專利名稱：農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量方法、系統(tǒng)及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)田信息實(shí)時監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量方法、系 統(tǒng)及裝置。
背景技術(shù)：
長期以來，農(nóng)作物產(chǎn)量信息的獲取主要是靠傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)氣象觀測方法來實(shí)現(xiàn)的。該 方法利用人工方式在農(nóng)田現(xiàn)場定點(diǎn)定期采樣，并將信息逐級上報至相關(guān)部門。通過現(xiàn)場獲 取農(nóng)作物產(chǎn)量信息的方式，盡管可以獲得大量第一手資料，但是耗費(fèi)人、財、物力，而且信息 傳遞的時效性和客觀性較差，無法適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象觀測業(yè)務(wù)的信息化和數(shù)字化需求。隨 著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，自動氣象站和衛(wèi)星遙感在農(nóng)業(yè)氣象觀測領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用， 但其獲取農(nóng)作物產(chǎn)量信息的能力明顯不足。自動氣象站觀測的主要是降水、空氣溫濕度、 風(fēng)速風(fēng)向、太陽輻射、土壤溫濕度等農(nóng)田環(huán)境要素，并無專門針對農(nóng)作物產(chǎn)量信息的測定技 術(shù)。衛(wèi)星遙感技術(shù)通過光譜反演原理可以定量刻畫大面積農(nóng)作物苗情和長勢等，但針對田 間尺度農(nóng)作物產(chǎn)量信息的測定卻無能為力，而且其測定精度和時相分辨率等都與精細(xì)農(nóng)業(yè) 信息化要求有較大差距。與以上各種觀測技術(shù)相比，基于網(wǎng)絡(luò)視頻圖像的農(nóng)作物觀測技術(shù)通過在農(nóng)田現(xiàn)場 安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)跨越地域的限制，將實(shí)時采集的視頻圖像信息及時傳遞 回監(jiān)控中心，使用戶及時了解農(nóng)作物生長狀況，給人以身臨其境的感覺，這是自動氣象站和 衛(wèi)星遙感技術(shù)所無法比擬的；不僅如此，該技術(shù)在觀測的時效性和客觀性等方面也具有極 大的優(yōu)勢。這為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象觀測的信息化帶來了重要啟示。經(jīng)過對國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，日本有2個相關(guān)發(fā)明專利申請(1)專利 申請?zhí)朠CT/JP2004/007531，專利名稱為自主運(yùn)行控制系統(tǒng)(自律稼働制御* ^ r Λ ) ； (2) 專利申請?zhí)?000-377551，專利名稱為遠(yuǎn)程農(nóng)業(yè)支助系統(tǒng)(遠(yuǎn)隔地農(nóng)業(yè)支援*力〒^ )。該 專利的最大創(chuàng)新之處在于，將農(nóng)作物視頻圖像監(jiān)控功能引入農(nóng)業(yè)氣象自動觀測領(lǐng)域，可通 過遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端隨時查看農(nóng)作物現(xiàn)場狀況。但是，該技術(shù)的用戶僅是直觀形象 地看到了農(nóng)作物生長狀況，仍處于一種定性技術(shù)的層面，而難以從傳回的視頻圖像中實(shí)現(xiàn) 植株高度、行株距、密度等農(nóng)作物產(chǎn)量信息的定量提取。國內(nèi)相關(guān)研究在基于視頻圖像實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物產(chǎn)量信息的定量提取時，存在著以下幾 個問題(1)前端采集設(shè)備或裝置的集成度低，致使農(nóng)作物產(chǎn)量信息測量的精確度大大降 低；(2)采用分立控制的設(shè)備或裝置來實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物的株高和株距的測量，增加了控 制上的復(fù)雜度，且降低了控制的可靠性；(3)對株距等的測量需要通過遠(yuǎn)程客戶端和/或服務(wù)端進(jìn)行手動操作來對準(zhǔn)測距 點(diǎn)，因?yàn)榭刂粕系目煽啃缘?