CN116506459A - 一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土壤检测的巡检系统，包括巡检单元、检测单元、采集单元、CPS边缘模块、CPS智能云平台以及管理平台；巡检方法包括在管理平台配置巡检任务、在任务菜单中创建巡检任务，并将巡检任务下发至搭配有检测单元和采集单元的巡检单元，巡检单元根据任务导航至监测点位后，对对监测点位土壤的检测指标项进行检测，并将检测采集结果上传至CPS智能云平台和管理平台，对结果进行统计分析，形成报告。本发明能够替代人工巡检提高土壤监测效率的同时，能够精确规划更为合理的监测路径及监测点位，根据应用需求，获取更多的土壤数据及实时的气象数据，提高应用者对农林业现场的环境变化掌控率，实现土壤数据采集的信息化和规模化。

Description

一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法

技术领域

本发明涉及土壤巡检技术领域，尤其涉及一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法。

背景技术

农作物的生长受气象条件、土壤特性、栽培技术措施、病虫草害等多种因素的影响。为了培育出高产的农作物，筛选出优良的种子，需要对其生长环境进行全生命周期的监测。利用土壤大数据分析，还可以分析出最适合农作物生长的成长环境，进而可以使农作物更高产，以及培育出优良的品种。目前农作物生长环境和自身状态信息采集的机械化、智能化水平较低，需求精确的土壤参数，就需要更多的设备数量，配置成本过高。

为此，我们设计出了一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法来解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的土壤检测机械化智能化水平低，检测成本高的缺点，而提出的一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法，其目的是优化农作物土壤检测技术，助力农业增产增收的同时降低农业生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于土壤检测的巡检系统，包括：

巡检单元，为户外移动机器人，内设的工控主机提供多种远程通讯的IO接口，利用IO接口与现场检测采集设备实现远程传输控制连接；

检测单元，用于对所述巡检单元所处位置的土壤检测指标项进行检测，巡检单元为检测单元提供电源以及数据接口；

采集单元，用于采集所述巡检单元所处位置周边的土壤作物图像，并上传到CPS边缘模块及CPS智能云平台；

CPS边缘模块，集成任务调度系统、IO管理、设备运行日志和数据管理，通过IO接口接入工控主机，根据任务规划调度巡检单元执行巡检任务，与CPS智能云平台数据互联互通，并对管理平台的远程指令提供相应对接；

CPS智能云平台，支持微服务架构、高并发、支持提供设备连接的标准协议、支持云和本地部署以及应用层协议的传输加密；

管理平台，通过超文本传输协议与CPS智能云平台连接，支持检测任务的运行与监控，包括所述巡检单元的位置实时显示和设备状态查看，检测单元和采集单元实时采集数据，支持检测结果的统计分析与报告，支持分角色、分权限管理检测任务与数据。

进一步的，所述巡检单元包括行走底盘、设备舱、工控主机、避障模块和定位模块，所述行走底盘的两侧设置有履带，与所述履带转动连接的主动轮和从动轮均安装在行走底盘上，且所述主动轮与驱动电机的输出端连接，所述驱动电机与动力电池电性连接，所述设备舱安装在两侧履带之间的行走底盘上，在设备舱内设置所述工控主机、定位模块、动力电池以及驱动电机，用于探测障碍物的所述避障模块均匀间隔的设置安装在行走底盘的前端和后端的表面，避障模块为探测雷达中的毫米波雷达和激光雷达的任意一种或两种组合，定位模块在获取GPS 的输出信息基础上，对巡检单元进行定位，同时根据经纬度信息，利用导航算法实现巡检单元的全局导航，在行驶的过程中，利用避障模块对障碍物进行检测识别，根据获取的信息，做出判断使巡检单元避开障碍物。

