CN117111536A - 一种菇棚环境远程控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种菇棚环境远程控制系统及方法，属于智慧农业技术领域。本发明包括菇棚数据采集模块、菌菇图像处理模块、环境数据处理模块和中央控制器模块，通过Mobilenet网络模型分别处理目标菌菇图像和菌菇标准图像得到菌菇生长期，根据菌菇生长期得到环境适宜值和菇棚环境参数区间，通过狄克逊准则处理菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据和环境偏差，通过获取专家知识构建模糊决策模型，通过模糊决策模型处理环境偏差和菇棚环境参数区间输出模糊等级，根据模糊等级输出告警信息和设备控制指令，实现了针对菌菇不同生长期对菇棚环境中的生长环境参数进行合理调节，提高了菇棚环境管理效率和菇棚环境控制精度。

Description

一种菇棚环境远程控制系统及方法

技术领域

本发明属于智慧农业技术领域，具体涉及一种菇棚环境远程控制系统及方法。

背景技术

菇棚是一种用于种植和培育各种菌菇的农业设施。随着菌菇消费市场规模的不断扩大，菌菇种植生产规模也不断扩大，但是菌菇对环境温湿度和二氧化碳浓度的要求极高，例如，金针菇种植根据生长期分为不同管理阶段，不同的生长期对环境因子要求不同，研究表明，金针菇菌丝期的环境要求是温度20℃-25℃，湿度70％，子实体一期的环境要求是温度10℃-15℃，湿度80％-85％，子实体二期的环境要求是温度8℃-12℃，湿度85％-90％。

目前，传统的菇棚环境的控制与调节，主要靠人工方式来实现，管理人员需要依据人工记录的温湿度、土壤湿度、光照度等作物生长指标，手动去调节灯光、卷帘、风机等设备，使菌菇种植环境参数控制在一定的范围，另外，菇棚是一种非线性、时滞性和多干扰性的农业大棚，并且环境参数之间相互影响，这种人工工作模式和单一调节菇棚环境参数存在管理效率低、人力资源消耗大，以及环境参数控制精度低和难度大等问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了涉及一种菇棚环境远程控制系统及方法，通过Mobilenet网络模型分别处理目标菌菇图像和菌菇标准图像得到菌菇生长期，根据菌菇生长期得到环境适宜值和菇棚环境参数区间，通过狄克逊准则处理菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据和环境偏差，通过获取专家知识构建模糊决策模型，通过模糊决策模型处理环境偏差和菇棚环境参数区间输出模糊等级，根据模糊等级输出告警信息和设备控制指令，实现了针对菌菇不同生长期对菇棚环境中的生长环境参数进行合理调节，提高了菇棚环境管理效率和菇棚环境控制精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种菇棚环境远程控制方法，包括如下步骤：

S1：采集目标菌菇图像和菇棚环境数据，所述菇棚环境数据包括菇棚环境温度、菇棚环境湿度；

S2：获取菌菇标准图像，根据所述目标菌菇图像和所述菌菇标准图像通过Mobilenet网络模型处理得到菌菇生长期，所述菌菇生长期包括菌丝期、子实体初期、成熟期；

S3：获取所述菌菇生长期对应的环境参数适宜值，根据所述环境参数适宜值设定菇棚环境参数区间，所述环境参数适宜值包括温度适宜值、湿度适宜值，所述菇棚环境参数区间包括菇棚环境温度区间、菇棚环境湿度区间；

S4：通过狄克逊准则处理所述菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据，通过计算所述去异化菇棚环境数据和所述环境参数适宜值之间的差值得到环境偏差，所述去异化菇棚环境数据包括去异化环境温度、去异化环境湿度，所述环境偏差包括环境温度偏差、环境湿度偏差；

S5：获取专家知识，根据所述专家知识构建模糊决策模型，通过所述模糊决策模型处理所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间输出模糊等级，所述模糊等级包括超上限阈值、区间范围内和低下限阈值；

S6：判断所述模糊等级是否为区间范围内，是，则返回无异常信息，否，则生成告警信息，将所述告警信息发送至手持终端进行预警展示，并根据所述告警信息生成设备调控信号，根据所述设备调控信号发送设备控制指令并返回控制结果信息。