，延長了不必要的操作時間；(4)只適用于株距較大的低密集度作物，而對密集度較高的作物卻無能為力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量方法、系統(tǒng)及裝 置，能夠?qū)Ω呙芏绒r(nóng)作物的產(chǎn)量進(jìn)行精準(zhǔn)地測算。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量系統(tǒng)，包括 信息采集前端裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、供電裝置以及遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端，其中信息采集前端裝置，用于與遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端交互，在集控命令的操控下， 觸發(fā)該云臺和集成在該云臺上的視頻傳感器及測距傳感器的協(xié)調(diào)工作，將測距傳感器測量 的農(nóng)作物對象的距離信號、云臺測算的農(nóng)作物對象的角度信號以及視頻傳感器拍攝的單位 面積的視頻圖像信號輸出到數(shù)據(jù)處理裝置；數(shù)據(jù)處理裝置，用于將輸入的距離信號、角度信號以及單位面積的視頻圖像信號 處理打包成產(chǎn)量信息包，發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端；和/或?qū)倪h(yuǎn)程服務(wù)端和/或客 戶端接收的控制指令包解析成集控指令輸出給信息采集前端裝置；供電裝置，用于分別向信息采集前端裝置和所述數(shù)據(jù)處理裝置提供工作電源；遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端，用于將集控指令打包成控制指令包發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝 置；從接收的產(chǎn)量信息包解析出農(nóng)作物對象的距離參數(shù)、角度參數(shù)以及單位面積的視頻圖 像，由此計算和保存農(nóng)作物的株高、行距和/或株距產(chǎn)量信息。優(yōu)選地，云臺測算的農(nóng)作物對象角度參數(shù)包括農(nóng)作物對象的俯仰角參數(shù)和/或不同的農(nóng) 作物對象的距離間的水平旋角參數(shù)；遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端根據(jù)解析的距離參數(shù)、俯仰角參數(shù)以及云臺的高度計算 和保存農(nóng)作物的株高。優(yōu)選地，遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端將第一農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)標(biāo)定為點(diǎn)A，根據(jù)該點(diǎn)A的距離 參數(shù)(k)、俯仰角參數(shù)(Ci1)計算出從該點(diǎn)A移動到單位長度(Ltl)的第二農(nóng)作物對象的頂 點(diǎn)B與云臺之間的俯仰角理論值(Ci2)，據(jù)Ci2遠(yuǎn)程操控云臺移動到頂點(diǎn)B，由此標(biāo)定頂點(diǎn)B 為點(diǎn)B ；根據(jù)Lp α工計算出從該點(diǎn)A沿著與AB垂直的方向移動到Ltl的第三農(nóng)作物對象的 頂點(diǎn)C與云臺之間的俯仰角理論值(α 3)，同時計算出由點(diǎn)B移動到頂點(diǎn)C時云臺水平旋角 的理論值(α 4)，根據(jù)α 3、α 4遠(yuǎn)程操控云臺移動到該頂點(diǎn)C，由此標(biāo)定頂點(diǎn)C為點(diǎn)C ；根據(jù) L1, α工計算出從點(diǎn)B沿著與AB垂直的方向移動到Ltl的第四農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)D與云臺之 間的俯仰角理論值(α5)，同時計算出由點(diǎn)B移動到頂點(diǎn)D時云臺水平旋角的理論值(α6)， 根據(jù)α 5、α 6遠(yuǎn)程操控云臺移動到該頂點(diǎn)D，由此標(biāo)定頂點(diǎn)D為點(diǎn)D ；連接點(diǎn)Α、點(diǎn)B、點(diǎn)C以 及點(diǎn)D后，則得到單位面積的標(biāo)定區(qū)(LtlXLtl)。優(yōu)選地，遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端遠(yuǎn)程操控云臺，使視頻傳感器從農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)A移 至相鄰的另一農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)B’并對準(zhǔn)，由此觸發(fā)測距傳感器測量與該頂點(diǎn)B’的距離 以及云臺測算頂點(diǎn)B’的俯仰角和從頂點(diǎn)A移至頂點(diǎn)B’的水平旋角，并獲取測量的參數(shù)；根 據(jù)獲取的距離參數(shù)、俯仰角參數(shù)和水平旋角參數(shù)并運(yùn)用三角函數(shù)原理計算出農(nóng)作物的株距 或株距。