进一步的，所述检测单元包括六轴机械臂、土壤检测模块和气象监测模块，所述六轴机械臂安装在所述巡检单元一侧的上端面，所述气象监测模块安装在巡检单元另一侧的上端面，安装在六轴机械臂端部的所述土壤检测模块包括土壤湿度探针、土壤PH计探针、电导率探针以及温度探针，且土壤检测模块的轴线所在的平面与六轴机械臂端部的端面之间平行分布，根据检测需要，通过六轴机械臂的转动调节土壤检测模块上的探针的倾斜角度以及水平高度，将探针插入待检测土壤中，所述气象监测模块包括风速风向监测器、空气温湿度监测器、大气压监测器和光照强度监测器，所述光照强度监测器为内置光敏元件的圆盘状光线接收器，通过立柱以架空的方式安装于气象监测模块的顶部，在所述光照强度监测器的下部，沿气象监测模块基座的圆周均匀安装所述风速风向监测器、空气温湿度监测器和大气压监测器，且安装后的空气温湿度监测器和大气压监测器的高度低于风速风向监测器的高度。

进一步的，所述采集单元为带有云台控制功能的球机，通过云台基座安装在所述巡检单元顶端面，并通过控制信号RS485连接至所述工控主机，并由工控主机统一进行管理控制，所述球机上的摄像头支持水平方向上360°和垂直方向上180°旋转，对采集单元周边环境进行拍摄，支持2400万高分辨率定时抓图，并将抓图实时传输至所述CPS智能云平台及管理平台。

进一步的，所述CPS边缘模块与所述工控主机之间采用话题通讯机制进行信息传输，通过IO接口通信方式进行连接，对所述巡检单元、检测单元及采集单元的任务进行调度，并详细记录巡检单元、检测单元及采集单元的运行日志，将检测单元及采集单元的检测采集数据上传至所述CPS智能云平台。

进一步的，所述CPS智能云平台为使用开源技术构建的可水平扩展平台，CPS智能云平台的无单点故障集群中的每个服务器节点都是相同的，单个服务器节点根据用例同时处理多个设备，所述应用层协议包括MQTT和HTTP协议的传输加密。

一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法，所述巡检方法包括以下内容：

S1步骤，任务配置，在管理平台中，通过任务配置菜单，进行土壤巡检相关的任务配置，在任务配置界面中，为巡检单元的移动在地图上依次标注一系列的监测点位，制定巡检全局路径规划，点击任意一个监测点位，进行配置或修改监测点位的检测指标项，巡检单元根据监测点位顺序和检测指标项执行巡检任务，任务配置编辑完成后保存到任务列表菜单中；

S2步骤，创建任务，在任务列表菜单中，选择任务配置，根据任务配置选择装配有检测单元和采集单元的巡检单元，完成创建巡检任务；

S3步骤，任务执行，当任务开始之后，CPS智能云平台将通过CPS边缘模块获取当前巡检单元的各项状态，若巡检单元处于就绪状态，则表示任务能够正常执行，随后CPS智能云平台将获取此次任务配置的监测点位顺序和检测指标项，通过定位模块获取当前巡检单元的定位，进行当前位置和下一个监测点位的导航计算，控制巡检单元从当前位置移动到相应的监测点位，等待巡检单元到达指定监测点位后，CPS边缘模块采用话题通讯机制通过利用工控主机控制检测单元中六轴机械臂上的土壤检测模块的探针进行下探动作，对监测点位土壤的检测指标项进行检测，完成检测后六轴机械臂上移收回探针，标志着此监测点位的检测任务完成；

S4步骤，数据上传，根据S3步骤，巡检单元逐项完成各个监测点位土壤的检测指标项，待所有监测点位的巡检任务结束之后，巡检单元将自动导航回到初始位置，标志着此次巡检任务结束，同时将本次巡检任务所有监测点位的检测结果上传至CPS智能云平台及管理平台，管理平台对检测结果进行数据统计、分析形成巡检报告，并对检测结果及巡检报告的读取设置相应的角色及权限。

进一步的，在所述S3步骤中，

首先对巡检单元进行位置信息初始化处理，初始化成功后，通过串口通信方式启动巡检单元，巡检单元根据巡检全局路径规划，获取初始位置的GPS经纬度信息；

然后输入目标位置的GPS经纬度信息，进行全局定位，确定行驶方位，若目标位置在巡检单元的前进方向，则向前行驶，并进行障碍物检测，若目标位置不在巡检单元的前进方向，则重新确定车的行驶方位并调整巡检单元的行驶姿态，直至目标位置在巡检单元的前进方向；

