DE202024101439U1

DE202024101439U1 - Intelligent irrigation system to monitor plant health with artificial intelligence

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Publication number: DE202024101439U1
Application number: DE202024101439.1U
Authority: DE
Original assignee: Al Khasawneh Mahmoud Ahmad
Current assignee: Al Khasawneh Mahmoud Ahmad
Priority date: 2024-03-22
Filing date: 2024-03-22
Publication date: 2024-04-17
Anticipated expiration: 2034-03-23

Abstract

Ein System zur Überwachung der Pflanzengesundheit und ein intelligentes Bewässerungssystem:
eine Sensor-Array-Einheit, die mit multispektralen und hyperspektralen Bildsensoren, Bodenfeuchtigkeitssensoren, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sowie Atmosphärensensoren konfiguriert ist und Echtzeitdaten zur Pflanzengesundheit, zum Bodenzustand und zu Umweltparametern sammelt;
ein Bildgebungssystem, das mit hochauflösenden Kameras mit Infrarotfunktionen ausgestattet ist und detaillierte Bilder von Pflanzen aus verschiedenen Winkeln und Höhen aufnimmt;
ein Modul zur Krankheitserkennung und -erkennung, das in das Bildgebungssystem integriert ist, um aufgenommene Bilder zu analysieren und Anzeichen von Pflanzenkrankheiten zu identifizieren;
eine intelligente Bewässerungssteuereinheit, die eine neuronale Verarbeitungseinheit (NPU) und ein GPS-Modul umfasst, Echtzeitdaten von der Sensorarray-Einheit und dem Krankheitserkennungs- und -erkennungsmodul empfängt, diese Daten verarbeitet und Bewässerungsparameter autonom steuert;
ein adaptives Bewässerungssystem, das Bodenfeuchtigkeitssensoren umfasst, die mit der intelligenten Bewässerungssteuereinheit verbunden sind, Bewässerungsparameter basierend auf Echtzeitdaten, die von der Sensor-Array-Einheit erhalten werden, dynamisch anpasst und die Wasserzufuhr entsprechend den spezifischen Bedürfnissen einzelner Pflanzen optimiert;
ein Umgebungsüberwachungs-Subsystem mit Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, das mit der Sensor-Array-Einheit verbunden ist und eine kontinuierliche Überwachung der Umgebungsbedingungen ermöglicht, um Bewässerungsentscheidungen zu beeinflussen, die von der intelligenten Bewässerungssteuereinheit getroffen werden; und
eine Fernüberwachungs- und Steuerschnittstelle, die mit der intelligenten Bewässerungssteuereinheit verbunden ist und es Benutzern ermöglicht, aus der Ferne auf den Systembetrieb zuzugreifen und ihn zu überwachen, Echtzeitaktualisierungen zum Pflanzenzustand zu erhalten und manuelle Anpassungen der Bewässerungsparameter vorzunehmen.

A plant health monitoring system and an intelligent irrigation system:
a sensor array unit configured with multispectral and hyperspectral image sensors, soil moisture sensors, temperature and humidity sensors and atmospheric sensors, collecting real-time data on plant health, soil condition and environmental parameters;
an imaging system equipped with high-resolution cameras with infrared capabilities that capture detailed images of plants from different angles and heights;
a disease detection and recognition module integrated into the imaging system to analyze captured images and identify signs of plant diseases;
an intelligent irrigation control unit comprising a neural processing unit (NPU) and a GPS module, receiving real-time data from the sensor array unit and the disease detection and recognition module, processing these data and autonomously controlling irrigation parameters;
an adaptive irrigation system comprising soil moisture sensors connected to the intelligent irrigation control unit, dynamically adjusting irrigation parameters based on real-time data obtained from the sensor array unit and optimizing water supply according to the specific needs of individual plants;
an environmental monitoring subsystem with temperature and humidity sensors connected to the sensor array unit and enabling continuous monitoring of environmental conditions to influence irrigation decisions made by the intelligent irrigation control unit; and
a remote monitoring and control interface that is connected to the intelligent irrigation control unit and allows users to remotely access and monitor system operations, receive real-time updates on crop health, and make manual adjustments to irrigation parameters.

Description

Gebiet der Erfindung:Field of the invention:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Agrartechnologie und insbesondere auf ein KIgestütztes intelligentes Bewässerungssystem zur Überwachung der Pflanzengesundheit, das darauf ausgelegt ist, den Ernteertrag zu steigern und den Wasserverbrauch durch die Integration fortschrittlicher Sensoren, Bildgebungssysteme und Techniken der künstlichen Intelligenz zu optimieren.The present invention relates to agricultural technology and, more particularly, to an AI-powered smart irrigation system for monitoring plant health designed to increase crop yield and optimize water usage by integrating advanced sensors, imaging systems and artificial intelligence techniques.

Hintergrund:Background:

Im Bereich der modernen Landwirtschaft stößt das Streben nach einer Optimierung der Pflanzengesundheit und der Bewässerungspraktiken auf Herausforderungen, die in traditionellen Methoden verwurzelt sind. Die herkömmlichen Ansätze basieren häufig auf manuellen Beobachtungen und festen Bewässerungsplänen, einer Methodik, die nicht an die dynamischen Bedingungen landwirtschaftlicher Umgebungen angepasst werden kann. Bestehende Lösungen haben bei der Bewältigung dieser Herausforderungen Fortschritte gemacht, sind jedoch im Allgemeinen nicht in der Lage, einen ganzheitlichen und intelligenten Rahmen für die Überwachung der Pflanzengesundheit und das Bewässerungsmanagement bereitzustellen.In the field of modern agriculture, the quest to optimize plant health and irrigation practices faces challenges rooted in traditional methods. The conventional approaches are often based on manual observations and fixed irrigation schedules, a methodology that cannot be adapted to the dynamic conditions of agricultural environments. Existing solutions have made progress in addressing these challenges, but are generally unable to provide a holistic and intelligent framework for plant health monitoring and irrigation management.

Eine weit verbreitete Methode sind herkömmliche Bewässerungssysteme wie Tropf- oder Flutbewässerung, die zwar weit verbreitet sind, aber nach festen Zeitplänen arbeiten und sich nicht dynamisch an Echtzeitdaten zur Pflanzengesundheit oder zum Bodenfeuchtigkeitsniveau anpassen. Diese Einschränkung führt oft entweder zu einer Überbewässerung, was zu Ressourcenverschwendung führt, oder zu einer Unterbewässerung, was zu Stress bei den Pflanzen und Ertragseinbußen führt. Darüber hinaus ist die manuelle Pflanzenüberwachung, eine gängige Praxis, von Natur aus subjektiv, zeitaufwändig und anfällig für verzögerte Reaktionen, sodass sie für rechtzeitige Interventionen bei aufkommenden Pflanzenproblemen nicht ausreicht.A common method is traditional irrigation systems such as drip or flood irrigation, which, although widely used, operate on fixed schedules and do not dynamically adapt to real-time data on plant health or soil moisture levels. This limitation often leads to either over-irrigation, resulting in wasted resources, or under-irrigation, causing plant stress and yield loss. In addition, manual plant monitoring, a common practice, is inherently subjective, time-consuming and prone to delayed responses, making it insufficient for timely interventions on emerging plant problems.

