的偏差一直很大时,就需要生成警示信息,告之工作人员进行调整。
图6为数据采集端20中图像处理模块22的组成结构框图,所述图像处理模块22包括:
差分计算单元221,用于基于预设的频率获取植物图像,遍历所述植物图像,计算所述植物图像中各像素点的一阶差分及二阶差分;
一阶差分对应一阶导数,可以判断出植物图像中是否存在突变轮廓,二阶差分对应二阶导数,可以判断出突变轮廓的突变程度。
特征计算单元222,用于根据所述一阶差分和所述二阶差分标记植物图像中的像素点,得到该植物图像的特征矩阵及特征值;所述特征值为特征矩阵在预设的计算公式中的输出;
由一阶差分和二阶差分对植物图像中的像素点进行标记,可以得到基于植物图像的特征矩阵,所述特征矩阵的元素位置由植物图像中的像素点位置确定,所述特征矩阵中的元素值由植物图像中像素点的值确定。对特征矩阵进行运算,可以得到一个与特征矩阵对应的值,最简单的将特征矩阵转换为对应的行列式并计算即可。
数据打包单元223,用于根据所述特征值统计同类植物图像,打包同类植物图像的特征矩阵及特征值,向数据处理端发送;
根据所述特征值统计同类植物图像,统计结果及运算结果需要打包后向数据处理端发送。
需要说明的是,植物图像是一个个摄像头贴近植物获取的,很难有一个摄像头能够获取整个景区的图像;因此,每个采样点都会采集一部分植物图像,对所有采样点采集到的植物图像进行识别分析,即可确定出同类植物图像。
图7为数据采集端20中轨迹生成模块23的组成结构框图,所述轨迹生成模块23包括:
音频判定单元231,用于实时记录音频信息,根据所述音频信息确定人员时段及人员位置;
由声音判断出现人员的时段或人员的大致位置并不困难,这一过程的精细度要求不高,获取大致数据即可。
图像读取单元232,用于根据人员时段及人员位置定位采样点,并读取对应的植物图像;
根据人员时段及人员位置在时间上和空间上选取可能的采样点,读取该采样点对应的植物图像。
均值计算单元233,用于根据时间信息对植物图像进行排序,计算排序后的植物图像的像素均值;
根据时间信息对植物图像进行排序,计算排序后的植物图像的像素均值;值得一提的是,所述像素均值是否真的是均值并不重要,重要的是它是一个单独的与植物图像对应的数值。
位置连接单元234,用于根据所述像素均值判断阴影时段,根据所述阴影时段连接采样点位置,得到人员轨迹,向数据处理端发送;
对于景区的植物图像来说,在正常情况下,差距不会很大,当有人员在附近时,会出现阴影,所述阴影在计算像素均值的过程中非常明显;根据确定的阴影(包含时段和位置),可以得到人员轨迹。
作为本发明技术方案的一个优选实施例,所述供给指引生成模块14还包括:
位置查询单元,用于当所述采样数据为植物图像及其特征提取结果时,查询同类植物图像对应的采样点位置;
噪声识别单元,用于基于预设的聚类算法对所述采样点位置进行聚类,确定噪声点,根据噪声点的位置及数量生成供给指引;
同类植物图像的位置一般都是相近的,对同类植物图像对应的采样点进行聚类,可以判断出噪声点,所述噪声点就代表着该点处的植物图像与其他位置处的植物图像不同,这些噪声点可以作为供给量的确认参考。
轨迹分析单元,用于当所述采样数据为人员轨迹时,根据历史人员轨迹判断人员轨迹的异常值,根据所述异常值生成警示信息;
对人员轨迹进行统计,得到历史数据,根据历史数据对出现的人员轨迹进行分析,可以计算出异常值,由异常值可以生成警示信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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,均应包含在本发明的保护范围之内。