巡检单元在行进过程中，若避障模块检测到前进方向存在障碍物，则进行局部路径规划，进行有效避障，若在局部路径规划行进中再次检测到障碍物，则再次进行局部路径规划，直至避障结束，巡检单元继续按照全局路径规划行进，到达目标位置后，自动停止导航，开始执行监测点位土壤的检测指标项。

进一步的，在所述S3步骤中，CPS边缘模块采用话题通讯机制通进行通信，以实现巡检单元的稳定运行，其中话题通讯机制是通过节点之间传递消息进行信息传输，节点之间建立数据通讯的步骤如下：

1）、talker及listener注册，通过1234端口向master注册信息，包括话题名；

2）、ros master信息匹配，通过listener的订阅信息，在注册列表中查找，并通过RPC向listener发布talker的RPC地址信息；

3）、listener发送连接请求，根据master给的地址，通过RPC向talker发送连接请求、话题名、消息类型和通讯协议；

4）、talker确认连接请求，通过RPC向listener确认连接信息，包含TCP地址；

5）、listener尝试与talker建立网络连接，talker向listener发布数据。

进一步的，在所述S3步骤钟，巡检单元任务执行时，除了利用土壤检测模块对监测点位土壤的检测指标项进行检测外，还利用气象监测模块对监测点位的气象条件进行监测，所述监测点位土壤的检测指标项包括土壤的湿度、土壤的PH值、土壤的电导率以及土壤的温度，所述气象条件包括监测点位的风速风向、空气温湿度、大气压和光照强度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所提出的土壤检测的巡检系统机巡检方法，能够替代人工巡检提高土壤监测效率的同时，能够精确规划更为合理的监测路径及监测点位，根据应用需求，获取更多的土壤数据及实时的气象数据，提高应用者对农林业现场的环境变化掌控率，实现土壤数据采集的信息化和规模化。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于土壤检测的巡检系统的组成逻辑关系连接示意图；

图2为本发明提出的一种用于土壤检测的巡检系统的硬件组成结构示意图；

图3为本发明提出的一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法的；

图4为本发明提出的一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法中的巡检单元避障流程示意图；

图5为本发明提出的一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法中节点之间传递消息的逻辑示意图。

图中各标号：1、底座；2、臂轴一；3、臂轴二；4、臂轴三；5、臂轴四；6、臂轴五；7、土壤检测模块；8、气象监测模块；9、球机；10、避障模块；11、行走底盘；12、设备舱；13、履带；14、主动轮；15、从动轮。

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。

实施例一

一种用于土壤检测的巡检系统，如图1所示，该系统包括巡检单元、检测单元、采集单元、CPS边缘模块、CPS智能云平台以及管理平台。其中，

巡检单元，为户外移动机器人，内设的工控主机提供多种远程通讯的IO接口，利用IO接口与现场检测采集设备实现远程传输控制连接，本实施例中现场检测采集设备包括检测单元和采集单元。

检测单元，用于对巡检单元所处位置的土壤检测指标项进行检测，巡检单元为检测单元提供电源以及数据接口。

采集单元，用于采集所述巡检单元所处位置周边的土壤作物图像，并上传到CPS边缘模块及CPS智能云平台。

CPS边缘模块，集成任务调度系统、IO管理、设备运行日志和数据管理，通过IO接口接入工控主机，根据任务规划调度巡检单元执行巡检任务，通过REST风格的HTTP方式连接与CPS智能云平台数据互联互通，并对管理平台的远程指令提供相应对接。

CPS智能云平台，支持微服务架构、高并发、支持提供设备连接的标准协议、支持云和本地部署以及应用层协议（MQTT和HTTP协议）的传输加密。

管理平台，通过超文本传输协议与CPS智能云平台连接（具体可以为通过REST风格的HTTP方式连接），支持检测任务的运行与监控，包括巡检单元的位置实时显示和设备状态查看，检测单元和采集单元实时采集数据，支持检测结果的统计分析与报告，支持分角色、分权限管理检测任务与数据。