优选地，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S201：通过Mobilenet网络模型分别对所述菌菇标准和所述目标菌菇图像进行特征提取得到菌菇标准特征和目标菌菇特征；

S202：根据所述菌菇标准特征和所述目标菌菇特征通过计算得到生长期特征距离，通过判断所述生长期特征距离得到所述菌菇生长期。

优选地，所述步骤S202具体包括以下步骤：

计算所述生长期特征距离，计算公式为：，其中，α和β为特征系数因子，Yi为所述菌菇标准特征，Yc为所述目标菌菇特征，wj为所述生长期特征距离。

当0≤wj＜1时，所述菌菇生长期识别结果为所述菌丝期，当1≤wj＜2时，所述菌菇生长期识别结果为所述子实体初期，当wj≥2时，所述菌菇生长期识别结果为所述成熟期。

优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S401：通过所述狄克逊准则计算所述菇棚环境数据的异常统计量，计算公式为：

，其中，i为数据采集次数，/>为第i个所述菇棚环境数据，/>为所述异常统计量；

S402：获取狄克逊准则临界值，判断所述异常统计量是否大于所述狄克逊准则临界值，是，则将所述异常统计量对应的所述菇棚实时环境数据标记为无效数据，否，则将所述异常统计量对应的所述菇棚实时环境数据标记为所述去异化菇棚环境数据；

S403：计算所述环境偏差，计算公式为：，其中，/>为所述去异化菇棚环境数据，/>为所述环境参数适宜值，/>为所述环境偏差。

优选地，重复步骤S401-S403，通过调整参数为所述菇棚环境温度得到所述去异化环境温度，调整参数/>和/>分别为所述去异化环境温度和所述温度适宜值得到所述环境温度偏差。

优选地，重复步骤S401-S403，通过调整参数为所述菇棚环境湿度得到所述去异化环境湿度，调整参数/>和/>分别为所述去异化环境湿度和所述湿度适宜值得到所述环境湿度偏差。

优选地，所述步骤S5具体包括以下步骤：

根据所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间，通过所述模糊决策模型计算模糊值得到所述模糊等级，计算公式为：，其中，maxI和minI为模糊算子，/>为所述菇棚环境温度区间，/>为所述菇棚环境湿度区间，/>为所述环境温度偏差，为所述环境湿度偏差，D为所述模糊值；

当D＜2时，所述模糊等级为所述低下限阈值，当2≤D≤4时，所述模糊等级为所述区间范围内，当D＞4时，所述模糊等级为所述超上限阈值。

一种菇棚环境远程控制系统，包括：

菇棚数据采集模块，用于采集目标菌菇图像和菇棚环境数据，所述菇棚环境数据包括菇棚环境温度、菇棚环境湿度；

菌菇图像处理模块，用于获取菌菇图像，所述菌菇图像为健康菌菇不同生长期的图像，根据所述菌菇图像训练菌菇生长模型，通过所述菌菇生长模型处理所述目标菌菇图像得到菌菇生长期，根据所述菌菇生长期获取对应的环境参数适宜值，根据所述环境参数适宜值得到菇棚环境参数区间，所述菌菇生长期包括菌丝期、子实体初期、成熟期；

环境数据处理模块，用于通过狄克逊准则处理所述菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据，通过计算所述去异化菇棚环境数据和所述环境参数适宜值之间的差值得到环境偏差，通过获取专家知识，根据所述专家知识构建模糊决策模型，通过所述模糊决策模型处理所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间输出模糊等级；

中央控制器模块，用于判断所述模糊等级是否为区间范围内，是，则返回无异常信息，否，则生成告警信息，将所述告警信息发送至手持终端进行预警展示，并根据所述告警信息生成设备调控信号，根据所述设备调控信号发送设备控制指令并返回控制结果信息。

本发明的有益效果为：

1. 通过狄克逊准则处理所述菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据，通过计算所述去异化菇棚环境数据和所述环境参数适宜值之间的差值得到环境偏差，提高了数据源的准确性，进一步提高了环境参数控制精度；

