CN116795157A - 基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法和系统，其对温室大棚内部进行分区补光和灌溉管理，使得长势较差作物优先获得栽培照顾，同时还能够对温室大棚内部的大气环境进行成分调整，提高作物进行光合作用的效率，保证温室大棚内部作物的生长管理可靠性和可持续性。

Description

基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法和系统

技术领域

本发明涉及农作物种植管理的技术领域，特别涉及基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法和系统。

背景技术

温室大棚用于农作物的大面积种植，其能够在不同季节为农作物提供稳定合适的种植环境条件。现有的温室大棚内部安装有温度传感器和湿度传感器等不同类型的传感器，用于实时检测温室大棚内部的环境状态，以此适应性调整温室大棚内部的环境参数，以及按照预定模式对农作物进行定期的灌溉等。但是上述温室大棚的管理方式是对温室大棚内部进行单一的温度或湿度调节，并且其灌溉模式是固定不变，其无法对温室大棚内部不同区域进行独立的管理，降低温室大棚内部农作物的生长管理可靠性和可持续性。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法和系统，其拍摄与分析温室大棚内部的作物影像，确定作物长势不满足预定条件的区域；根据该区域的自然光照状态信息，得到作物在竖直方向的受光辐射状态信息，以此调整对作物的补光照射操作的照射参数；根据该区域的作物茎叶表面状态信息，调整对作物进行灌溉操作的灌溉参数；根据温室大棚内部的大气成分状态信息，判断大气环境是否抑制作物的正常生长，以此调整温室大棚内部的大气环境参数，其对温室大棚内部进行分区补光和灌溉管理，使得长势较差作物优先获得栽培照顾，同时还能够对温室大棚内部的大气环境进行成分调整，提高作物进行光合作用的效率，保证温室大棚内部作物的生长管理可靠性和可持续性。

本发明提供基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法，包括如下步骤：

步骤S1，对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对所述作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据所述作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域；

步骤S2，通过物联网获取所述区域的自然光照状态信息，以此确定所述区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；根据所述受光辐射状态信息，调整对所述区域的作物进行补光照射操作的照射参数；

步骤S3，对所述区域的作物影像进行分析处理，确定所述区域的作物茎叶表面状态信息；根据所述作物茎叶表面状态信息，调整对所述区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数；

步骤S4，通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；根据所述判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数。

进一步，在所述步骤S1中，对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对所述作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据所述作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域，包括：

对温室大棚内部进行扫描拍摄，得到作物可见光影像；从所述作物可见光影像中提取得到作物的茎叶轮廓信息，根据所述茎叶轮廓信息，得到作物的茎叶生长面积，以此作为所述作为生长状态信息；

根据作物的茎叶生长面积，得到温室大棚内部预先划分的每个网格区域中所有作物的茎叶生长面积与网格区域面积之间的比值；若所述比值小于预设比例阈值，则将对应网格区域确定属于作物长势较差区域；否则，将对应网格区域确定不属于作物长势较差区域。

进一步，在所述步骤S2中，通过物联网获取所述区域的自然光照状态信息，以此确定所述区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；根据所述受光辐射状态信息，调整对所述区域的作物进行补光照射操作的照射参数，包括：

通过物联网获取所述作物长势较差区域在竖直方向上的自然光照强度变化信息；对所述作物长势较差区域对应的作物影像进行分析处理，得到所述作物长势较差区域的作物在竖直方向上的叶子覆盖面积变化信息；

根据所述自然光照强度变化信息和所述叶子覆盖面积变化信息，得到所述作物长势较差区域的作物沿竖直方向每个间隔预设距离的位置上单位面积叶子接收到的光照强度值，以此作为所述受光辐射状态信息；

若在竖直方向上某一位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则增大对应位置的人工补光照射强度；否则，保持对应位置当前的人工补光照射强度不变。

进一步，在所述步骤S2中，还包括：

若存在多个作物位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则进行大广角的人工补光照射，根据所述作物位置的分布情况确定人工补光照射的位置点以及人工补光照射的照射半径，其过程为：

步骤S201，将所述温室大棚区域的地面建立平面直角坐标系，则每个作物位置点均用坐标进行表示，利用下面公式(1)，根据光照强度值小于或等于预设强度阈值的作物位置点分布情况，判断是否需要进入大广角的人工补光照射，

在上述公式(1)中，E表示进入大广角的人工补光照射的控制值；L表示所述大广角的人工补光照射可照射到的最大圆形范围的直径值；k表示实际平面的单位线段与所建立的坐标系单位线段之间比例值；[X(a),Y(a)]表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第a个作物位置坐标点；[X(b),Y(b)]表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第b个作物位置坐标点；n表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的作物位置总个数；表示将a的值从1取值到n，将b的值从1取值到n代入到括号内得到括号内的最大值；