Um einen Anschein von Automatisierung einzuführen, wurden grundlegende sensorbasierte Systeme zur Überwachung der Bodenfeuchtigkeit eingeführt. Obwohl diese Lösungen einen Fortschritt darstellen, fehlt ihnen in der Regel die Integration fortschrittlicher Bildgebungstechnologien und künstlicher Intelligenz, was ihre Fähigkeit, differenzierte Einblicke in die Gesundheit einzelner Pflanzen zu bieten, einschränkt. Die Abhängigkeit von Satellitenbildern und Fernerkundungstechnologien ist zwar für die Überwachung großer landwirtschaftlicher Flächen anwendbar, steht jedoch vor Herausforderungen wie begrenzter Auflösung und Latenz bei der Datenerfassung, wodurch die für die dynamische Agrarlandschaft entscheidenden Echtzeit-Entscheidungsfähigkeiten beeinträchtigt werden.To introduce some semblance of automation, basic sensor-based soil moisture monitoring systems have been introduced. While these solutions represent a step forward, they typically lack the integration of advanced imaging technologies and artificial intelligence, limiting their ability to provide nuanced insights into the health of individual crops. While applicable for monitoring large agricultural areas, reliance on satellite imagery and remote sensing technologies faces challenges such as limited resolution and latency in data collection, compromising real-time decision-making capabilities critical to the dynamic agricultural landscape.

Die Einschränkungen bestehender Lösungen, die durch mangelnde Präzision, unzureichende Automatisierung und einen Mangel an fortschrittlicher KI-Integration gekennzeichnet sind, unterstreichen die Notwendigkeit eines transformativen Ansatzes. Das vorgeschlagene intelligente Bewässerungssystem „AI-Powered Crop Health Monitor“ soll diese Lücke durch die nahtlose Integration eines hochentwickelten Sensorarrays, hochauflösender Bildgebungsfunktionen und modernster KI- Techniken schließen. Dieser ganzheitliche Rahmen zielt darauf ab, eine präzise Entscheidungsfindung in Echtzeit zu ermöglichen und durch die Optimierung der Ressourcennutzung und die Maximierung des Ernteertrags eine neue Ära der nachhaltigen Landwirtschaft einzuläuten.The limitations of existing solutions, characterized by lack of precision, inadequate automation and a lack of advanced AI integration, highlight the need for a transformative approach. The proposed smart irrigation system, AI-Powered Crop Health Monitor, aims to bridge this gap by seamlessly integrating a sophisticated sensor array, high-resolution imaging capabilities and cutting-edge AI techniques. This holistic framework aims to enable precise, real-time decision-making and usher in a new era of sustainable agriculture by optimizing resource utilization and maximizing crop yield.

Die Landwirtschaft bildet das Rückgrat der weltweiten Nahrungsmittelproduktion, und die Gewährleistung einer optimalen Pflanzengesundheit und eines optimalen Ressourcenmanagements ist für eine nachhaltige und effiziente Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung. Konventionelle landwirtschaftliche Praktiken basieren oft auf manueller Beobachtung und festen Bewässerungsplänen, was zu einer suboptimalen Ressourcennutzung und möglichen Ernteverlusten aufgrund von Krankheiten oder unzureichender Wasserversorgung führt. Bestehende Lösungen haben versucht, diese Herausforderungen anzugehen, scheitern jedoch oft daran, einen ganzheitlichen und intelligenten Ansatz für die Überwachung der Pflanzengesundheit und das Bewässerungsmanagement bereitzustellen. Herkömmliche Bewässerungssysteme wie Tropf- oder Flutbewässerung sind weit verbreitet, lassen sich jedoch nicht an dynamische Umweltbedingungen anpassen. Diese Systeme arbeiten oft nach festen Zeitplänen und berücksichtigen keine Echtzeitdaten über die Gesundheit der Pflanzen oder den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens, was zu einer Über- oder Unterbewässerung führt. Agriculture forms the backbone of global food production, and ensuring optimal crop health and resource management is critical for sustainable and efficient agriculture. Conventional farming practices are often based on manual observation and fixed irrigation schedules, resulting in suboptimal resource use and potential crop losses due to disease or inadequate water supply. Existing solutions have attempted to address these challenges but often fail to provide a holistic and intelligent approach to crop health monitoring and irrigation management. Conventional irrigation systems such as drip or flood irrigation are widely used but cannot adapt to dynamic environmental conditions. These systems often operate on fixed schedules and do not take into account real-time data on crop health or soil moisture levels, resulting in over- or under-irrigation.

Landwirte verlassen sich traditionell auf manuelle Beobachtung, um Anzeichen von Pflanzenkrankheiten oder Stress zu erkennen. Dieser Ansatz ist jedoch zeitaufwändig, subjektiv und kann zu verzögerten Reaktionen auf neu auftretende Probleme führen, was sich auf den gesamten Ernteertrag auswirkt.Farmers have traditionally relied on manual observation to detect signs of plant disease or stress, but this approach is time-consuming, subjective and can lead to delayed responses to emerging problems, impacting overall crop yield.

Einige bestehende Lösungen umfassen grundlegende Sensoren zur Überwachung der Bodenfeuchtigkeit. Obwohl diese Systeme eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Methoden darstellen, fehlt ihnen häufig die Integration fortschrittlicher Bildgebungstechnologien und künstlicher Intelligenz, was ihre Fähigkeit, Einblicke in die Pflanzengesundheit zu liefern, einschränkt.Some existing solutions include basic sensors to monitor soil moisture. Although these systems represent an improvement over traditional methods, they often lack the integration of advanced imaging technologies and artificial intelligence, which limits their ability to provide insights into plant health.

Zur Überwachung großer landwirtschaftlicher Flächen wurden Satellitenbilder und Fernerkundungstechnologien eingesetzt. Allerdings reicht die Auflösung dieser Technologien möglicherweise nicht für eine detaillierte Analyse der Pflanzengesundheit auf Einzelpflanzenebene aus. Darüber hinaus können die Latenz bei der Datenerfassung und die begrenzten Wiederholungsfrequenzen die Entscheidungsfindung in Echtzeit behindern.Satellite imagery and remote sensing technologies have been used to monitor large agricultural areas. However, the resolution of these technologies may not be sufficient for detailed analysis of plant health at the individual plant level. In addition, latency in data collection and limited repetition frequencies may hinder real-time decision-making.