2. 通过获取菌菇图像，所述菌菇图像为健康菌菇不同生长期的图像，根据所述菌菇图像训练菌菇生长模型，通过所述菌菇生长模型处理所述目标菌菇图像得到菌菇生长期，根据所述菌菇生长期获取对应的环境参数适宜值，根据所述环境参数适宜值得到菇棚环境参数区间，提高了菇棚管理效率与生长期判断的精确度，实现了根据生长期合理调节菇棚内环境参数，进一步提高了菌菇产量。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的菇棚环境远程控制方法流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1，一种菇棚环境远程控制方法，包括如下步骤：

S1：采集目标菌菇图像和菇棚环境数据，所述菇棚环境数据包括菇棚环境温度、菇棚环境湿度；

S2：获取菌菇标准图像，根据所述目标菌菇图像和所述菌菇标准图像通过Mobilenet网络模型处理得到菌菇生长期，所述菌菇生长期包括菌丝期、子实体初期、成熟期；

S3：获取所述菌菇生长期对应的环境参数适宜值，根据所述环境参数适宜值设定菇棚环境参数区间，所述环境参数适宜值包括温度适宜值、湿度适宜值，所述菇棚环境参数区间包括菇棚环境温度区间、菇棚环境湿度区间；

S4：通过狄克逊准则处理所述菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据，通过计算所述去异化菇棚环境数据和所述环境参数适宜值之间的差值得到环境偏差，所述去异化菇棚环境数据包括去异化环境温度、去异化环境湿度，所述环境偏差包括环境温度偏差、环境湿度偏差；

S5：获取专家知识，根据所述专家知识构建模糊决策模型，通过所述模糊决策模型处理所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间输出模糊等级，所述模糊等级包括超上限阈值、区间范围内和低下限阈值；

S6：判断所述模糊等级是否为区间范围内，是，则返回无异常信息，否，则生成告警信息，将所述告警信息发送至手持终端进行预警展示，并根据所述告警信息生成设备调控信号，根据所述设备调控信号发送设备控制指令并返回控制结果信息。

步骤S1涉及菇棚数据采集模块，采集目标菌菇图像和菇棚环境数据，在菇棚内设置若干个环境传感器，其中包括温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器。

步骤S2和步骤S3涉及菌菇图像处理模块，通过Mobilenet网络模型分别对所述菌菇标准和所述目标菌菇图像进行特征提取得到菌菇标准特征和目标菌菇特征；

根据所述菌菇标准特征和所述目标菌菇特征通过计算得到生长期特征距离，计算公式为：，当0≤wj＜1时，所述菌菇生长期识别结果为所述菌丝期，当1≤wj＜2时，所述菌菇生长期识别结果为所述子实体初期，当wj≥2时，所述菌菇生长期识别结果为所述成熟期，获取所述菌菇生长期对应的环境参数适宜值，根据所述环境参数适宜值得到菇棚环境参数区间。

通过智能采集目标菌菇图像，根据菌菇图像计算菌菇生长期特征距离实现远程确定菌菇生长期，根据菌菇生长期设定生长期相适宜的菇棚环境参数区间，对于大规模种植，减少了依靠人工经验判断菌菇生长期耗费的时间，提高了菇棚管理效率与生长期判断的精确度。

步骤S4涉及环境数据处理模块，根据狄克逊准则计算所述菇棚实时环境数据的异常统计量，计算公式为：；

获取狄克逊准则临界值，判断所述异常统计量是否大于所述狄克逊准则临界值，是，则将所述异常统计量对应的所述菇棚环境数据标记为无效数据，否，则将所述异常统计量对应的所述菇棚环境数据标记为所述去异化菇棚环境数据，需要说明的是，当异常统计量对应的菇棚环境数据被标记为无效数据时，删除对应菇棚环境数据；

计算所述环境偏差，计算公式为：，通过调整参数/>为所述菇棚环境温度得到所述去异化环境温度，调整参数/>和/>分别为所述去异化环境温度和所述温度适宜值，得到所述环境温度偏差，通过调整参数/>为所述菇棚环境湿度得到所述去异化环境湿度，调整参数/>和/>分别为所述去异化环境湿度和所述湿度适宜值，得到所述环境湿度偏差；

通过对菇棚实时环境数据进行去异化处理，并通过计算得到环境偏差，实现了消除由传感器故障导致的粗大误差数据，提高了数据源的准确性。

步骤S5涉及根据获取的专家知识构建模糊决策模型，根据所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间，通过所述模糊决策模型计算模糊值得到所述模糊等级，计算公式为：其中，maxI和minI为模糊算子，/>为所述菇棚环境温度区间，/>为所述菇棚环境湿度区间，/>为所述环境温度偏差，/>为所述环境湿度偏差，D为所述模糊值；