若E＝1，则控制进入大广角的人工补光照射，并进入下面步骤S201；

若E＝0，则控制不进入大广角的人工补光照射，依然根据对应位置关系对相应的位置进行独立人工补光照射；

步骤S202，若进入大广角的人工补光照射，利用下面公式(2)，根据所述作作物位置的分布情况，确定人工补光照射的控制照射位置点，

在上述公式(2)中，(x₀,y₀)表示人工补光照射的控制照射位置坐标点；G(a)表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第a个作物位置的光照强度值；

步骤S203，利用下面公式(3)，根据所述人工补光照射的位置点以及所述作物位置的分布情况，确定人工补光照射的控制照射半径，

在上述公式(3)中，R表示人工补光照射的控制照射半径；表示将a的值从1取值到n代入到括号内得到括号内的最大值；

若进入大广角的人工补光照射，则控制人工补光照射的照射位置点为(x₀,y₀)，照射半径控制为R，即可利用单一的大光源对所述温室大棚区域进行大广角的人工补光照射。

进一步，在所述步骤S3中，对所述区域的作物影像进行分析处理，确定所述区域的作物茎叶表面状态信息；根据所述作物茎叶表面状态信息，调整对所述区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数，包括：

从所述作物长势较差区域的作物影像提取得到画面像素色度分布信息，根据所述画面像素色度分布信息，得到作物茎叶表面存在的干枯区域面积；

若所述干枯区域面积在整个作物茎叶表面的面积占比大于或等于预设面积占比阈值，则增加对作物的滴灌流量和/或滴灌持续时间。

进一步，在所述步骤S4中，通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；根据所述判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数，包括：

通过物联网获取温室大棚内部大气环境中的二氧化碳浓度信息；根据所述二氧化碳浓度信息，确定在日间时段温室大棚内部大气环境的二氧化碳浓度是否低于预设浓度阈值；若超过，则判断日间时段大气环境抑制作物的正常生长；若不超过，则判断日间时段大气环境未抑制作为的正常生长；

当日间时段大气环境抑制作物的正常生长，则增大向温室大棚内部输送二氧化碳的输送量。

本发明还提供基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统，包括：

影像拍摄与分析模块，用于对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对所述作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据所述作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域；

光照信息收集与分析模块，用于通过物联网获取所述区域的自然光照状态信息，以此确定所述区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；

补光调整模块，用于根据所述受光辐射状态信息，调整对所述区域的作物进行补光照射操作的照射参数；

作物茎叶状态确定模块，用于对所述区域的作物影像进行分析处理，确定所述区域的作物茎叶表面状态信息；

灌溉调整模块，用于根据所述作物茎叶表面状态信息，调整对所述区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数；

大气成分信息收集与分析模块，用于通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；

大气环境调整模块，用于根据所述判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数。

进一步，所述影像拍摄与分析模块对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对所述作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据所述作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域，包括：

对温室大棚内部进行扫描拍摄，得到作物可见光影像；从所述作物可见光影像中提取得到作物的茎叶轮廓信息，根据所述茎叶轮廓信息，得到作物的茎叶生长面积，以此作为所述作为生长状态信息；

根据作物的茎叶生长面积，得到温室大棚内部预先划分的每个网格区域中所有作物的茎叶生长面积与网格区域面积之间的比值；若所述比值小于预设比例阈值，则将对应网格区域确定属于作物长势较差区域；否则，将对应网格区域确定不属于作物长势较差区域。

进一步，所述光照信息收集与分析模块，通过物联网获取所述区域的自然光照状态信息，以此确定所述区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息，包括：

通过物联网获取所述作物长势较差区域在竖直方向上的自然光照强度变化信息；对所述作物长势较差区域对应的作物影像进行分析处理，得到所述作物长势较差区域的作物在竖直方向上的叶子覆盖面积变化信息；

根据所述自然光照强度变化信息和所述叶子覆盖面积变化信息，得到所述作物长势较差区域的作物沿竖直方向每个间隔预设距离的位置上单位面积叶子接收到的光照强度值，以此作为所述受光辐射状态信息；

所述补光调整模块根据所述受光辐射状态信息，调整对所述区域的作物进行补光照射操作的照射参数，包括：

若在竖直方向上某一位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则增大对应位置的人工补光照射强度；否则，保持对应位置当前的人工补光照射强度不变。

进一步，所述作物茎叶状态确定模块对所述区域的作物影像进行分析处理，确定所述区域的作物茎叶表面状态信息，包括：

从所述作物长势较差区域的作物影像提取得到画面像素色度分布信息，根据所述画面像素色度分布信息，得到作物茎叶表面存在的干枯区域面积；

所述灌溉调整模块根据所述作物茎叶表面状态信息，调整对所述区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数，包括：