Den bestehenden Lösungen fehlt die Präzision, die für eine rechtzeitige Krankheitserkennung und ein optimales Bewässerungsmanagement auf Einzelpflanzenebene erforderlich ist. Herkömmliche Methoden und grundlegende sensorbasierte Systeme basieren oft stark auf manuellen Eingriffen, was zu Ineffizienzen und verzögerten Reaktionen führt. Während einige Lösungen Sensordaten einbeziehen, schränkt das Fehlen fortschrittlicher KI-Techniken ihre Fähigkeit ein, intelligente, autonome Entscheidungsfähigkeiten bereitzustellen, die für dynamische landwirtschaftliche Umgebungen entscheidend sind. Es besteht Bedarf an einem verbesserten KI-gestützten intelligenten Bewässerungssystem zur Überwachung der Pflanzengesundheit.Existing solutions lack the precision required for timely disease detection and optimal irrigation management at the individual plant level. Traditional methods and basic sensor-based systems often rely heavily on manual intervention, resulting in inefficiencies and delayed responses. While some solutions incorporate sensor data, the lack of advanced AI techniques limits their ability to provide intelligent, autonomous decision-making capabilities critical for dynamic agricultural environments. There is a need for an improved AI-powered smart irrigation system to monitor plant health.

Zusammenfassung der Erfindung:Summary of the invention:

Die Erfindung betrifft die Überwachung der Pflanzengesundheit und ein intelligentes Bewässerungssystem zur Optimierung landwirtschaftlicher Praktiken. Das System integriert eine Sensor-Array-Einheit, die mit multispektralen und hyperspektralen Bildsensoren, Bodenfeuchtigkeitssensoren, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sowie Atmosphärensensoren ausgestattet ist. Diese Komponenten sammeln gemeinsam Echtzeitdaten zur Pflanzengesundheit, zum Bodenzustand und zu Umweltparametern. Mit der Sensor-Array-Einheit ist ein Bildsystem mit hochauflösenden Kameras mit Infrarotfunktion verbunden, das detaillierte Ausschnittbilder aus verschiedenen Perspektiven aufnimmt. Die aufgenommenen Bilder werden an ein Krankheitserkennungs- und -erkennungsmodul übertragen, das fortschrittliche Techniken der künstlichen Intelligenz nutzt, um Anzeichen von Pflanzenkrankheiten zu identifizieren. Das System umfasst außerdem eine intelligente Bewässerungssteuereinheit, die mit einem Hochleistungsprozessor, einer neuronalen Verarbeitungseinheit (NPU) und einem GPS-Modul ausgestattet ist und die Datenverarbeitung in Echtzeit, KI-gesteuerte Entscheidungsfindung und autonome Bewässerungssteuerung ermöglicht. Ein adaptives Bewässerungssystem passt die Bewässerungsparameter dynamisch an, basierend auf den Bodenfeuchtigkeitswerten, die von den miteinander verbundenen Bodenfeuchtigkeitssensoren ermittelt werden. Das System umfasst außerdem ein Umgebungsüberwachungssubsystem und eine Fernüberwachungs- und Steuerungsschnittstelle, wodurch seine Fähigkeiten zur präzisen Beurteilung der Pflanzengesundheit und die Benutzerzugänglichkeit verbessert werden.The invention relates to plant health monitoring and a smart irrigation system for optimizing agricultural practices. The system integrates a sensor array unit equipped with multispectral and hyperspectral image sensors, soil moisture sensors, temperature and humidity sensors, and atmospheric sensors. These components collectively collect real-time data on plant health, soil condition, and environmental parameters. An imaging system with high-resolution cameras with infrared capability is connected to the sensor array unit, capturing detailed cropped images from different perspectives. The captured images are transmitted to a disease detection and recognition module that uses advanced artificial intelligence techniques to identify signs of plant diseases. The system also includes a smart irrigation control unit equipped with a high-performance processor, a neural processing unit (NPU), and a GPS module, enabling real-time data processing, AI-driven decision making, and autonomous irrigation control. An adaptive irrigation system dynamically adjusts irrigation parameters based on soil moisture levels determined by the interconnected soil moisture sensors. The system also includes an environmental monitoring subsystem and a remote monitoring and control interface, improving its ability to accurately assess plant health and user accessibility.

Die Erfindung umfasst ein Hardwaresystem mit einem Sensorarray, das multispektrale und hyperspektrale Bildsensoren, Bodenfeuchtigkeitssensoren, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sowie Atmosphärensensoren umfasst. Ein hochauflösendes Kamerasystem, das mit Infrarotfunktionen ausgestattet ist, erfasst detaillierte Bilder für die Analyse der Pflanzengesundheit. Diese Komponenten sind nahtlos in eine Verarbeitungseinheit integriert, die einen Hochleistungsprozessor und eine dedizierte neuronale Verarbeitungseinheit (NPU) für Echtzeit-Datenverarbeitung und KI-Modellausführung umfasst.The invention comprises a hardware system with a sensor array that includes multispectral and hyperspectral image sensors, soil moisture sensors, temperature and humidity sensors, and atmospheric sensors. A high-resolution camera system equipped with infrared capabilities captures detailed images for plant health analysis. These components are seamlessly integrated into a processing unit that includes a high-performance processor and a dedicated neural processing unit (NPU) for real-time data processing and AI model execution.

Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung weiter zu verdeutlichen, erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnung nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellt und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen ist. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung genauer und detaillierter beschrieben und erläutert.In order to further clarify the advantages and features of the present disclosure, the invention will be described in more detail with reference to specific embodiments thereof shown in the accompanying drawings. It is to be understood that these drawings represent only typical embodiments of the invention and are therefore not to be considered as limiting the scope thereof. The invention will be described and explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURSHORT DESCRIPTION OF THE FIGURE

Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gelesen wird, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wobei:

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Überwachung der Pflanzengesundheit und eines intelligenten Bewässerungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

These and other features, aspects and advantages of the present disclosure will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like reference characters represent like parts, wherein:

1 shows a block diagram of a plant health monitoring system and a smart irrigation system according to an embodiment of the present disclosure.

Darüber hinaus werden erfahrene Handwerker erkennen, dass Elemente in der Zeichnung der Einfachheit halber dargestellt sind und möglicherweise nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise veranschaulichen die Flussdiagramme die Methode anhand der wichtigsten Schritte, die dazu beitragen, das Verständnis von Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können im Hinblick auf die Konstruktion des Geräts eine oder mehrere Komponenten des Geräts in der Zeichnung durch herkömmliche Symbole dargestellt worden sein, und die Zeichnung zeigt möglicherweise nur die spezifischen Details, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind um die Zeichnung nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, der Nutzen aus der Beschreibung hierin zieht, leicht ersichtlich sind.In addition, experienced craftsmen will recognize that elements in the drawing are shown for convenience and may not necessarily be drawn to scale. For example, the flowcharts illustrate the method by key steps that help improve understanding of aspects of the present disclosure. In addition, with respect to the construction of the device, one or more components of the device may have been represented in the drawing by conventional symbols, and the drawing may show only the specific details, relevant to the understanding of the embodiments of the present disclosure so as not to obscure the drawings with details that would be readily apparent to one of ordinary skill in the art having the benefit of the description herein.