通过判断所述模糊值得到所述模糊等级，当D＜2时，所述模糊等级为所述低下限阈值，当2≤D≤4时，所述模糊等级为所述区间范围内，当D＞4时，所述模糊等级为所述超上限阈值。

通过模糊决策模型处理菇棚环境温度区间和菇棚环境湿度区间，得到模糊等级，根据模糊等级对菇棚环境参数进行调整，提高了菇棚环境参数的控制效率和控制精度。

步骤S6涉及中央控制模块，通过判断所述模糊等级是否为区间范围内，是，则返回无异常信息，否，则生成告警信息，将所述告警信息发送至手持终端进行预警展示，并根据所述告警信息生成设备调控信号，根据所述设备调控信号发送设备控制指令并返回控制结果信息。

进一步地，本申请还提供一种菇棚环境远程控制系统，包括：

菇棚数据采集模块，用于采集目标菌菇图像和菇棚环境数据，所述菇棚环境数据包括菇棚环境温度、菇棚环境湿度；

菌菇图像处理模块，用于获取菌菇标准图像，根据所述目标菌菇图像和所述菌菇标准图像通过Mobilenet网络模型处理得到菌菇生长期，获取所述菌菇生长期对应的环境参数适宜值，根据所述环境参数适宜值设定菇棚环境参数区间，所述环境参数适宜值包括温度适宜值、湿度适宜值，所述菇棚环境参数区间包括菇棚环境温度区间、菇棚环境湿度区间；

环境数据处理模块，用于通过狄克逊准则处理所述菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据，通过计算所述去异化菇棚环境数据和所述环境参数适宜值之间的差值得到环境偏差，通过获取专家知识，根据所述专家知识构建模糊决策模型，通过所述模糊决策模型处理所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间输出模糊等级；

中央控制器模块，用于判断所述模糊等级是否为区间范围内，是，则返回无异常信息，否，则生成告警信息，将所述告警信息发送至手持终端进行预警展示，并根据所述告警信息生成设备调控信号，根据所述设备调控信号发送设备控制指令并返回控制结果信息。

本发明的工作原理及使用流程：

通过菇棚数据采集模块采集目标菌菇图像和菇棚环境数据，通过Mobilenet网络模型分别处理目标菌菇图像和菌菇标准图像得到菌菇生长期，根据菌菇生长期得到环境适宜值和菇棚环境参数区间，通过狄克逊准则处理菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据和环境偏差，通过获取专家知识构建模糊决策模型，通过模糊决策模型处理环境偏差和菇棚环境参数区间输出模糊等级，根据模糊等级输出告警信息和设备控制指令。

本发明实施例中的方法中包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种菇棚环境远程控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：采集目标菌菇图像和菇棚环境数据，所述菇棚环境数据包括菇棚环境温度、菇棚环境湿度；

S2：获取菌菇标准图像，根据所述目标菌菇图像和所述菌菇标准图像通过Mobilenet网络模型处理得到菌菇生长期，所述菌菇生长期包括菌丝期、子实体初期、成熟期；

S3：获取所述菌菇生长期对应的环境参数适宜值，根据所述环境参数适宜值设定菇棚环境参数区间，所述环境参数适宜值包括温度适宜值、湿度适宜值，所述菇棚环境参数区间包括菇棚环境温度区间、菇棚环境湿度区间；

S4：通过狄克逊准则处理所述菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据，通过计算所述去异化菇棚环境数据和所述环境参数适宜值之间的差值得到环境偏差，所述去异化菇棚环境数据包括去异化环境温度、去异化环境湿度，所述环境偏差包括环境温度偏差、环境湿度偏差；

S5：获取专家知识，根据所述专家知识构建模糊决策模型，通过所述模糊决策模型处理所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间输出模糊等级，所述模糊等级包括超上限阈值、区间范围内和低下限阈值；

S6：判断所述模糊等级是否为区间范围内，是，则返回无异常信息，否，则生成告警信息，将所述告警信息发送至手持终端进行预警展示，并根据所述告警信息生成设备调控信号，根据所述设备调控信号发送设备控制指令并返回控制结果信息。