CPS边缘模块与工控主机之间采用话题通讯机制进行信息传输，通过IO接口通信方式进行连接，也可采用网口或TCP的任意一种通信方式进行连接，对巡检单元、检测单元及采集单元的任务进行调度，并详细记录巡检单元、检测单元及采集单元的运行日志，将检测单元及采集单元的检测采集数据上传至CPS智能云平台，为提升扩展性、容错性和高性能，CPS智能云平台为使用开源技术构建的可水平扩展平台，CPS智能云平台的无单点故障集群中的每个服务器节点都是相同的，单个服务器节点根据用例同时处理多个设备，处理数量多达几十甚至数十万台巡检设备，集群可以处理数百万台巡检设备。

具体的，如图2所示，巡检单元包括行走底盘11、设备舱12、工控主机、避障模块10和定位模块，行走底盘11的两侧设置有履带13，与履带13转动连接的主动轮14和从动轮15均安装在行走底盘11上，且主动轮14与驱动电机的输出端连接，驱动电机与动力电池电性连接，设备舱12安装在两侧履带13之间的行走底盘11上，在设备舱12内设置工控主机、定位模块、动力电池以及驱动电机，用于探测障碍物的避障模块10均匀间隔的设置安装在行走底盘11的前端和后端的表面；

作为本实施优选的方案，避障模块10为探测雷达中的毫米波雷达和激光雷达的任意一种或两种组合。

定位模块在获取GPS 的输出信息基础上，对巡检单元进行定位，同时根据经纬度信息，利用导航算法实现巡检单元的全局导航，在行驶的过程中，利用避障模块10对障碍物进行检测识别，根据获取的信息，做出判断使巡检单元避开障碍物。

检测单元包括六轴机械臂、土壤检测模块7和气象监测模块8，六轴机械臂安装在巡检单元一侧的上端面，包括底座1、臂轴一2、臂轴二3、臂轴三4、臂轴四5和臂轴五6；其中底座1安装在设备舱12上，臂轴一2、臂轴二3、臂轴三4、臂轴四5和臂轴五6依次连接，土壤检测模块7安装在臂轴五6上，安装在六轴机械臂端部（臂轴五6）的土壤检测模块7包括土壤湿度探针、土壤PH计探针、电导率探针以及温度探针，且土壤检测模块7的轴线所在的平面与六轴机械臂端部（臂轴五6）的端面之间平行分布，值得一提的时，为了便于控制六轴检测臂及土壤检测模块7，实现数字化精确控制，本实施例还限定了六轴检测臂各转动结构的转动参数范围，其中底座1、臂轴四5和臂轴五6的转动范围为±175°，臂轴一2和臂轴三4的转动范围为＋85°~－265°，臂轴二3的转动范围为±150°，通过控制调节六轴检测臂中上述各转动结构部件的转动参数，实现土壤检测模块7对土壤检测的精确定位和检测，根据检测需要，通过六轴机械臂的转动调节土壤检测模块7上的探针的倾斜角度以及水平高度，将探针插入待检测土壤中。

气象监测模块8安装在巡检单元另一侧的上端面，气象监测模块8包括风速风向监测器、空气温湿度监测器、大气压监测器和光照强度监测器，光照强度监测器为内置光敏元件的圆盘状光线接收器，通过立柱以架空的方式安装于气象监测模块8的顶部，在光照强度监测器的下部，沿气象监测模块8基座的圆周均匀安装风速风向监测器、空气温湿度监测器和大气压监测器，且安装后的空气温湿度监测器和大气压监测器的高度低于风速风向监测器的高度，以免对风速和方向的监测准确性造成干扰。

采集单元为带有云台控制功能的球机9，通过云台基座安装在巡检单元顶端面，与气象监测模块8并排布置，并沿六轴机械臂所在位置的轴线方向对称设置，采集单元通过控制信号RS485连接至工控主机，并由工控主机统一进行管理控制，球机9上的摄像头支持水平方向上360°和垂直方向上180°旋转，对采集单元周边环境进行拍摄，以适应不同地形的监测需要，同时也能够监测巡检单元和检测单元的运行状态，此外还设置补光灯，以便夜间紧急情况下使用，且球机9上的摄像头支持2400万高分辨率定时抓图，并将抓图实时传输至CPS智能云平台及管理平台，摄像头支持雨刷，采用由天然橡胶制造而成，抗紫外线、抗磨擦、耐高低温以及耐腐蚀的雨刮片。

