本發(fā)明涉及作物遠(yuǎn)程智能監(jiān)控技術(shù)，尤其涉及一種種植大棚智能監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通過種植業(yè)資源調(diào)查，肥料與水分的及時(shí)補(bǔ)給對于作物的種植具有重要作用。近幾十年來，雖然傳統(tǒng)種植業(yè)發(fā)生了較大改變，但受制于地形等因素，種植業(yè)機(jī)械化程度仍然較低，大部分種植者對于作物肥料與水分的噴灑主要通過種植者經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣來確定噴灑時(shí)機(jī)，由人工來完成肥料與水分的噴灑操作。但經(jīng)驗(yàn)式、習(xí)慣式的判斷因人而異且不穩(wěn)定；且由于農(nóng)村勞動(dòng)力的流失，人均種植面積變大，作物種類變多，導(dǎo)致難以通過人工完成大規(guī)模作物群的肥料與水分噴灑時(shí)機(jī)決策和噴灑操作。加之人工重復(fù)性勞動(dòng)容易導(dǎo)致肥料與水分噴灑時(shí)機(jī)決策和肥料噴灑失誤，這種不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定的人工決策方式和效率低下的人工噴灑方式將嚴(yán)重影響作物的收成，造成了時(shí)間和物資的浪費(fèi)，不利于種植者在經(jīng)濟(jì)上及時(shí)補(bǔ)救。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種種植大棚智能監(jiān)測方法及系統(tǒng)，采用這種系統(tǒng)能進(jìn)行肥料與水分的精準(zhǔn)噴灑，實(shí)現(xiàn)對種植區(qū)域作物的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種種植大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，它包括有大棚框架主體、可翻轉(zhuǎn)的透明天花板、鋪設(shè)在大棚頂部的方形導(dǎo)軌、大棚地面的S形導(dǎo)軌、方形導(dǎo)軌上的控速小車、S形導(dǎo)軌上的移動(dòng)小車，其特征在于：所述透明天花板由電機(jī)控制，所述控速小車底部設(shè)有無線信號(hào)模塊和上下伸縮支桿并且該支桿底部設(shè)有花灑；所述移動(dòng)小車頂部設(shè)有無線信號(hào)模塊和可伸縮旋轉(zhuǎn)支桿并且該支桿頂部設(shè)有攝像頭，所述控速小車、花灑、移動(dòng)小車、攝像頭均通過無線信號(hào)與計(jì)算機(jī)相連接，在大棚的內(nèi)部地面上設(shè)有濕度傳感器，且大棚內(nèi)部兩側(cè)設(shè)有溫度傳感器，大棚左側(cè)設(shè)有二氧化碳傳感器，所述傳感器均通過總線與計(jì)算機(jī)連接，所述計(jì)算機(jī)包括有參數(shù)設(shè)置模塊、圖像采集模塊、作物參數(shù)提取分析模塊、環(huán)境參數(shù)提取分析模塊、花灑控制模塊、天花板控制模塊。

所述參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)定溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器和攝像頭采集參數(shù)；所述圖像采集模塊用于自動(dòng)采集作物視頻圖像；所述作物參數(shù)提取分析模塊用于自動(dòng)分析作物生長情況；所述環(huán)境參數(shù)提取分析模塊用于獲取當(dāng)前大棚內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度參數(shù)；所述花灑控制模塊用于花灑噴灑；所述天花板控制模塊用于控制天花板的翻轉(zhuǎn)。

本發(fā)明采用的種植大棚智能監(jiān)測方法，包括下列步驟：

（1）根據(jù)大棚內(nèi)作物設(shè)置溫度、濕度、二氧化碳傳感器和攝像頭采集參數(shù)；

（2）開啟移動(dòng)小車，小車沿軌道來回移動(dòng)；

（3）攝像頭實(shí)時(shí)拍攝作物，攝像頭自動(dòng)采集作物視頻圖像并保存；

（4）提取步驟（3）視頻圖像中作物的葉子形態(tài)學(xué)特征，通過訓(xùn)練好的切比雪夫曲率預(yù)測模型，對葉子的形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行分析得到葉子邊緣曲率數(shù)據(jù)，然后結(jié)合濕度傳感器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行SVM分類預(yù)測，得到作物需水情況，判斷是否需要灑水；