Zusammenfassung:Summary:

Die vorgestellte Erfindung bietet ein System zur Überwachung der Pflanzengesundheit und ein intelligentes Bewässerungssystem, das fortschrittliche Sensortechnologien und künstliche Intelligenz integriert, um landwirtschaftliche Praktiken zu optimieren. Das System umfasst eine vielseitige Sensor-Array-Einheit und ein hochauflösendes Bildgebungssystem für die Echtzeit-Datenerfassung über Pflanzengesundheit, Bodenbedingungen und Umweltfaktoren. Ein Modul zur Erkennung und Erkennung von Krankheiten nutzt Algorithmen der künstlichen Intelligenz, um frühe Anzeichen von Pflanzenkrankheiten zu erkennen und so ein sofortiges Eingreifen zu ermöglichen. Die intelligente Bewässerungssteuereinheit verarbeitet die Daten autonom und passt die Bewässerungsparameter dynamisch an, um Ressourcen zu schonen und den Ernteertrag zu steigern. Die Anpassungsfähigkeit des Systems wird durch eine modulare Architektur betont, die Skalierbarkeit und Anpassung an verschiedene landwirtschaftliche Landschaften gewährleistet. Darüber hinaus ermöglicht eine benutzerfreundliche Fernüberwachungs- und Steuerungsschnittstelle den Landwirten, fundierte Entscheidungen auf der Grundlage von Echtzeit-Erkenntnissen zu treffen und so zu einem nachhaltigen und effizienten landwirtschaftlichen Management beizutragen.The presented invention offers a plant health monitoring system and a smart irrigation system that integrates advanced sensor technologies and artificial intelligence to optimize agricultural practices. The system includes a versatile sensor array unit and a high-resolution imaging system for real-time data collection on plant health, soil conditions and environmental factors. A disease detection and recognition module uses artificial intelligence algorithms to detect early signs of plant diseases, enabling immediate intervention. The smart irrigation control unit processes the data autonomously and dynamically adjusts irrigation parameters to conserve resources and increase crop yield. The adaptability of the system is emphasized by a modular architecture that ensures scalability and adaptation to different agricultural landscapes. In addition, a user-friendly remote monitoring and control interface enables farmers to make informed decisions based on real-time insights, contributing to sustainable and efficient agricultural management.

Detaillierte Beschreibung:Detailed description:

Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und für deren Beschreibung eine spezifische Sprache verwendet. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und weitere Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würden in der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht.In order to promote an understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiment illustrated in the drawings and specific language will be used to describe the same. It is to be understood, however, that no limitation upon the scope of the invention is thereby intended, since changes and further modifications to the illustrated system and further applications of the principles of the invention illustrated therein are contemplated as would normally occur to one skilled in the art to which the invention relates.

Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory of the invention and are not intended to be restrictive thereof.

Verweise in dieser Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ oder eine ähnliche Sprache bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher beziehen sich die Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Formulierungen in dieser Spezifikation möglicherweise, aber nicht unbedingt, auf dieselbe Ausführungsform.References in this specification to "one aspect," "another aspect," or similar language mean that a particular feature, structure, or feature described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present disclosure. Therefore, the phrases "in one embodiment," "in another embodiment," and similar phrases in this specification may, but do not necessarily, refer to the same embodiment.

Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern möglicherweise andere Schritte nicht umfasst ausdrücklich aufgeführt oder diesem Prozess oder dieser Methode innewohnend sind. Ebenso schließen ein oder mehrere Geräte oder Subsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, denen „umfasst...a“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Geräte oder anderer Subsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen aus anderen Komponenten oder zusätzliche Geräte oder zusätzliche Subsysteme oder zusätzliche Elemente oder zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Komponenten.The terms "comprises," "comprising," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion, such that a process or method comprising a list of steps does not include only those steps, but may include other steps not expressly listed or inherent in that process or method. Likewise, one or more devices or subsystems or elements or structures or components preceded by "comprises..." do not exclude, without further limitation, the existence of other devices or other subsystems or other elements or other structures from other components, or additional devices or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.

Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Das hier bereitgestellte System, die Methoden und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The system, methods, and examples provided herein are for purposes of illustration only and are not intended to be limiting.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

Die in dieser Spezifikation beschriebenen Funktionseinheiten sind als Geräte gekennzeichnet. Ein Gerät kann in programmierbaren Hardwaregeräten wie Prozessoren, digitalen Signalprozessoren, Zentraleinheiten, feldprogrammierbaren Gate-Arrays, programmierbarer Array-Logik, programmierbaren Logikgeräten, Cloud-Verarbeitungssystemen oder dergleichen implementiert werden. Die Geräte können auch in Software zur Ausführung durch verschiedene Prozessortypen implementiert werden. Ein identifiziertes Gerät kann ausführbaren Code enthalten und beispielsweise einen oder mehrere physische oder logische Blöcke von Computeranweisungen umfassen, die beispielsweise als Objekt, Prozedur, Funktion oder anderes Konstrukt organisiert sein können. Dennoch muss die ausführbare Datei eines identifizierten Geräts nicht physisch zusammen angeordnet sein, sondern kann aus unterschiedlichen, an unterschiedlichen Orten gespeicherten Anweisungen bestehen, die, wenn sie logisch zusammengefügt werden, das Gerät bilden und den angegebenen Zweck des Geräts erfüllen.The functional units described in this specification are identified as devices. A device may be implemented in programmable hardware devices such as processors, digital signal processors, central processing units, field programmable gate arrays, programmable array logic, programmable logic devices, cloud processing systems, or the like. The devices may also be implemented in software for execution by various types of processors. An identified device may contain executable code and may include, for example, one or more physical or logical blocks of computer instructions, for example, as object, procedure, function, or other construct. Nevertheless, the executable of an identified device need not be physically located together, but may consist of different instructions stored in different locations that, when logically put together, form the device and accomplish the stated purpose of the device.

Tatsächlich könnte ein ausführbarer Code eines Geräts oder Moduls eine einzelne Anweisung oder mehrere Anweisungen sein und sogar über mehrere verschiedene Codesegmente, zwischen verschiedenen Anwendungen und über mehrere Speichergeräte verteilt sein. In ähnlicher Weise können Betriebsdaten hier innerhalb des Geräts identifiziert und dargestellt werden und können in jeder geeigneten Form verkörpert und in jeder geeigneten Art von Datenstruktur organisiert werden. Die Betriebsdaten können als einzelner Datensatz erfasst oder über verschiedene Standorte, einschließlich verschiedener Speichergeräte, verteilt werden und können zumindest teilweise als elektronische Signale in einem System oder Netzwerk vorliegen.In fact, executable code of a device or module could be a single instruction or multiple instructions, and even distributed across several different code segments, between different applications, and across multiple storage devices. Similarly, operational data here may be identified and represented within the device and may be embodied in any suitable form and organized in any suitable type of data structure. The operational data may be captured as a single set of data or distributed across different locations, including different storage devices, and may exist at least in part as electronic signals in a system or network.