实施例二

如图3所示，一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法，巡检方法包括以下内容：

S1步骤，任务配置，在管理平台中，通过任务配置菜单，进行土壤巡检相关的任务配置，在任务配置界面中，为巡检单元的移动在地图上依次标注一系列的监测点位，制定巡检全局路径规划，点击任意一个监测点位，进行配置或修改监测点位的检测指标项，巡检单元根据监测点位顺序和检测指标项执行巡检任务，任务配置编辑完成后保存到任务列表菜单中；

S2步骤，创建任务，在任务列表菜单中，选择任务配置，根据任务配置选择装配有检测单元和采集单元的巡检单元，完成创建巡检任务；

S3步骤，任务执行，当任务开始之后，CPS智能云平台将通过CPS边缘模块获取当前巡检单元的各项状态，若巡检单元处于就绪状态，则表示任务能够正常执行，若巡检单元未处于就绪状态，则结束任务；任务能够正常执行后，CPS智能云平台将获取此次任务配置的监测点位顺序和检测指标项，通过定位模块获取当前巡检单元的定位，进行当前位置和下一个监测点位的导航计算，控制巡检单元从当前位置移动到相应的监测点位，等待巡检单元到达指定监测点位后，CPS边缘模块采用话题通讯机制通过利用工控主机控制检测单元中六轴机械臂上的土壤检测模块7的探针进行下探动作，对监测点位土壤的检测指标项进行检测，完成检测后六轴机械臂上移收回探针，标志着此监测点位的检测任务完成；

S4步骤，数据上传，根据S3步骤，巡检单元逐项完成各个监测点位土壤的检测指标项，并根据任务列表菜单的任务配置，判断任务是否完成，若未完成，则继续执行S3步骤，待所有监测点位的巡检任务结束之后，巡检单元将自动导航回到初始位置，标志着此次巡检任务结束，同时将本次巡检任务所有监测点位的检测结果上传至CPS智能云平台及管理平台，管理平台对检测结果进行数据统计、分析形成巡检报告，并对检测结果及巡检报告的读取设置相应的角色及权限。

作为本实施例优选的方案，如图4所示，在S3步骤中，首先对巡检单元进行位置信息初始化处理，初始化成功后，通过IO接口的串口通信方式启动巡检单元，若为启动成功，则继续启动，直至启动成功，方可进入下一步，巡检单元根据巡检全局路径规划，获取初始位置的GPS经纬度信息。

然后输入目标位置的GPS经纬度信息，进行全局定位，确定行驶方位，若目标位置在巡检单元的前进方向，则向前行驶，并进行障碍物检测，若目标位置不在巡检单元的前进方向，则重新确定车的行驶方位并调整巡检单元的行驶姿态，直至目标位置在巡检单元的前进方向。

巡检单元在行进过程中，若避障模块10检测到前进方向存在障碍物，则进行局部路径规划，进行有效避障，若在局部路径规划行进中再次检测到障碍物，则再次进行局部路径规划，直至避障结束，巡检单元继续按照全局路径规划行进，到达目标位置后，自动停止导航，开始执行监测点位土壤的检测指标项。

作为本实施例优选的方案，如图5所示，在S3步骤中，CPS边缘模块采用话题通讯机制通进行通信，以实现巡检单元的稳定运行，其中话题通讯机制是通过节点之间传递消息进行信息传输，节点之间建立数据通讯的步骤如下：

1）、talker及listener注册，通过1234端口向master注册信息，包括话题名；

2）、ros master信息匹配，通过listener的订阅信息，在注册列表中查找，并通过RPC向listener发布talker的RPC地址信息；

3）、listener发送连接请求，根据master给的地址，通过RPC向talker发送连接请求、话题名、消息类型和通讯协议；

4）、talker确认连接请求，通过RPC向listener确认连接信息，包含TCP地址；

5）、listener尝试与talker建立网络连接，talker向listener发布数据。

作为本实施例优选的方案，在S3步骤钟，巡检单元任务执行时，除了利用土壤检测模块7对监测点位土壤的检测指标项进行检测外，还利用气象监测模块8对监测点位的气象条件进行监测，监测点位土壤的检测指标项包括土壤的湿度、土壤的PH值、土壤的电导率以及土壤的温度，气象条件包括监测点位的风速风向、空气温湿度、大气压和光照强度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，包括：