優(yōu)選地云臺在集控命令的控制下旋轉(zhuǎn)和/或移動，使視頻傳感器對準(zhǔn)標(biāo)定區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物 對象拍攝相應(yīng)的視頻圖像，信息采集前端裝置將視頻傳感器拍攝的標(biāo)定區(qū)內(nèi)的視頻圖像信 號通過數(shù)據(jù)處理裝置發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端；遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端根據(jù)計算的產(chǎn)量信息和/或?qū)?biāo)定區(qū)內(nèi)的視頻圖像進(jìn)行 圖像識別，進(jìn)一步辨識計算單位面積農(nóng)作物生長密度，獲取農(nóng)作物各生育階段生長狀況和 長勢，以及推算農(nóng)作物的單位產(chǎn)量和/或畝產(chǎn)量。優(yōu)選地，遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端針對農(nóng)作物不同生育期，進(jìn)一步對標(biāo)定區(qū)內(nèi)農(nóng)作物種植 密度進(jìn)行測定；其中，對于不分蘗作物和分蘗作物的苗期，通過測出標(biāo)定區(qū)內(nèi)農(nóng)作物的所述 株距和所述行距估算出農(nóng)作物種植密度；對于分蘗作物的分蘗、拔節(jié)和抽穗期，通過對標(biāo) 定區(qū)的農(nóng)作物視頻圖像信號進(jìn)行圖像識別，定量提取出標(biāo)定區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物的單位面積總莖 數(shù)、有效穗數(shù)，進(jìn)而獲取農(nóng)作物種植密度信息。優(yōu)選地，信息采集前端裝置還在集控命令的控制下，通過一準(zhǔn)直器控制視頻傳感器和測距 傳感器物鏡軸線之間的平行度處于預(yù)定的誤差范圍內(nèi)，以保證在鎖定有效距離內(nèi)的農(nóng)作物 對象的目標(biāo)時所述測距傳感器發(fā)射的光束在該目標(biāo)上的投影中心與形成的視頻圖像中心重合。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量的信息 采集前端裝置，該裝置將視頻傳感器、測距傳感器以及云臺集成為一體，其中云臺，用于在遠(yuǎn)程集控命令的控制下在垂直方向和/或水平方向旋轉(zhuǎn)，來移動視 頻傳感器，并測算視頻傳感器對準(zhǔn)的農(nóng)作物對象目標(biāo)點(diǎn)的俯仰角，和/或測算從一個目標(biāo) 點(diǎn)移動到另一目標(biāo)點(diǎn)的水平旋角，并輸出測算的俯仰角信號和/或水平旋角信號；視頻傳感器，用于在遠(yuǎn)程集控命令的控制下，根據(jù)云臺的動作調(diào)整與農(nóng)作物對象 的距離和角度，直至對準(zhǔn)該農(nóng)作物對象的目標(biāo)點(diǎn)時觸發(fā)拍攝視頻圖像，并輸出拍攝的視頻 圖像信號；測距傳感器，用于在遠(yuǎn)程集控命令的控制下，在視頻傳感器對準(zhǔn)農(nóng)作物對象的目 標(biāo)點(diǎn)時觸發(fā)測量該目標(biāo)點(diǎn)的距離，并輸出測量的距離信號。優(yōu)選地，云臺包括數(shù)字云臺和集成測角功能的普通云臺，其中該數(shù)字云臺集成有帶測角功 能的光電編碼器，以實(shí)現(xiàn)測算角度功能；該普通云臺集成垂直和水平方向測角傳感器，用于 實(shí)現(xiàn)側(cè)算角度功能；測距傳感器包括激光測距儀、超聲波測距儀以及紅外測距儀中的一種或多種；視頻傳感器包括模擬攝像機(jī)和/或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。優(yōu)選地，信息采集前端裝置還集成有準(zhǔn)直器，用于控制視頻傳感器和測距傳感器物鏡軸線 之間的平行度處于預(yù)定的誤差范圍內(nèi)，以保證在鎖定有效距離內(nèi)的農(nóng)作物對象的目標(biāo)時測 距傳感器發(fā)射的光束在該目標(biāo)上的投影中心與形成的視頻圖像中心重合。