Verweise in dieser Spezifikation auf „eine ausgewählte Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform des offenbarten Gegenstands enthalten ist. Daher beziehen sich die Ausdrücke „eine ausgewählte Ausführungsform“, „in einer Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in dieser Spezifikation nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform.References in this specification to "a selected embodiment," "an embodiment," or "an embodiment" mean that a particular feature, structure, or feature described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the disclosed subject matter. Therefore, the phrases "a selected embodiment," "in an embodiment," or "in an embodiment" in various places in this specification do not necessarily refer to the same embodiment.

Darüber hinaus können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen auf jede geeignete Weise kombiniert werden. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details bereitgestellt, um ein umfassendes Verständnis der Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands zu ermöglichen. Ein Fachmann auf dem betreffenden Gebiet wird jedoch erkennen, dass der offenbarte Gegenstand ohne eines oder mehrere der spezifischen Details oder mit anderen Methoden, Komponenten, Materialien usw. in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen können wohlbekannte Strukturen, Materialien, oder Vorgänge werden nicht im Detail gezeigt oder beschrieben, um Aspekte des offengelegten Gegenstands nicht zu verschleiern.Moreover, the described features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. In the following description, numerous specific details are provided to provide a thorough understanding of embodiments of the disclosed subject matter. However, one skilled in the art will recognize that the disclosed subject matter may be practiced without one or more of the specific details, or with other methods, components, materials, etc. In other instances, well-known structures, materials, or processes are not shown or described in detail in order not to obscure aspects of the disclosed subject matter.

Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen können die offenbarten Computerprogramme oder -module auf viele beispielhafte Arten ausgeführt werden, beispielsweise als Anwendung, die sich im Speicher eines Geräts befindet, oder als gehostete Anwendung, die auf einem Server ausgeführt wird und mit diesem kommuniziert Geräteanwendung oder Browser über eine Reihe von Standardprotokollen wie TCP/IP, HTTP, XML, SOAP, REST, JSON und andere ausreichende Protokolle. Die offenbarten Computerprogramme können in beispielhaften Programmiersprachen geschrieben sein, die aus dem Speicher des Geräts oder von einem gehosteten Server ausgeführt werden, wie etwa BASIC, COBOL, C, C++, Java, Pascal, oder Skriptsprachen wie JavaScript, Python, Ruby, PHP, Perl oder andere geeignete Programmiersprachen.According to example embodiments, the disclosed computer programs or modules may be executed in many example ways, for example, as an application residing in the memory of a device, or as a hosted application executing on and communicating with a server, device application, or browser via a variety of standard protocols such as TCP/IP, HTTP, XML, SOAP, REST, JSON, and other sufficient protocols. The disclosed computer programs may be written in example programming languages that execute from the memory of the device or from a hosted server, such as BASIC, COBOL, C, C++, Java, Pascal, or scripting languages such as JavaScript, Python, Ruby, PHP, Perl, or other suitable programming languages.

Einige der offenbarten Ausführungsformen beinhalten oder beinhalten auf andere Weise die Datenübertragung über ein Netzwerk, beispielsweise die Übermittlung verschiedener Eingaben oder Dateien über das Netzwerk. Das Netzwerk kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen: Internet, Wide Area Networks (WANs), Local Area Networks (LANs), analoge oder digitale drahtgebundene und drahtlose Telefonnetzwerke (z. B. ein PSTN, Integrated Services Digital Network (ISDN), ein Mobilfunknetz und Digital Subscriber Line (xDSL), Radio, Fernsehen, Kabel, Satellit und/oder andere Übertragungs- oder Tunnelmechanismen zur Datenübertragung. Das Netzwerk kann mehrere Netzwerke oder Teilnetzwerke umfassen, von denen jedes beispielsweise einen drahtgebundenen oder drahtlosen Datenweg umfassen kann. Das Netzwerk kann ein leitungsvermitteltes Sprachnetzwerk, ein paketvermitteltes Datennetzwerk oder jedes andere Netzwerk umfassen, das elektronische Kommunikation übertragen kann. Das Netzwerk kann beispielsweise Netzwerke umfassen, die auf dem Internetprotokoll (IP) oder dem asynchronen Übertragungsmodus (ATM) basieren, und kann Sprache beispielsweise mithilfe von VoIP, Voice-over-ATM oder anderen vergleichbaren Protokollen unterstützen, die für Sprachdatenkommunikation verwendet werden. In einer Implementierung umfasst das Netzwerk ein Mobilfunknetz, das so konfiguriert ist, dass es den Austausch von Text- oder SMS-Nachrichten ermöglicht.Some of the disclosed embodiments involve or otherwise involve the transmission of data over a network, such as the transmission of various inputs or files over the network. The network may include, for example, one or more of the following: Internet, Wide Area Networks (WANs), Local Area Networks (LANs), analog or digital wired and wireless telephone networks (e.g., a PSTN, Integrated Services Digital Network (ISDN), a cellular network, and Digital Subscriber Line (xDSL), radio, television, cable, satellite, and/or other transmission or tunneling mechanisms for transmitting data. The network may include multiple networks or subnetworks, each of which may include, for example, a wired or wireless data path. The network may include a circuit-switched voice network, a packet-switched data network, or any other network capable of transmitting electronic communications. The network may include, for example, networks based on Internet Protocol (IP) or Asynchronous Transfer Mode (ATM), and may support voice using, for example, VoIP, Voice-over-ATM, or other comparable protocols used for voice data communications. In one implementation, the network includes a cellular network configured to enable the exchange of text or SMS messages.

Beispiele für das Netzwerk sind unter anderem ein Personal Area Network (PAN), ein Storage Area Network (SAN), ein Home Area Network (HAN), ein Campus Area Network (CAN) und ein Local Area Network (LAN), ein Wide Area Network (WAN), ein Metropolitan Area Network (MAN), ein Virtual Private Network (VPN), ein Enterprise Private Network (EPN), Internet, ein Global Area Network (GAN) und so weiter.Examples of the network include a personal area network (PAN), a storage area network (SAN), a home area network (HAN), a campus area network (CAN), a local area network (LAN), a wide area network (WAN), a metropolitan area network (MAN), a virtual private network (VPN), an enterprise private network (EPN), Internet, a global area network (GAN), and so on.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Überwachung der Pflanzengesundheit und eines intelligenten Bewässerungssystems (100) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das System (100) umfasst eine Sensorarray-Einheit (102), die mit multispektralen und hyperspektralen Bildsensoren (102a), Bodenfeuchtigkeitssensoren (102b), Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren (102c) und Atmosphärensensoren (102d) konfiguriert ist und Echtzeitdaten sammelt auf Pflanzengesundheit, Bodenbedingungen und Umweltparameter. 1 shows a block diagram of a plant health monitoring system and an intelligent irrigation system (100) according to an embodiment of the present disclosure. The system (100) includes a sensor array unit (102) configured with multispectral and hyperspectral image sensors (102a), soil moisture sensors (102b), temperature and humidity sensors (102c), and atmosphere sensors (102d) and collects real-time data on plant health, soil conditions, and environmental parameters.