若所述干枯区域面积在整个作物茎叶表面的面积占比大于或等于预设面积占比阈值，则增加对作物的滴灌流量和/或滴灌持续时间。

进一步，所述大气成分信息收集与分析模块通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长，包括：

通过物联网获取温室大棚内部大气环境中的二氧化碳浓度信息；根据所述二氧化碳浓度信息，确定在日间时段温室大棚内部大气环境的二氧化碳浓度是否低于预设浓度阈值；若超过，则判断日间时段大气环境抑制作物的正常生长；若不超过，则判断日间时段大气环境未抑制作为的正常生长；

所述大气环境调整模块根据所述判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数，包括：

当日间时段大气环境抑制作物的正常生长，则增大向温室大棚内部输送二氧化碳的输送量。

相比于现有技术，该基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法和系统拍摄与分析温室大棚内部的作物影像，确定作物长势不满足预定条件的区域；根据该区域的自然光照状态信息，得到作物在竖直方向的受光辐射状态信息，以此调整对作物的补光照射操作的照射参数；根据该区域的作物茎叶表面状态信息，调整对作物进行灌溉操作的灌溉参数；根据温室大棚内部的大气成分状态信息，判断大气环境是否抑制作物的正常生长，以此调整温室大棚内部的大气环境参数，其对温室大棚内部进行分区补光和灌溉管理，使得长势较差作物优先获得栽培照顾，同时还能够对温室大棚内部的大气环境进行成分调整，提高作物进行光合作用的效率，保证温室大棚内部作物的生长管理可靠性和可持续性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法的流程示意图。

图2为本发明提供的基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统的结构示意图。

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作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。

参阅图1，为本发明实施例提供的基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法的流程示意图。该基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法包括如下步骤：

步骤S1，对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对该作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据该作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域；

步骤S2，通过物联网获取该区域的自然光照状态信息，以此确定该区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；根据该受光辐射状态信息，调整对该区域的作物进行补光照射操作的照射参数；

步骤S3，对该区域的作物影像进行分析处理，确定该区域的作物茎叶表面状态信息；根据该作物茎叶表面状态信息，调整对该区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数；

步骤S4，通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；根据该判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数。

上述技术方案的有益效果为：该基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法拍摄与分析温室大棚内部的作物影像，确定作物长势不满足预定条件的区域；根据该区域的自然光照状态信息，得到作物在竖直方向的受光辐射状态信息，以此调整对作物的补光照射操作的照射参数；根据该区域的作物茎叶表面状态信息，调整对作物进行灌溉操作的灌溉参数；根据温室大棚内部的大气成分状态信息，判断大气环境是否抑制作物的正常生长，以此调整温室大棚内部的大气环境参数，其对温室大棚内部进行分区补光和灌溉管理，使得长势较差作物优先获得栽培照顾，同时还能够对温室大棚内部的大气环境进行成分调整，提高作物进行光合作用的效率，保证温室大棚内部作物的生长管理可靠性和可持续性。

优选地，在该步骤S1中，对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对该作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据该作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域，包括：

对温室大棚内部进行扫描拍摄，得到作物可见光影像；从该作物可见光影像中提取得到作物的茎叶轮廓信息，根据该茎叶轮廓信息，得到作物的茎叶生长面积，以此作为该作为生长状态信息；

根据作物的茎叶生长面积，得到温室大棚内部预先划分的每个网格区域中所有作物的茎叶生长面积与网格区域面积之间的比值；若该比值小于预设比例阈值，则将对应网格区域确定属于作物长势较差区域；否则，将对应网格区域确定不属于作物长势较差区域。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在温室大棚内部设置分布式摄像头，该分布式摄像头接入到物联网中，分布式摄像头对温室大棚内部进行扫描拍摄，并将拍摄得到的作物可见光影像通过物联网进行收集，再对作物可见光影像进行分析处理，得到温室大棚内部预先划分的每个网格区域中所有作物的茎叶生长面积与网格区域面积之间的比值，当该比值越大，表明对应网格区域内部的作物生长越茂盛，当该比值小于预设比例阈值，表明对应网格区域内部的作物生长状态较差，这样能够对温室大棚内部的不同网格区域进行区分。

优选地，在该步骤S2中，通过物联网获取该区域的自然光照状态信息，以此确定该区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；根据该受光辐射状态信息，调整对该区域的作物进行补光照射操作的照射参数，包括：