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量方法，涉及安裝在農(nóng)作物現(xiàn)場的信息采集前端裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，還涉及遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶 端，該方法包括信息采集前端裝置由遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端通過集控命令操控，觸發(fā)云臺和集 成在該云臺上的視頻傳感器及測距傳感器的協(xié)調(diào)工作，將測距傳感器測量的農(nóng)作物對象的 距離信號、云臺測算的農(nóng)作物對象角度信號以及視頻傳感器拍攝的單位面積的視頻圖像信 號通過數(shù)據(jù)處理裝置打包成產(chǎn)量信息包，遠(yuǎn)程傳輸給遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端。優(yōu)選地，遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端從接收的產(chǎn)量信息包解析出農(nóng)作物對象的距離參數(shù)、角 度參數(shù)以及單位面積的視頻圖像，由此計算出農(nóng)作物的產(chǎn)量信息。優(yōu)選地，角度參數(shù)包括農(nóng)作物對象的俯仰角參數(shù)和/或不同的農(nóng)作物對象的距離 間的水平旋角參數(shù)；遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端根據(jù)農(nóng)作物對象的距離參數(shù)、角度參數(shù)獲取單位面積的 標(biāo)定區(qū)，具體包括將第一農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)標(biāo)定為點(diǎn)A ；根據(jù)該點(diǎn)A的距離參數(shù)㈦)、俯仰角參數(shù)(Ci1)計算出從該點(diǎn)A移動到單位長 度(Ltl)的第二農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)B與云臺之間的俯仰角理論值(Ci2)，計算Ci2的公式為
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量系統(tǒng)，包括信息采集前端裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、供電 裝置以及遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端，其中所述信息采集前端裝置，用于與所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端交互，在集控命令的操 控下，觸發(fā)該云臺和集成在該云臺上的所述視頻傳感器及所述測距傳感器的協(xié)調(diào)工作，將 所述測距傳感器測量的農(nóng)作物對象的距離信號、所述云臺測算的農(nóng)作物對象的角度信號以 及所述視頻傳感器拍攝的單位面積的視頻圖像信號輸出到所述數(shù)據(jù)處理裝置；所述數(shù)據(jù)處理裝置，用于將輸入的所述距離信號、所述角度信號以及所述單位面積的 視頻圖像信號處理打包成產(chǎn)量信息包，發(fā)送給所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端；和/或?qū)乃?述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端接收的控制指令包解析成所述集控指令輸出給所述信息采集 前端裝置；所述供電裝置，用于分別向所述信息采集前端裝置和所述數(shù)據(jù)處理裝置提供工作電源；所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端，用于將所述集控指令打包成所述控制指令包發(fā)送給所 述數(shù)據(jù)處理裝置；從接收的所述產(chǎn)量信息包解析出農(nóng)作物對象的距離參數(shù)、角度參數(shù)以及 單位面積的視頻圖像，由此計算和保存所述農(nóng)作物的株高、行距和/或株距產(chǎn)量信息。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述云臺測算的農(nóng)作物對象角度參數(shù)包括農(nóng)作物對象的俯仰角和/或不同的農(nóng)作物 對象的距離間的水平旋角；所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端根據(jù)解析的距離參數(shù)、俯仰角參數(shù)以及云臺的高度計算 和保存農(nóng)作物的株高。