In einer Ausführungsform ist ein Bildgebungssystem (104) mit hochauflösenden Kameras (104a) ausgestattet, die über Infrarotfähigkeiten verfügen und detaillierte Bilder von Feldfrüchten aus verschiedenen Winkeln und Höhen erfassen.In one embodiment, an imaging system (104) is equipped with high-resolution cameras (104a) having infrared capabilities that capture detailed images of crops from different angles and heights.

In einer Ausführungsform ist ein Krankheitserkennungs- und -erkennungsmodul (106) in das Bildgebungssystem (104) integriert, um aufgenommene Bilder zu analysieren und Anzeichen von Pflanzenkrankheiten zu identifizieren.In one embodiment, a disease detection and recognition module (106) is integrated into the imaging system (104) to analyze captured images and identify signs of plant diseases.

In einer Ausführungsform umfasst eine intelligente Bewässerungssteuereinheit (108) eine neuronale Verarbeitungseinheit (NPU) (108a) und ein GPS-Modul (108b), das Echtzeitdaten von der Sensorarray-Einheit (102) empfängt und Krankheiten erkennt und erkennt Modul (106), das die Daten verarbeitet und die Bewässerungsparameter autonom steuert.In one embodiment, an intelligent irrigation control unit (108) comprises a neural processing unit (NPU) (108a) and a GPS module (108b) that receives real-time data from the sensor array unit (102) and detects and recognizes diseases module (106) that processes the data and autonomously controls the irrigation parameters.

In einer Ausführungsform umfasst ein adaptives Bewässerungssystem (110) Bodenfeuchtigkeitssensoren (102b), die mit der intelligenten Bewässerungssteuereinheit (108) verbunden sind, Bewässerungsparameter basierend auf Echtzeitdaten, die von der Sensorarray-Einheit (102) erhalten werden, dynamisch anpassen und optimieren Wasserversorgung entsprechend den spezifischen Bedürfnissen einzelner Pflanzen.In one embodiment, an adaptive irrigation system (110) comprises soil moisture sensors (102b) connected to the intelligent irrigation control unit (108) that dynamically adjust irrigation parameters based on real-time data obtained from the sensor array unit (102) and optimize water supply according to the specific needs of individual plants.

In einer Ausführungsform umfasst ein Umgebungsüberwachungssubsystem (112) Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren (102c), die mit der Sensorarray-Einheit (102) verbunden sind und eine kontinuierliche Überwachung der Umgebungsbedingungen ermöglichen, um Bewässerungsentscheidungen zu beeinflussen, die von der intelligenten Bewässerungssteuereinheit (108) getroffen werden. ; UndIn one embodiment, an environmental monitoring subsystem (112) includes temperature and humidity sensors (102c) coupled to the sensor array unit (102) and enabling continuous monitoring of environmental conditions to influence irrigation decisions made by the intelligent irrigation controller (108). ; And

In einer Ausführungsform ist eine Fernüberwachungs- und Steuerschnittstelle (114) mit der intelligenten Bewässerungssteuereinheit (108) verbunden, sodass Benutzer aus der Ferne auf den Betrieb des Systems zugreifen und ihn überwachen, Echtzeitaktualisierungen zur Pflanzengesundheit erhalten und manuelle Anpassungen vornehmen können Bewässerungsparameter.In one embodiment, a remote monitoring and control interface (114) is connected to the intelligent irrigation controller (108) so that users can remotely access and monitor the operation of the system, receive real-time updates on plant health, and make manual adjustments to irrigation parameters.

In einer Ausführungsform sind die hochauflösenden Kameras (104a) des Bildgebungssystems (104) in Winkel und Höhe verstellbar, um Bilder von Feldfrüchten aus verschiedenen Perspektiven aufzunehmen.In one embodiment, the high-resolution cameras (104a) of the imaging system (104) are adjustable in angle and height to capture images of crops from different perspectives.

In einer Ausführungsform umfasst das Krankheitserkennungs- und -erkennungsmodul (106) außerdem eine Datenbank (106a) bekannter Pflanzenkrankheiten für eine verbesserte Genauigkeit bei der Identifizierung und Klassifizierung von Krankheiten in erfassten Bildern. In one embodiment, the disease detection and recognition module (106) further comprises a database (106a) of known plant diseases for improved accuracy in identifying and classifying diseases in captured images.

In einer Ausführungsform nutzt die intelligente Bewässerungssteuereinheit (108) das GPS-Modul (108b) zur präzisen Standortverfolgung des landwirtschaftlichen Feldes und ermöglicht so eine räumliche Kartierung der Pflanzengesundheit und des Bewässerungsstatus.In one embodiment, the intelligent irrigation controller (108) uses the GPS module (108b) to precisely track the location of the agricultural field, enabling spatial mapping of plant health and irrigation status.

In einer Ausführungsform umfasst das adaptive Bewässerungssystem (110) außerdem Aktoren (110a), die von der intelligenten Bewässerungssteuereinheit (108) gesteuert werden, um die Wasserabgabe basierend auf den von den Bodenfeuchtigkeitssensoren (102b) erhaltenen Feuchtigkeitsniveaus dynamisch anzupassen.In one embodiment, the adaptive irrigation system (110) further comprises actuators (110a) controlled by the intelligent irrigation controller (108) to dynamically adjust water delivery based on moisture levels received from the soil moisture sensors (102b).

In einer Ausführungsform umfasst das Umweltüberwachungssubsystem (112) Gaskonzentrationssensoren (112a) innerhalb der Atmosphärensensoren (102d) zum Erkennen und Analysieren von Gasen, die die Gesundheit der Pflanzen beeinträchtigen können.In one embodiment, the environmental monitoring subsystem (112) includes gas concentration sensors (112a) within the atmospheric sensors (102d) for detecting and analyzing gases that may affect plant health.

In einer Ausführungsform ermöglicht die Fernüberwachungs- und -steuerungsschnittstelle (114) Benutzern den Empfang automatisierter Warnungen basierend auf der Analyse der Pflanzengesundheitsdaten, was ein rechtzeitiges Eingreifen und manuelle Anpassungen der Bewässerungsparameter erleichtert.In one embodiment, the remote monitoring and control interface (114) enables users to receive automated alerts based on analysis of plant health data, facilitating timely intervention and manual adjustments to irrigation parameters.

Das Sensorarray ist strategisch im landwirtschaftlichen Bereich positioniert und erfasst wichtige Daten zur Pflanzengesundheit, zum Bodenzustand und zu Umweltparametern. Die hochauflösenden Kameras arbeiten mit fortschrittlichen KI-Techniken zusammen und ermöglichen eine präzise Bilderkennung und Krankheitserkennung. Die Bodenfeuchtigkeitssensoren liefern Echtzeit-Feedback über den Feuchtigkeitsgehalt in verschiedenen Tiefen und ermöglichen es dem intelligenten Bewässerungssystem, die Wasserzufuhr basierend auf dem tatsächlichen Pflanzenbedarf zu optimieren.The sensor array is strategically positioned in the agricultural field and collects important data on plant health, soil condition and environmental parameters. The high-resolution cameras work with advanced AI techniques to enable precise image recognition and disease detection. The soil moisture sensors provide real-time feedback on moisture levels at different depths and enable the smart irrigation system to optimize water supply based on actual plant needs.