2.根据权利要求1所述的菇棚环境远程控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S201：通过Mobilenet网络模型分别对所述菌菇标准和所述目标菌菇图像进行特征提取得到菌菇标准特征和目标菌菇特征；

S202：根据所述菌菇标准特征和所述目标菌菇特征通过计算得到生长期特征距离，通过判断所述生长期特征距离得到所述菌菇生长期。

3.根据权利要求2所述的菇棚环境远程控制方法，其特征在于，所述步骤S202具体包括以下步骤：

计算所述生长期特征距离，计算公式为：，其中，α和β为特征系数因子，Yi为所述菌菇标准特征，Yc为所述目标菌菇特征，wj为所述生长期特征距离；

当0≤wj＜1时，所述菌菇生长期识别结果为所述菌丝期，当1≤wj＜2时，所述菌菇生长期识别结果为所述子实体初期，当wj≥2时，所述菌菇生长期识别结果为所述成熟期。

4.根据权利要求1所述的菇棚环境远程控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S401：通过所述狄克逊准则计算所述菇棚环境数据的异常统计量，计算公式为：

，其中，i为数据采集次数，/>为第i个所述菇棚环境数据，/>为所述异常统计量；

S402：获取狄克逊准则临界值，判断所述异常统计量是否大于所述狄克逊准则临界值，是，则将所述异常统计量对应的所述菇棚实时环境数据标记为无效数据，否，则将所述异常统计量对应的所述菇棚实时环境数据标记为所述去异化菇棚环境数据；

S403：计算所述环境偏差，计算公式为：，其中，/>为所述去异化菇棚环境数据，/>为所述环境参数适宜值，/>为所述环境偏差。

5.根据权利要求4所述的菇棚环境远程控制方法，其特征在于，重复步骤S401-S403，通过调整参数为所述菇棚环境温度得到所述去异化环境温度，调整参数/>和/>分别为所述去异化环境温度和所述温度适宜值，得到所述环境温度偏差。

6.根据权利要求4所述的菇棚环境远程控制方法，其特征在于，重复步骤S401-S403，通过调整参数为所述菇棚环境湿度得到所述去异化环境湿度，调整参数/>和/>分别为所述去异化环境湿度和所述湿度适宜值，得到所述环境湿度偏差。

7.根据权利要求1所述的菇棚环境远程控制方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：

根据所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间，通过所述模糊决策模型计算模糊值得到所述模糊等级，计算公式为：，其中，maxI和minI为模糊算子，/>为所述菇棚环境温度区间，/>为所述菇棚环境湿度区间，/>为所述环境温度偏差，/>为所述环境湿度偏差，D为所述模糊值；

当D＜2时，所述模糊等级为所述低下限阈值，当2≤D≤4时，所述模糊等级为所述区间范围内，当D＞4时，所述模糊等级为所述超上限阈值。

8.一种菇棚环境远程控制系统，其特征在于，包括：

菇棚数据采集模块，用于采集目标菌菇图像和菇棚环境数据，所述菇棚环境数据包括菇棚环境温度、菇棚环境湿度；

菌菇图像处理模块，用于获取菌菇标准图像，根据所述目标菌菇图像和所述菌菇标准图像通过Mobilenet网络模型处理得到菌菇生长期，获取所述菌菇生长期对应的环境参数适宜值，根据所述环境参数适宜值设定菇棚环境参数区间，所述环境参数适宜值包括温度适宜值、湿度适宜值，所述菇棚环境参数区间包括菇棚环境温度区间、菇棚环境湿度区间；

环境数据处理模块，用于通过狄克逊准则处理所述菇棚环境数据得到去异化菇棚环境数据，通过计算所述去异化菇棚环境数据和所述环境参数适宜值之间的差值得到环境偏差，通过获取专家知识，根据所述专家知识构建模糊决策模型，通过所述模糊决策模型处理所述环境偏差和所述菇棚环境参数区间输出模糊等级；

中央控制器模块，用于判断所述模糊等级是否为区间范围内，是，则返回无异常信息，否，则生成告警信息，将所述告警信息发送至手持终端进行预警展示，并根据所述告警信息生成设备调控信号，根据所述设备调控信号发送设备控制指令并返回控制结果信息。