3.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端將第一農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)標(biāo)定為點(diǎn)A，根據(jù)該點(diǎn)A的所 述距離參數(shù)(k)、所述俯仰角參數(shù)(Ci1)計算出從該點(diǎn)A移動到單位長度(Ltl)的第二農(nóng)作 物對象的頂點(diǎn)B與所述云臺之間的俯仰角理論值(ci2)，據(jù)所述^2遠(yuǎn)程操控所述云臺移動 到所述頂點(diǎn)B，由此標(biāo)定所述頂點(diǎn)B為點(diǎn)B ；根據(jù)所述L1、所述α工計算出從該點(diǎn)A沿著與 AB垂直的方向移動到所述Ltl的第三農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)C與所述云臺之間的俯仰角理論值 (α 3)，同時計算出由所述點(diǎn)B移動到所述頂點(diǎn)C時所述云臺水平旋角的理論值(α 4)，根據(jù) 所述α 3、所述α 4遠(yuǎn)程操控所述云臺移動到該頂點(diǎn)C，由此標(biāo)定所述頂點(diǎn)C為點(diǎn)C ；根據(jù)所 述L1、所述α工計算出從所述點(diǎn)B沿著與AB垂直的方向移動到所述Ltl的第四農(nóng)作物對象的 頂點(diǎn)D與所述云臺之間的俯仰角理論值(α 5)，同時計算出由所述點(diǎn)B移動到所述頂點(diǎn)D時 所述云臺水平旋角的理論值(α6)，根據(jù)所述α5、所述α 6遠(yuǎn)程操控所述云臺移動到該頂點(diǎn) D，由此標(biāo)定所述頂點(diǎn)D為點(diǎn)D ；連接所述點(diǎn)Α、所述點(diǎn)B、所述點(diǎn)C以及所述點(diǎn)D后，則得到 所述單位面積的標(biāo)定區(qū)(LciXLci)15
4.按照權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端遠(yuǎn)程操控所述云臺，使所述視頻傳感器從所述農(nóng)作物對 象的頂點(diǎn)A移至相鄰的另一農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)B’并對準(zhǔn)，由此觸發(fā)所述測距傳感器測量與 該頂點(diǎn)B’的距離以及所述云臺測算頂點(diǎn)B’的俯仰角和從頂點(diǎn)A移至頂點(diǎn)B’的水平旋角， 并獲取測量的參數(shù)；根據(jù)獲取的距離參數(shù)、俯仰角參數(shù)和水平旋角參數(shù)并運(yùn)用三角函數(shù)原 理計算出農(nóng)作物的株距或株距。
5.按照權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述云臺在集控命令的控制下旋轉(zhuǎn)和/或移動，使所述視頻傳感器對準(zhǔn)所述標(biāo)定區(qū)內(nèi) 的農(nóng)作物對象拍攝相應(yīng)的視頻圖像，所述信息采集前端裝置將所述視頻傳感器拍攝的所述 標(biāo)定區(qū)內(nèi)的視頻圖像信號通過所述數(shù)據(jù)處理裝置發(fā)送給所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端；所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端根據(jù)計算的所述產(chǎn)量信息和/或?qū)λ鰳?biāo)定區(qū)內(nèi)的視頻 圖像進(jìn)行圖像識別，進(jìn)一步辨識計算單位面積農(nóng)作物生長密度，獲取農(nóng)作物各生育階段生 長狀況和長勢，以及推算農(nóng)作物的單位產(chǎn)量和/或畝產(chǎn)量。
6.按照權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端針對農(nóng)作物不同生育期，進(jìn)一步對所述標(biāo)定區(qū)內(nèi)農(nóng)作物 種植密度進(jìn)行測定；其中，對于不分蘗作物和分蘗作物的苗期，通過測出所述標(biāo)定區(qū)內(nèi)農(nóng)作 物的所述株距和所述行距估算出所述農(nóng)作物種植密度；對于所述分蘗作物的分蘗、拔節(jié)和 抽穗期，通過對所述標(biāo)定區(qū)的農(nóng)作物視頻圖像信號進(jìn)行圖像識別，定量提取出所述標(biāo)定區(qū) 內(nèi)的農(nóng)作物的單位面積總莖數(shù)、有效穗數(shù)，進(jìn)而獲取農(nóng)作物種植密度信息。
7.按照權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集前端裝置還在所述集控命令的控制下，通過一準(zhǔn)直器控制所述視頻傳感 器和所述測距傳感器物鏡軸線之間的平行度處于預(yù)定的誤差范圍內(nèi)，以保證在鎖定有效距 離內(nèi)的農(nóng)作物對象的目標(biāo)時所述測距傳感器發(fā)射的光束在該目標(biāo)上的投影中心與形成的 視頻圖像中心重合。