巡检单元，为户外移动机器人，内设的工控主机提供多种远程通讯的IO接口，利用IO接口与现场检测采集设备实现远程传输控制连接；

检测单元，用于对所述巡检单元所处位置的土壤检测指标项进行检测，巡检单元为检测单元提供电源以及数据接口；

采集单元，用于采集所述巡检单元所处位置周边的土壤作物图像，并上传到CPS边缘模块及CPS智能云平台；

CPS边缘模块，集成任务调度系统、IO管理、设备运行日志和数据管理，通过IO接口接入工控主机，根据任务规划调度所述巡检单元执行巡检任务，与所述CPS智能云平台数据互联互通，并对管理平台的远程指令提供相应对接；

CPS智能云平台，支持微服务架构、高并发、支持提供设备连接的标准协议、支持云和本地部署以及应用层协议的传输加密；

管理平台，通过超文本传输协议与CPS智能云平台连接，支持检测任务的运行与监控，包括所述巡检单元的位置实时显示和设备状态查看，检测单元和采集单元实时采集数据，支持检测结果的统计分析与报告，支持分角色、分权限管理检测任务与数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述巡检单元包括行走底盘、设备舱、工控主机、避障模块和定位模块，所述行走底盘的两侧设置有履带，与所述履带转动连接的主动轮和从动轮均安装在行走底盘上，且所述主动轮与驱动电机的输出端连接，所述驱动电机与动力电池电性连接，所述设备舱安装在两侧履带之间的行走底盘上，在设备舱内设置所述工控主机、定位模块、动力电池以及驱动电机，用于探测障碍物的所述避障模块均匀间隔的设置安装在行走底盘的前端和后端的表面，避障模块为探测雷达中的毫米波雷达和激光雷达的任意一种或两种组合，定位模块在获取GPS 的输出信息基础上，对巡检单元进行定位，同时根据经纬度信息，利用导航算法实现巡检单元的全局导航，在行驶的过程中，利用避障模块对障碍物进行检测识别，根据获取的信息，做出判断使巡检单元避开障碍物。

3.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述检测单元包括六轴机械臂、土壤检测模块和气象监测模块，所述六轴机械臂安装在所述巡检单元一侧的上端面，所述气象监测模块安装在巡检单元另一侧的上端面，安装在六轴机械臂端部的所述土壤检测模块包括土壤湿度探针、土壤PH计探针、电导率探针以及温度探针，且土壤检测模块的轴线所在的平面与六轴机械臂端部的端面之间平行分布，根据检测需要，通过六轴机械臂的转动调节土壤检测模块上的探针的倾斜角度以及水平高度，将探针插入待检测土壤中，所述气象监测模块包括风速风向监测器、空气温湿度监测器、大气压监测器和光照强度监测器，所述光照强度监测器为内置光敏元件的圆盘状光线接收器，通过立柱以架空的方式安装于气象监测模块的顶部，在所述光照强度监测器的下部，沿气象监测模块基座的圆周均匀安装所述风速风向监测器、空气温湿度监测器和大气压监测器，且安装后的空气温湿度监测器和大气压监测器的高度低于风速风向监测器的高度。

4.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述采集单元为带有云台控制功能的球机，通过云台基座安装在所述巡检单元顶端面，并通过控制信号RS485连接至所述工控主机，并由工控主机统一进行管理控制，所述球机上的摄像头支持水平方向上360°和垂直方向上180°旋转，对采集单元周边环境进行拍摄，支持2400万高分辨率定时抓图，并将抓图实时传输至所述CPS智能云平台及管理平台。

5.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述CPS边缘模块与所述工控主机之间采用话题通讯机制进行信息传输，通过IO接口通信方式进行连接，对所述巡检单元、检测单元及采集单元的任务进行调度，并详细记录巡检单元、检测单元及采集单元的运行日志，将检测单元及采集单元的检测采集数据上传至所述CPS智能云平台。

6.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述CPS智能云平台为使用开源技术构建的可水平扩展平台，CPS智能云平台的无单点故障集群中的每个服务器节点都是相同的，单个服务器节点根据用例同时处理多个设备，所述应用层协议包括MQTT和HTTP协议的传输加密。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法，其特征在于，所述巡检方法包括以下内容：