通过物联网获取该作物长势较差区域在竖直方向上的自然光照强度变化信息；对该作物长势较差区域对应的作物影像进行分析处理，得到该作物长势较差区域的作物在竖直方向上的叶子覆盖面积变化信息；

根据该自然光照强度变化信息和该叶子覆盖面积变化信息，得到该作物长势较差区域的作物沿竖直方向每个间隔预设距离的位置上单位面积叶子接收到的光照强度值，以此作为该受光辐射状态信息；

若在竖直方向上某一位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则增大对应位置的人工补光照射强度；否则，保持对应位置当前的人工补光照射强度不变。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在温室大棚内部的每个网格区域沿竖直方向依次间隔设置若干光照传感器，以形成分布式光照传感器，该分布式光照传感器接入到物联网中。分布式光照传感器对每个网格区域进行竖直方向的自然光照强度检测。由于在温室大棚内部作物通常是沿竖直方向放置栽培的，作物会对自然光造成遮挡，这使得每个网格区域沿竖直方向的自然光照强度发生变化，通常而言沿竖直方向越靠下的位置，对应的自然光照强度越小，这样沿竖直方向越靠下位置的作为，其接收到的自然光强度也越小。通过上述方式，能够对作物长势较差区域沿竖直方向上处于不同位置的作物的受光辐射状态信息变化情况进行量化判断，从而对竖直方向上光照强度值过小的位置增大人工补光照射强度，从而保证对作物长势较差区域的作物的光照均匀性。

优选地，在该步骤S2中，还包括：

若存在多个作物位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则进行大广角的人工补光照射，根据该作物位置的分布情况确定人工补光照射的位置点以及人工补光照射的照射半径，其过程为：

步骤S201，将该温室大棚区域的地面建立平面直角坐标系，则每个作物位置点均用坐标进行表示，利用下面公式(1)，根据光照强度值小于或等于预设强度阈值的作物位置点分布情况，判断是否需要进入大广角的人工补光照射，

在上述公式(1)中，E表示进入大广角的人工补光照射的控制值；L表示该大广角的人工补光照射可照射到的最大圆形范围的直径值；k表示实际平面的单位线段与所建立的坐标系单位线段之间比例值；[X(a),Y(a)]表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第a个作物位置坐标点；[X(b),Y(b)]表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第b个作物位置坐标点；n表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的作物位置总个数；表示将a的值从1取值到n，将b的值从1取值到n代入到括号内得到括号内的最大值；

若E＝1，则控制进入大广角的人工补光照射，并进入下面步骤S201；

若E＝0，则控制不进入大广角的人工补光照射，依然根据对应位置关系对相应的位置进行独立人工补光照射；

步骤S202，若进入大广角的人工补光照射，利用下面公式(2)，根据该作作物位置的分布情况，确定人工补光照射的控制照射位置点，

在上述公式(2)中，(x₀,y₀)表示人工补光照射的控制照射位置坐标点；G(a)表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第a个作物位置的光照强度值；

步骤S203，利用下面公式(3)，根据该人工补光照射的位置点以及该作物位置的分布情况，确定人工补光照射的控制照射半径，

在上述公式(3)中，R表示人工补光照射的控制照射半径；表示将a的值从1取值到n代入到括号内得到括号内的最大值；

若进入大广角的人工补光照射，则控制人工补光照射的照射位置点为(x₀,y₀)，照射半径控制为R，即可利用单一的大光源对该温室大棚区域进行大广角的人工补光照射。

上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)，根据光照强度值小于或等于预设强度阈值的作物位置点分布情况，判断是否需要进入大广角的人工补光照射，从而在多个作物位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则进行大广角的人工补光照射，一是便于对大广角的人工补光照射装置的控制，二是用一个照射装置实现所有的补光照射体现了系统的高效；然后利用上述公式(2)，根据该作作物位置的分布情况，确定人工补光照射的控制照射位置点，从而确保人工补光照射密集的地方集中在光照强度值较低的区域；最后利用上述公式(3)，根据该人工补光照射的位置点以及该作物位置的分布情况，确定人工补光照射的控制照射半径，确保每个需要补光照射的位置点均能被大广角的人工补光照射的到，保证了系统的可靠性。

优选地，在该步骤S3中，对该区域的作物影像进行分析处理，确定该区域的作物茎叶表面状态信息；根据该作物茎叶表面状态信息，调整对该区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数，包括：