8.一種用于農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量的信息采集前端裝置，其特征在于，所述裝置將 視頻傳感器、測距傳感器以及云臺集成為一體，其中所述云臺，用于在遠(yuǎn)程集控命令的控制下在垂直方向和/或水平方向旋轉(zhuǎn)，來移動視 頻傳感器，并測算視頻傳感器對準(zhǔn)的農(nóng)作物對象目標(biāo)點(diǎn)的俯仰角，和/或測算從一個目標(biāo) 點(diǎn)移動到另一目標(biāo)點(diǎn)的水平旋角，并輸出測算的俯仰角信號和/或水平旋角信號；所述視頻傳感器，用于在遠(yuǎn)程集控命令的控制下，根據(jù)所述云臺的動作調(diào)整與所述農(nóng) 作物對象的距離和角度，直至對準(zhǔn)該農(nóng)作物對象的目標(biāo)點(diǎn)時觸發(fā)拍攝視頻圖像，并輸出拍 攝的視頻圖像信號；測距傳感器，用于在遠(yuǎn)程集控命令的控制下，在所述視頻傳感器對準(zhǔn)農(nóng)作物對象的目 標(biāo)點(diǎn)時觸發(fā)測量該目標(biāo)點(diǎn)的距離，并輸出測量的距離信號。
9.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述云臺包括數(shù)字云臺和集成測角功能的普通云臺，其中所述數(shù)字云臺集成有帶測角 功能的光電編碼器，以實(shí)現(xiàn)測算角度功能；所述普通云臺集成垂直和水平方向測角傳感器， 用于實(shí)現(xiàn)側(cè)算角度功能；所述測距傳感器包括激光測距儀、超聲波測距儀以及紅外測距儀中的一種或多種；所述視頻傳感器包括模擬攝像機(jī)和/或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述信息采集前端裝置還集成有準(zhǔn)直器，用于控制所述視頻傳感器和所述測距傳感器 物鏡軸線之間的平行度處于預(yù)定的誤差范圍內(nèi)，以保證在鎖定有效距離內(nèi)的農(nóng)作物對象的 目標(biāo)時所述測距傳感器發(fā)射的光束在該目標(biāo)上的投影中心與形成的視頻圖像中心重合。
11.一種農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量方法，涉及安裝在農(nóng)作物現(xiàn)場的信息采集前端裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，還涉及遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端，該方法包括所述信息采集前端裝置由所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端通過集控命令操控，觸發(fā)云臺 和集成在該云臺上的視頻傳感器及測距傳感器的協(xié)調(diào)工作，將所述測距傳感器測量的農(nóng)作 物對象的距離信號、所述云臺測算的農(nóng)作物對象角度信號以及所述視頻傳感器拍攝的單位 面積的視頻圖像信號通過所述數(shù)據(jù)處理裝置打包成產(chǎn)量信息包，遠(yuǎn)程傳輸給所述遠(yuǎn)程服務(wù) 端和/或客戶端。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端從接收的所述產(chǎn)量信息包解析出農(nóng)作物對象的距離參 數(shù)、角度參數(shù)以及單位面積的視頻圖像，由此計算出農(nóng)作物的產(chǎn)量信息。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述角度參數(shù)包括農(nóng)作物對象的俯仰 角參數(shù)和/或不同的農(nóng)作物對象的距離間的水平旋角參數(shù)；所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端根據(jù)所述農(nóng)作物對象的距離參數(shù)、角度參數(shù)獲取所述單 位面積的標(biāo)定區(qū)，具體包括將第一農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)標(biāo)定為點(diǎn)A ；根據(jù)該點(diǎn)A的所述距離參數(shù)㈦)、所述俯仰角參數(shù)(Ci1)計算出從該點(diǎn)A移動到單位 長度(Ltl)的第二農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)B與所述云臺之間的俯仰角理論值(Ci2)，計算所述Ci2的公式為
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端計算農(nóng)作 物的產(chǎn)量信息，具體包括根據(jù)解析的所述距離參數(shù)L1、所述俯仰角參數(shù)Ci1以及所述云臺的高度h計算和保存 所述農(nóng)作物的株高&，計算公式為Iltl = K-L1Xcosa1 ；所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端遠(yuǎn)程操控所述云臺，使所述視頻傳感器從所述農(nóng)作物對 象的頂點(diǎn)A移至相鄰的另一農(nóng)作物對象的頂點(diǎn)B’并對準(zhǔn)，由此觸發(fā)所述測距傳感器測量 該頂點(diǎn)B’的距離(L2)及所述云臺測算頂點(diǎn)B’的俯仰角α 2和從頂點(diǎn)A移至頂點(diǎn)B’的水 平旋角(α 4)，并獲取測量的參數(shù)；根據(jù)獲取的所述L2、所述α 2以及所述α 4按公式Lab,= f (L1Xsina1,L2Xsina2, α4)計算出農(nóng)作物的株距或株距，式中Lab，為計算的株距或株距。