S1步骤，任务配置，在管理平台中，通过任务配置菜单，进行土壤巡检相关的任务配置，在任务配置界面中，为巡检单元的移动在地图上依次标注一系列的监测点位，制定巡检全局路径规划，点击任意一个监测点位，进行配置或修改监测点位的检测指标项，巡检单元根据监测点位顺序和检测指标项执行巡检任务，任务配置编辑完成后保存到任务列表菜单中；

S2步骤，创建任务，在任务列表菜单中，选择任务配置，根据任务配置选择装配有检测单元和采集单元的巡检单元，完成创建巡检任务；

S3步骤，任务执行，当任务开始之后，CPS智能云平台将通过CPS边缘模块获取当前巡检单元的各项状态，若巡检单元处于就绪状态，则表示任务能够正常执行，随后CPS智能云平台将获取此次任务配置的监测点位顺序和检测指标项，通过定位模块获取当前巡检单元的定位，进行当前位置和下一个监测点位的导航计算，控制巡检单元从当前位置移动到相应的监测点位，等待巡检单元到达指定监测点位后，CPS边缘模块采用话题通讯机制通过利用工控主机控制检测单元中六轴机械臂上的土壤检测模块的探针进行下探动作，对监测点位土壤的检测指标项进行检测，完成检测后六轴机械臂上移收回探针，标志着此监测点位的检测任务完成；

S4步骤，数据上传，根据S3步骤，巡检单元逐项完成各个监测点位土壤的检测指标项，待所有监测点位的巡检任务结束之后，巡检单元将自动导航回到初始位置，标志着此次巡检任务结束，同时将本次巡检任务所有监测点位的检测结果上传至CPS智能云平台及管理平台，管理平台对检测结果进行数据统计、分析形成巡检报告，并对检测结果及巡检报告的读取设置相应的角色及权限。

8.根据权利要求7所述的一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法，其特征在于，在所述S3步骤中，

首先对巡检单元进行位置信息初始化处理，初始化成功后，通过串口通信方式启动巡检单元，巡检单元根据巡检全局路径规划，获取初始位置的GPS经纬度信息；

然后输入目标位置的GPS经纬度信息，进行全局定位，确定行驶方位，若目标位置在巡检单元的前进方向，则向前行驶，并进行障碍物检测，若目标位置不在巡检单元的前进方向，则重新确定车的行驶方位并调整巡检单元的行驶姿态，直至目标位置在巡检单元的前进方向；

巡检单元在行进过程中，若避障模块检测到前进方向存在障碍物，则进行局部路径规划，进行有效避障，若在局部路径规划行进中再次检测到障碍物，则再次进行局部路径规划，直至避障结束，巡检单元继续按照全局路径规划行进，到达目标位置后，自动停止导航，开始执行监测点位土壤的检测指标项。

9.根据权利要求7所述的一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法，其特征在于，在所述S3步骤中，CPS边缘模块采用话题通讯机制通进行通信，以实现巡检单元的稳定运行，其中话题通讯机制是通过节点之间传递消息进行信息传输，节点之间建立数据通讯的步骤如下：

1）、talker及listener注册，通过1234端口向master注册信息，包括话题名；

2）、ros master信息匹配，通过listener的订阅信息，在注册列表中查找，并通过RPC向listener发布talker的RPC地址信息；

3）、listener发送连接请求，根据master给的地址，通过RPC向talker发送连接请求、话题名、消息类型和通讯协议；

4）、talker确认连接请求，通过RPC向listener确认连接信息，包含TCP地址；

5）、listener尝试与talker建立网络连接，talker向listener发布数据。

10.根据权利要求7所述的一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法，其特征在于，在所述S3步骤钟，巡检单元任务执行时，除了利用土壤检测模块对监测点位土壤的检测指标项进行检测外，还利用气象监测模块对监测点位的气象条件进行监测，所述监测点位土壤的检测指标项包括土壤的湿度、土壤的PH值、土壤的电导率以及土壤的温度，所述气象条件包括监测点位的风速风向、空气温湿度、大气压和光照强度。