从该作物长势较差区域的作物影像提取得到画面像素色度分布信息，根据该画面像素色度分布信息，得到作物茎叶表面存在的干枯区域面积；

若该干枯区域面积在整个作物茎叶表面的面积占比大于或等于预设面积占比阈值，则增加对作物的滴灌流量和/或滴灌持续时间。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，从分布式摄像头拍摄得到的作物影像中提取得到作物长势较差区域的作物影像。当作物因缺水而发生干枯情况时，作物在茎叶部分对应的干枯区域在作物影像中的画面像素色度会与其与非干枯区域在作物影像中的画面像素色度不同，通过对作物影像进行画面像素色度分布识别处理，能够精确识别得到作物茎叶表面存在的干枯区域面积，以此控制温室大棚内部安装的滴灌设备调整对相应作物的滴灌流量和/或滴灌持续时间，从而对作物进行及时补水。

优选地，在该步骤S4中，通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；根据该判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数，包括：

通过物联网获取温室大棚内部大气环境中的二氧化碳浓度信息；根据该二氧化碳浓度信息，确定在日间时段温室大棚内部大气环境的二氧化碳浓度是否低于预设浓度阈值；若超过，则判断日间时段大气环境抑制作物的正常生长；若不超过，则判断日间时段大气环境未抑制作为的正常生长；

当日间时段大气环境抑制作物的正常生长，则增大向温室大棚内部输送二氧化碳的输送量。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在温室大棚内部不同位置分别安装二氧化碳传感器，以组成分布式二氧化碳传感器，该分布式二氧化碳传感器接入到物联网。分布式二氧化碳传感器对温室大棚内部不同位置进行二氧化碳浓度检测。作物在进行光合作用过程中，所处环境二氧化碳浓度会影响其光合作用的效率，通常而言，所处环境二氧化碳浓度越低，作物的光合作用效率越低，即作物的生长受到抑制。确定日间时段温室大棚内部的二氧化碳浓度过低，会指示二氧化碳输送设备向温室大棚内部输送二氧化碳的输送量，从而提高作物的生长效率。

参阅图2，为本发明实施例提供的基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统的流程示意图。该基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统包括：

影像拍摄与分析模块，用于对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对该作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据该作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域；

光照信息收集与分析模块，用于通过物联网获取该区域的自然光照状态信息，以此确定该区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；

补光调整模块，用于根据该受光辐射状态信息，调整对该区域的作物进行补光照射操作的照射参数；

作物茎叶状态确定模块，用于对该区域的作物影像进行分析处理，确定该区域的作物茎叶表面状态信息；

灌溉调整模块，用于根据该作物茎叶表面状态信息，调整对该区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数；

大气成分信息收集与分析模块，用于通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；

大气环境调整模块，用于根据该判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数。

上述技术方案的有益效果为：该基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统拍摄与分析温室大棚内部的作物影像，确定作物长势不满足预定条件的区域；根据该区域的自然光照状态信息，得到作物在竖直方向的受光辐射状态信息，以此调整对作物的补光照射操作的照射参数；根据该区域的作物茎叶表面状态信息，调整对作物进行灌溉操作的灌溉参数；根据温室大棚内部的大气成分状态信息，判断大气环境是否抑制作物的正常生长，以此调整温室大棚内部的大气环境参数，其对温室大棚内部进行分区补光和灌溉管理，使得长势较差作物优先获得栽培照顾，同时还能够对温室大棚内部的大气环境进行成分调整，提高作物进行光合作用的效率，保证温室大棚内部作物的生长管理可靠性和可持续性。

优选地，该影像拍摄与分析模块对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对该作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据该作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域，包括：

对温室大棚内部进行扫描拍摄，得到作物可见光影像；从该作物可见光影像中提取得到作物的茎叶轮廓信息，根据该茎叶轮廓信息，得到作物的茎叶生长面积，以此作为该作为生长状态信息；

根据作物的茎叶生长面积，得到温室大棚内部预先划分的每个网格区域中所有作物的茎叶生长面积与网格区域面积之间的比值；若该比值小于预设比例阈值，则将对应网格区域确定属于作物长势较差区域；否则，将对应网格区域确定不属于作物长势较差区域。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在温室大棚内部设置分布式摄像头，该分布式摄像头接入到物联网中，分布式摄像头对温室大棚内部进行扫描拍摄，并将拍摄得到的作物可见光影像通过物联网进行收集，再对作物可见光影像进行分析处理，得到温室大棚内部预先划分的每个网格区域中所有作物的茎叶生长面积与网格区域面积之间的比值，当该比值越大，表明对应网格区域内部的作物生长越茂盛，当该比值小于预设比例阈值，表明对应网格区域内部的作物生长状态较差，这样能够对温室大棚内部的不同网格区域进行区分。

优选地，该光照信息收集与分析模块，通过物联网获取该区域的自然光照状态信息，以此确定该区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息，包括：

通过物联网获取该作物长势较差区域在竖直方向上的自然光照强度变化信息；对该作物长势较差区域对应的作物影像进行分析处理，得到该作物长势较差区域的作物在竖直方向上的叶子覆盖面积变化信息；