Die Verarbeitungseinheit fungiert als Gehirn des Systems und führt komplexe KI-Techniken aus, um Sensordaten zu analysieren und fundierte Entscheidungen bezüglich Bewässerungsplänen zu treffen. Die Integration eines GPS-Moduls erleichtert die genaue Standortverfolgung und Kartierung des Feldes und steigert so die Gesamtsystemeffizienz. Die Erfindung arbeitet autonom, überwacht kontinuierlich den Gesundheitszustand der Pflanzen und passt die Bewässerungsparameter an, wodurch die Ressourcenverschwendung minimiert und der Ernteertrag maximiert wird.The processing unit acts as the brain of the system and executes complex AI techniques to analyze sensor data and make informed decisions regarding irrigation plans. fen. The integration of a GPS module facilitates accurate location tracking and mapping of the field, increasing overall system efficiency. The invention operates autonomously, continuously monitoring the health of the plants and adjusting irrigation parameters, thus minimizing resource waste and maximizing crop yield.

Das KI-gestützte intelligente Bewässerungssystem Crop Health Monitor stellt eine neuartige Lösung für eine nachhaltige und effiziente Landwirtschaft dar. Die Integration fortschrittlicher Sensoren, Bildgebungstechnologie und künstlicher Intelligenz bietet eine Lösung für die Herausforderungen, denen sich herkömmliche Pflanzenüberwachungs- und Bewässerungsmethoden gegenübersehen. Die Erfindung zielt darauf ab, landwirtschaftliche Praktiken durch die Förderung der Ressourcenschonung und die Maximierung der Pflanzenproduktivität zu revolutionieren.The AI-powered Crop Health Monitor smart irrigation system represents a novel solution for sustainable and efficient agriculture. The integration of advanced sensors, imaging technology and artificial intelligence offers a solution to the challenges faced by conventional crop monitoring and irrigation methods. The invention aims to revolutionize agricultural practices by promoting resource conservation and maximizing crop productivity.

In einer Ausführungsform umfasst das System ein Sensorarray-System, das multispektrale und hyperspektrale Bildsensoren, Bodenfeuchtigkeitssensoren, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sowie Atmosphärensensoren umfasst, wobei die Sensoren miteinander verbunden sind, um eine gleichzeitige und kontinuierliche Datenerfassung zur Überwachung der Pflanzengesundheit zu ermöglichen. Es wird ein Bildgebungssystem für die Gesundheitsanalyse von Nutzpflanzen bereitgestellt, das hochauflösende Kameras mit Infrarotfähigkeiten umfasst, wobei die Kameras mit dem Sensorarray-System verbunden sind, um detaillierte Bilder von Nutzpflanzen in verschiedenen Winkeln und Höhen aufzunehmen und so eine erweiterte Bilderkennung und Krankheitserkennung zu ermöglichen.In one embodiment, the system comprises a sensor array system including multispectral and hyperspectral image sensors, soil moisture sensors, temperature and humidity sensors, and atmospheric sensors, the sensors interconnected to enable simultaneous and continuous data collection for monitoring plant health. An imaging system for crop health analysis is provided that includes high resolution cameras with infrared capabilities, the cameras interconnected to the sensor array system to capture detailed images of crops at various angles and heights to enable advanced image recognition and disease detection.

Die intelligente Bewässerungssteuereinheit umfasst einen Hochleistungsprozessor, eine neuronale Verarbeitungseinheit (NPU) und ein GPS-Modul, wobei die Steuereinheit mit dem Sensorarray-System und dem Bildgebungssystem verbunden ist, um Echtzeitdaten zu verarbeiten, KI-Techniken auszuführen, und bieten eine präzise Standortverfolgung für eine optimierte Bewässerungssteuerung.The intelligent irrigation controller includes a high-performance processor, a neural processing unit (NPU) and a GPS module, with the controller connected to the sensor array system and the imaging system to process real-time data, execute AI techniques, and provide precise location tracking for optimized irrigation control.

Das Bewässerungssystem umfasst Bodenfeuchtigkeitssensoren, die mit der intelligenten Bewässerungssteuereinheit verbunden sind, wobei das System die Bewässerungsparameter basierend auf den vom Sensorarray-System und dem Bildgebungssystem erhaltenen Echtzeitdaten dynamisch anpasst und so die Wasserabgabe entsprechend den spezifischen Bedürfnissen einzelner Pflanzen optimiert.The irrigation system includes soil moisture sensors connected to the intelligent irrigation control unit, with the system dynamically adjusting irrigation parameters based on real-time data obtained from the sensor array system and the imaging system, thus optimizing water delivery according to the specific needs of individual plants.

Das Umweltüberwachungs-Subsystem umfasst Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, die mit dem Sensorarray-System verbunden sind, wobei das Subsystem eine kontinuierliche Überwachung der Umgebungsbedingungen ermöglicht, zur Gesamtbewertung der Pflanzengesundheit beiträgt und die Bewässerungsentscheidungen der intelligenten Bewässerungssteuereinheit beeinflusst.The environmental monitoring subsystem includes temperature and humidity sensors connected to the sensor array system, whereby the subsystem enables continuous monitoring of environmental conditions, contributes to the overall assessment of plant health and influences the irrigation decisions of the intelligent irrigation controller.

Das System umfasst ein in das Bildgebungssystem integriertes Krankheitserkennungs- und - erkennungsmodul, wobei das Modul Techniken der künstlichen Intelligenz einsetzt, um aufgenommene Bilder zu analysieren und Anzeichen von Pflanzenkrankheiten zu identifizieren, wobei das Modul mit der intelligenten Bewässerungssteuereinheit verbunden ist, um sofortige und gezielte Reaktionen zu ermöglichen.The system includes a disease detection and recognition module integrated into the imaging system, with the module using artificial intelligence techniques to analyze captured images and identify signs of plant diseases, with the module connected to the intelligent irrigation control unit to enable immediate and targeted responses.

Das System umfasst außerdem ein autonomes Betriebs- und Entscheidungssystem, das die intelligente Bewässerungssteuereinheit und das Krankheitserkennungs- und - erkennungsmodul umfasst, wobei das System nahtlos arbeitet, die Pflanzengesundheit kontinuierlich über die miteinander verbundenen Komponenten überwacht und die Bewässerungsparameter autonom in Echtzeit anpasst Daten für eine optimale Ressourcennutzung.The system also includes an autonomous operation and decision-making system which includes the intelligent irrigation control unit and the disease detection and recognition module, whereby the system operates seamlessly, continuously monitoring plant health across the interconnected components and autonomously adjusting irrigation parameters based on real-time data for optimal resource utilization.