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述云臺在集控命令的控制下旋轉(zhuǎn)和/或移動，使所述視頻傳感器對準(zhǔn)所述標(biāo)定區(qū)內(nèi) 的農(nóng)作物對象拍攝相應(yīng)的視頻圖像，所述信息采集前端裝置將所述視頻傳感器拍攝的所述 標(biāo)定區(qū)內(nèi)的視頻圖像信號通過所述數(shù)據(jù)處理裝置發(fā)送給所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端；所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端根據(jù)計算的所述株高、行距及或株距產(chǎn)量信息和/或?qū)?所述標(biāo)定區(qū)內(nèi)的視頻圖像進(jìn)行圖像識別，進(jìn)一步辨識計算單位面積農(nóng)作物生長密度，獲取 農(nóng)作物各生育階段生長狀況和長勢，以及推算農(nóng)作物的單位產(chǎn)量和/或畝產(chǎn)量。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端針對農(nóng)作物不同生育期，進(jìn)一步對所述標(biāo)定區(qū)內(nèi)農(nóng)作物 種植密度進(jìn)行測定；其中對于不分蘗作物和分蘗作物的苗期，通過測出所述標(biāo)定區(qū)內(nèi)農(nóng)作物的所述株距和所述 行距估算出所述農(nóng)作物種植密度；對于所述分蘗作物的分蘗、拔節(jié)和抽穗期，通過對所述標(biāo)定區(qū)的視頻圖像信號進(jìn)行圖 像識別，定量提取出所述標(biāo)定區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物的單位面積總莖數(shù)、有效穗數(shù)，進(jìn)而獲取農(nóng)作物 種植密度信息。
17.按照權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端對所述標(biāo)定區(qū)內(nèi)的視頻圖像進(jìn)行圖像識別，具體包括 對所述視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括圖像平滑、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像恢 復(fù)以及圖像濾波中的一種或多種處理；從經(jīng)過所述預(yù)處理的圖像中提取產(chǎn)量信息特征，所述產(chǎn)量信息特征包括基于顏色特 征、基于形態(tài)特征以及基于紋理特征中的一種或多種；根據(jù)提取的所述產(chǎn)量信息特征并結(jié)合專家知識決策庫數(shù)據(jù)進(jìn)行分類決策，評判出農(nóng)作 物關(guān)鍵發(fā)育期、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)等產(chǎn)量信息的特征值。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種農(nóng)作物產(chǎn)量信息實(shí)時測量方法、系統(tǒng)及裝置，涉及安裝在農(nóng)作物現(xiàn)場的信息采集前端裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，還涉及遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端，方法包括信息采集前端由遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端通過集控命令操控，觸發(fā)云臺和集成在該云臺上的視頻傳感器及測距傳感器的協(xié)調(diào)工作，將測距傳感器測量的農(nóng)作物對象的距離、云臺測算的農(nóng)作物對象角度以及視頻傳感器拍攝的單位面積的視頻圖像通過數(shù)據(jù)處理裝置打包成產(chǎn)量信息包，遠(yuǎn)程傳輸給遠(yuǎn)程服務(wù)端和/或客戶端。本發(fā)明通過硬件高度集成，提高了農(nóng)作物高度、株距、密度等產(chǎn)量信息測定的精確性，特別是能對高密度的農(nóng)作物產(chǎn)量進(jìn)行精準(zhǔn)的測算。
文檔編號G01C11/36GK102102988SQ200910259379
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者劉布春, 宋吉青, 武永峰 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所