根据该自然光照强度变化信息和该叶子覆盖面积变化信息，得到该作物长势较差区域的作物沿竖直方向每个间隔预设距离的位置上单位面积叶子接收到的光照强度值，以此作为该受光辐射状态信息；

该补光调整模块根据该受光辐射状态信息，调整对该区域的作物进行补光照射操作的照射参数，包括：

若在竖直方向上某一位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则增大对应位置的人工补光照射强度；否则，保持对应位置当前的人工补光照射强度不变。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在温室大棚内部的每个网格区域沿竖直方向依次间隔设置若干光照传感器，以形成分布式光照传感器，该分布式光照传感器接入到物联网中。分布式光照传感器对每个网格区域进行竖直方向的自然光照强度检测。由于在温室大棚内部作物通常是沿竖直方向放置栽培的，作物会对自然光造成遮挡，这使得每个网格区域沿竖直方向的自然光照强度发生变化，通常而言沿竖直方向越靠下的位置，对应的自然光照强度越小，这样沿竖直方向越靠下位置的作为，其接收到的自然光强度也越小。通过上述方式，能够对作物长势较差区域沿竖直方向上处于不同位置的作物的受光辐射状态信息变化情况进行量化判断，从而对竖直方向上光照强度值过小的位置增大人工补光照射强度，从而保证对作物长势较差区域的作物的光照均匀性。

优选地，该作物茎叶状态确定模块对该区域的作物影像进行分析处理，确定该区域的作物茎叶表面状态信息，包括：

从该作物长势较差区域的作物影像提取得到画面像素色度分布信息，根据该画面像素色度分布信息，得到作物茎叶表面存在的干枯区域面积；

该灌溉调整模块根据该作物茎叶表面状态信息，调整对该区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数，包括：

若该干枯区域面积在整个作物茎叶表面的面积占比大于或等于预设面积占比阈值，则增加对作物的滴灌流量和/或滴灌持续时间。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，从分布式摄像头拍摄得到的作物影像中提取得到作物长势较差区域的作物影像。当作物因缺水而发生干枯情况时，作物在茎叶部分对应的干枯区域在作物影像中的画面像素色度会与其与非干枯区域在作物影像中的画面像素色度不同，通过对作物影像进行画面像素色度分布识别处理，能够精确识别得到作物茎叶表面存在的干枯区域面积，以此控制温室大棚内部安装的滴灌设备调整对相应作物的滴灌流量和/或滴灌持续时间，从而对作物进行及时补水。

优选地，该大气成分信息收集与分析模块通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长，包括：

通过物联网获取温室大棚内部大气环境中的二氧化碳浓度信息；根据该二氧化碳浓度信息，确定在日间时段温室大棚内部大气环境的二氧化碳浓度是否低于预设浓度阈值；若超过，则判断日间时段大气环境抑制作物的正常生长；若不超过，则判断日间时段大气环境未抑制作为的正常生长；

该大气环境调整模块根据该判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数，包括：

当日间时段大气环境抑制作物的正常生长，则增大向温室大棚内部输送二氧化碳的输送量。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在温室大棚内部不同位置分别安装二氧化碳传感器，以组成分布式二氧化碳传感器，该分布式二氧化碳传感器接入到物联网。分布式二氧化碳传感器对温室大棚内部不同位置进行二氧化碳浓度检测。作物在进行光合作用过程中，所处环境二氧化碳浓度会影响其光合作用的效率，通常而言，所处环境二氧化碳浓度越低，作物的光合作用效率越低，即作物的生长受到抑制。确定日间时段温室大棚内部的二氧化碳浓度过低，会指示二氧化碳输送设备向温室大棚内部输送二氧化碳的输送量，从而提高作物的生长效率。

从上述实施例的内容可知，该基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法和系统拍摄与分析温室大棚内部的作物影像，确定作物长势不满足预定条件的区域；根据该区域的自然光照状态信息，得到作物在竖直方向的受光辐射状态信息，以此调整对作物的补光照射操作的照射参数；根据该区域的作物茎叶表面状态信息，调整对作物进行灌溉操作的灌溉参数；根据温室大棚内部的大气成分状态信息，判断大气环境是否抑制作物的正常生长，以此调整温室大棚内部的大气环境参数，其对温室大棚内部进行分区补光和灌溉管理，使得长势较差作物优先获得栽培照顾，同时还能够对温室大棚内部的大气环境进行成分调整，提高作物进行光合作用的效率，保证温室大棚内部作物的生长管理可靠性和可持续性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对所述作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据所述作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域；