Der Datenfusions- und Analysemechanismus ist in die intelligente Bewässerungssteuereinheit integriert, wobei der Mechanismus Daten aus dem Sensorarray-System, dem Bildgebungssystem und dem Krankheitserkennungs- und -erkennungsmodul kombiniert und KI-Techniken einsetzt, um Erkenntnisse für eine fundierte Entscheidungsfindung im Pflanzengesundheitsmanagement zu generieren. Eine Fernüberwachungs- und Steuerungsschnittstelle, die mit der intelligenten Bewässerungssteuereinheit verbunden ist und es Benutzern ermöglicht, aus der Ferne auf den Systembetrieb zuzugreifen und ihn zu überwachen, Echtzeitaktualisierungen zur Pflanzengesundheit zu erhalten und manuelle Anpassungen an Bewässerungsparametern vorzunehmen, wodurch die Zugänglichkeit und Kontrolle für den Benutzer verbessert wird. Eine skalierbare und modulare Systemarchitektur, bei der jede Komponente, einschließlich des Sensorarray-Systems, des Bildgebungssystems, der intelligenten Bewässerungssteuereinheit und des Krankheitserkennungs- und -erkennungsmoduls, für eine modulare Integration konzipiert ist, was Skalierbarkeit und Anpassung basierend auf der Größe und den Anforderungen landwirtschaftlicher Felder ermöglicht.The data fusion and analysis mechanism is integrated with the smart irrigation controller, where the mechanism combines data from the sensor array system, imaging system, and disease detection and recognition module, and employs AI techniques to generate insights for informed decision making in crop health management. A remote monitoring and control interface connected to the smart irrigation controller, allowing users to remotely access and monitor system operations, receive real-time updates on crop health, and make manual adjustments to irrigation parameters, thereby improving accessibility and control for the user. A scalable and modular system architecture, where each component, including the sensor array system, imaging system, smart irrigation controller, and disease detection and recognition module, is designed for modular integration, enabling scalability and customization based on the size and requirements of agricultural fields.

Die Zeichnung und die vorstehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Fachleute werden erkennen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert werden; Es müssen auch nicht unbedingt alle Handlungen ausgeführt werden. Auch solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, können parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch diese spezifischen Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und Materialverwendung, sind möglich. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so breit wie durch die folgenden Ansprüche angegeben.The drawing and the above description provide examples of embodiments. Those skilled in the art will recognize that one or more of the described elements may well be combined to form a single functional element. Alternatively, certain elements may be several functional elements. Elements of one embodiment may be added to another embodiment. For example, the orders of the processes described herein may be changed and are not limited to the manner described herein. Furthermore, the actions of a flowchart need not be implemented in the order shown; nor do all actions necessarily need to be performed. Even those actions that are not dependent on other actions may be performed in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations, whether explicitly stated in the specification or not, are possible, such as differences in structure, dimension, and use of materials. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated by the following claims.

Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und alle Komponenten, die dazu führen können, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung eintritt oder ausgeprägter wird, dürfen jedoch nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Funktion oder Komponente von ausgelegt werden einzelne oder alle Ansprüche.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to specific embodiments. However, the advantages, benefits, solutions to problems, and any components that may cause a benefit, advantage, or solution to occur or become more pronounced shall not be construed as a critical, required, or essential function or component of any or all of the claims.

REFERENZENCREDENTIALS

100100: Ein Blockdiagramm Eines Systems Zur Überwachung Der Pflanzengesundheit Und Eines Intelligenten Bewässerungssystems.A block diagram of a plant health monitoring system and an intelligent irrigation system.
102102: Sensor-Array-EinheitSensor array unit
102a102a: Multispektrale Und Hyperspektrale BildsensorenMultispectral and hyperspectral image sensors
102b102b: BodenfeuchtesensorenSoil moisture sensors
102c102c: Temperatur- Und FeuchtigkeitssensorenTemperature and humidity sensors
102d102d: AtmosphärensensorenAtmospheric sensors
104104: BildgebungssystemImaging system
104a104a: Hochauflösende KamerasHigh-resolution cameras
106106: Modul Zur Krankheitserkennung Und -ErkennungDisease detection and recognition module
106a106a: DatenbankDatabase
108108: Intelligente BewässerungssteuereinheitIntelligent irrigation control unit
108a108a: Neuronale Verarbeitungseinheit (NPU)Neural processing unit (NPU)
108b108b: GPS-ModulGPS module
110110: Adaptives BewässerungssystemAdaptive irrigation system
110a110a: AktorenActuators
112112: UmweltüberwachungssubsystemEnvironmental monitoring subsystem
112a112a: GaskonzentrationssensorenGas concentration sensors
114114: Fernüberwachungs- Und SteuerschnittstelleRemote monitoring and control interface

Claims

A plant health monitoring system and a smart irrigation system: a sensor array unit configured with multispectral and hyperspectral image sensors, soil moisture sensors, temperature and humidity sensors and atmospheric sensors, collecting real-time data on plant health, soil condition and environmental parameters; an imaging system equipped with high-resolution cameras with infrared capabilities, capturing detailed images of plants from different angles and heights; a disease detection and recognition module integrated into the imaging system to analyze captured images and identify signs of plant diseases; an intelligent irrigation control unit comprising a neural processing unit (NPU) and a GPS module, receiving real-time data from the sensor array unit and the disease detection and recognition module, processing this data and autonomously controlling irrigation parameters; an adaptive irrigation system comprising soil moisture sensors connected to the intelligent irrigation control unit, dynamically adjusting irrigation parameters based on real-time data obtained from the sensor array unit, and optimizing water delivery according to the specific needs of individual plants; an environmental monitoring subsystem with temperature and humidity sensors connected to the sensor array unit, enabling continuous monitoring of environmental conditions to influence irrigation decisions made by the intelligent irrigation control unit; and a remote monitoring and control interface connected to the intelligent irrigation control unit, allowing users to remotely access and monitor system operation, receive real-time updates on plant health, and make manual adjustments to irrigation parameters.

System according to Claim 1 , with the imaging system's high-resolution cameras adjustable in angle and height to capture images of field fruits from different perspectives.

System according to Claim 1 , wherein the disease detection and recognition module further comprises a database of known plant diseases to increase the accuracy in identifying and classifying diseases in captured images.

System according to Claim 1 , where the intelligent irrigation control unit uses the GPS module to precisely track the location of the agricultural field, enabling spatial mapping of plant health and irrigation status.

System according to Claim 1 wherein the adaptive irrigation system further comprises actuators controlled by the intelligent irrigation controller to dynamically adjust water delivery based on moisture levels received from the soil moisture sensors.

System according to Claim 1 , wherein the environmental monitoring subsystem includes gas concentration sensors within the atmosphere sensors for detecting and analyzing gases that may affect plant health.

System according to Claim 1 , where the remote monitoring and control interface allows users to receive automated alerts based on the analysis of plant health data, facilitating timely intervention and manual adjustments of irrigation parameters.