步骤S2，通过物联网获取所述区域的自然光照状态信息，以此确定所述区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；根据所述受光辐射状态信息，调整对所述区域的作物进行补光照射操作的照射参数；

步骤S3，对所述区域的作物影像进行分析处理，确定所述区域的作物茎叶表面状态信息；根据所述作物茎叶表面状态信息，调整对所述区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数；

步骤S4，通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；根据所述判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数。

2.如权利要求1所述的基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法，其特征在于：

在所述步骤S1中，对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对所述作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据所述作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域，包括：

对温室大棚内部进行扫描拍摄，得到作物可见光影像；从所述作物可见光影像中提取得到作物的茎叶轮廓信息，根据所述茎叶轮廓信息，得到作物的茎叶生长面积，以此作为所述作为生长状态信息；

根据作物的茎叶生长面积，得到温室大棚内部预先划分的每个网格区域中所有作物的茎叶生长面积与网格区域面积之间的比值；若所述比值小于预设比例阈值，则将对应网格区域确定属于作物长势较差区域；否则，将对应网格区域确定不属于作物长势较差区域。

3.如权利要求2所述的基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法，其特征在于：

在所述步骤S2中，通过物联网获取所述区域的自然光照状态信息，以此确定所述区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；根据所述受光辐射状态信息，调整对所述区域的作物进行补光照射操作的照射参数，包括：

通过物联网获取所述作物长势较差区域在竖直方向上的自然光照强度变化信息；对所述作物长势较差区域对应的作物影像进行分析处理，得到所述作物长势较差区域的作物在竖直方向上的叶子覆盖面积变化信息；

根据所述自然光照强度变化信息和所述叶子覆盖面积变化信息，得到所述作物长势较差区域的作物沿竖直方向每个间隔预设距离的位置上单位面积叶子接收到的光照强度值，以此作为所述受光辐射状态信息；

若在竖直方向上某一位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则增大对应位置的人工补光照射强度；否则，保持对应位置当前的人工补光照射强度不变。

4.如权利要求3所述的基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法，其特征在于：

在所述步骤S2中，还包括：

若存在多个作物位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则进行大广角的人工补光照射，根据所述作物位置的分布情况确定人工补光照射的位置点以及人工补光照射的照射半径，其过程为：

步骤S201，将所述温室大棚区域的地面建立平面直角坐标系，则每个作物位置点均用坐标进行表示，利用下面公式(1)，根据光照强度值小于或等于预设强度阈值的作物位置点分布情况，判断是否需要进入大广角的人工补光照射，

在上述公式(1)中，E表示进入大广角的人工补光照射的控制值；L表示所述大广角的人工补光照射可照射到的最大圆形范围的直径值；k表示实际平面的单位线段与所建立的坐标系单位线段之间比例值；[X(a),Y(a)]表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第a个作物位置坐标点；[X(b),Y(b)]表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第b个作物位置坐标点；n表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的作物位置总个数；表示将a的值从1取值到n，将b的值从1取值到n代入到括号内得到括号内的最大值；

若E＝1，则控制进入大广角的人工补光照射，并进入下面步骤S201；若E＝0，则控制不进入大广角的人工补光照射，依然根据对应位置关系对相应的位置进行独立人工补光照射；

步骤S202，若进入大广角的人工补光照射，利用下面公式(2)，根据所述作作物位置的分布情况，确定人工补光照射的控制照射位置点，

在上述公式(2)中，(x₀,y₀)表示人工补光照射的控制照射位置坐标点；G(a)表示光照强度值小于或等于预设强度阈值的第a个作物位置的光照强度值；

步骤S203，利用下面公式(3)，根据所述人工补光照射的位置点以及所述作物位置的分布情况，确定人工补光照射的控制照射半径，

在上述公式(3)中，R表示人工补光照射的控制照射半径；

表示将a的值从1取值到n代入到括号内得到括号内的最大值；

若进入大广角的人工补光照射，则控制人工补光照射的照射位置点为(x₀,y₀)，照射半径控制为R，即可利用单一的大光源对所述温室大棚区域进行大广角的人工补光照射。

5.如权利要求3所述的基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法，其特征在于：

在所述步骤S3中，对所述区域的作物影像进行分析处理，确定所述区域的作物茎叶表面状态信息；根据所述作物茎叶表面状态信息，调整对所述区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数，包括：

从所述作物长势较差区域的作物影像提取得到画面像素色度分布信息，根据所述画面像素色度分布信息，得到作物茎叶表面存在的干枯区域面积；

若所述干枯区域面积在整个作物茎叶表面的面积占比大于或等于预设面积占比阈值，则增加对作物的滴灌流量和/或滴灌持续时间。

6.如权利要求5所述的基于物联网的温室大棚环境监测与调整方法，其特征在于：

在所述步骤S4中，通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；根据所述判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数，包括：

通过物联网获取温室大棚内部大气环境中的二氧化碳浓度信息；根据所述二氧化碳浓度信息，确定在日间时段温室大棚内部大气环境的二氧化碳浓度是否低于预设浓度阈值；若超过，则判断日间时段大气环境抑制作物的正常生长；若不超过，则判断日间时段大气环境未抑制作为的正常生长；

当日间时段大气环境抑制作物的正常生长，则增大向温室大棚内部输送二氧化碳的输送量。

7.基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统，其特征在于，包括：

影像拍摄与分析模块，用于对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对所述作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据所述作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域；

光照信息收集与分析模块，用于通过物联网获取所述区域的自然光照状态信息，以此确定所述区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息；补光调整模块，用于根据所述受光辐射状态信息，调整对所述区域的作物进行补光照射操作的照射参数；

作物茎叶状态确定模块，用于对所述区域的作物影像进行分析处理，确定所述区域的作物茎叶表面状态信息；

灌溉调整模块，用于根据所述作物茎叶表面状态信息，调整对所述区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数；

大气成分信息收集与分析模块，用于通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长；大气环境调整模块，用于根据所述判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数。

8.如权利要求7所述的基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统，其特征在于：

所述影像拍摄与分析模块对温室大棚内部进行拍摄，得到作物影像，并对所述作物影像进行分析处理，得到温室大棚内部的作物生长状态信息；根据所述作物生长状态信息，确定温室大棚内部的作物长势不满足预定条件的区域，包括：

对温室大棚内部进行扫描拍摄，得到作物可见光影像；从所述作物可见光影像中提取得到作物的茎叶轮廓信息，根据所述茎叶轮廓信息，得到作物的茎叶生长面积，以此作为所述作为生长状态信息；

根据作物的茎叶生长面积，得到温室大棚内部预先划分的每个网格区域中所有作物的茎叶生长面积与网格区域面积之间的比值；若所述比值小于预设比例阈值，则将对应网格区域确定属于作物长势较差区域；否则，将对应网格区域确定不属于作物长势较差区域。

9.如权利要求8所述的基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统，其特征在于：

所述光照信息收集与分析模块，通过物联网获取所述区域的自然光照状态信息，以此确定所述区域的作物在竖直方向上的受光辐射状态信息，包括：

通过物联网获取所述作物长势较差区域在竖直方向上的自然光照强度变化信息；对所述作物长势较差区域对应的作物影像进行分析处理，得到所述作物长势较差区域的作物在竖直方向上的叶子覆盖面积变化信息；

根据所述自然光照强度变化信息和所述叶子覆盖面积变化信息，得到所述作物长势较差区域的作物沿竖直方向每个间隔预设距离的位置上单位面积叶子接收到的光照强度值，以此作为所述受光辐射状态信息；

所述补光调整模块根据所述受光辐射状态信息，调整对所述区域的作物进行补光照射操作的照射参数，包括：

若在竖直方向上某一位置对应的光照强度值小于或等于预设强度阈值，则增大对应位置的人工补光照射强度；否则，保持对应位置当前的人工补光照射强度不变。

10.如权利要求9所述的基于物联网的温室大棚环境监测与调整系统，其特征在于：

所述作物茎叶状态确定模块对所述区域的作物影像进行分析处理，确定所述区域的作物茎叶表面状态信息，包括：

从所述作物长势较差区域的作物影像提取得到画面像素色度分布信息，根据所述画面像素色度分布信息，得到作物茎叶表面存在的干枯区域面积；

所述灌溉调整模块根据所述作物茎叶表面状态信息，调整对所述区域的作物进行灌溉操作的灌溉参数，包括：

若所述干枯区域面积在整个作物茎叶表面的面积占比大于或等于预设面积占比阈值，则增加对作物的滴灌流量和/或滴灌持续时间；。

所述大气成分信息收集与分析模块通过物联网获取温室大棚内部的大气成分状态信息，以此判断当前大气环境是否抑制作物的正常生长，包括：

通过物联网获取温室大棚内部大气环境中的二氧化碳浓度信息；根据所述二氧化碳浓度信息，确定在日间时段温室大棚内部大气环境的二氧化碳浓度是否低于预设浓度阈值；若超过，则判断日间时段大气环境抑制作物的正常生长；若不超过，则判断日间时段大气环境未抑制作为的正常生长；

所述大气环境调整模块根据所述判断的结果，调整温室大棚内部的大气环境参数，包括：

当日间时段大气环境抑制作物的正常生长，则增大向温室大棚内部输送二氧化碳的输送量。