（5）提取步驟（3）視頻圖像中作物的莖干輪廓特征，采用基于局部曲率的分段輪廓平滑算法對莖干的大致輪廓進(jìn)行分析得到莖干的輪廓數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過訓(xùn)練好的SVM模型，得到當(dāng)前作物的生長期；

（6）提取溫度、二氧化碳傳感器上的數(shù)據(jù)，采用SVM訓(xùn)練好的分類模型，通過SVM方法判斷當(dāng)前二氧化碳濃度是否超標(biāo)；

（7）經(jīng)過步驟（4）判斷后，若需灑水則計(jì)算機(jī)發(fā)出無線信號(hào)至控速小車，使花灑移動(dòng)到作物待澆水區(qū)域、控制軟管開關(guān)，花灑噴灑水；

（8）經(jīng)過步驟（5）判斷后，根據(jù)所得到的作物生長期，計(jì)算機(jī)發(fā)出無線信號(hào)至控速小車，花灑移動(dòng)到作物待施肥區(qū)域、控制軟管開關(guān)，花灑噴灑與生長期對應(yīng)的肥料液。

（9）經(jīng)過步驟（6）判斷后，若二氧化碳濃度超標(biāo)，則計(jì)算機(jī)向可翻轉(zhuǎn)透明天花板電機(jī)發(fā)送指令，使透明天花板翻轉(zhuǎn)。

所述步驟（4）的具體過程是：先使用二值閾值法將彩色圖像處理為灰度圖像，接著使用灰度邊緣檢測算法得到葉子邊緣數(shù)據(jù)，再將該數(shù)據(jù)通過訓(xùn)練好的切比雪夫曲率預(yù)測模型，得到葉子的邊緣曲率，接著將葉子邊緣曲率和濕度傳感器上當(dāng)前濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行SVM分類預(yù)測，得到植物需水程度從而判斷植物是否需要灑水。

所述步驟（5）的具體過程是：先使用圖像二分法提取莖干的大致輪廓，接著對圖像莖干輪廓的曲率進(jìn)行領(lǐng)域平均，通過平均值閾值操作得到輪廓點(diǎn)的分類；然后對分類后的輪廓點(diǎn)進(jìn)行合并，將輪廓?jiǎng)澐譃樘卣鲄^(qū)域和非特征區(qū)域；其次，在兩類區(qū)域內(nèi)分別采用不同方差的高斯濾波進(jìn)行平滑去噪，得到莖干的輪廓數(shù)據(jù)；最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過訓(xùn)練好的SVM模型，得到當(dāng)前作物的生長期。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用這種方法及系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對大棚作物進(jìn)行肥料與水分的準(zhǔn)確噴灑，并能有效實(shí)現(xiàn)對種植區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控；本發(fā)明與人工作業(yè)相比，本發(fā)明能及時(shí)監(jiān)控大棚內(nèi)的情況，并通過傳感器、攝像頭獲取的信息對大棚作物進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的肥料與水分噴灑，能大大節(jié)省人力與財(cái)力；使用的切比雪夫曲率預(yù)測模型和基于局部曲率的分段輪廓平滑算法能分別提高葉子邊緣曲率和莖干輪廓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使決策更加科學(xué)合理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的工程流程圖；

圖中，1是導(dǎo)索，2是控速小車，3是電機(jī)，4是無線信號(hào)模塊，5是上下伸縮支桿，6是花灑，7是軟管進(jìn)水口，8是溫度傳感器，9是軌道，10是濕度傳感器，11是種植植物，12是攝像頭，13是移動(dòng)小車，14是可伸縮旋轉(zhuǎn)支桿，15是大棚，16是固定透明天花板，17計(jì)算機(jī)，18是電機(jī)，19是可翻轉(zhuǎn)的透明天花板，20是二氧化碳傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不僅限于以下具體實(shí)施方式。

從圖1、2可知，本發(fā)明是一種種植大棚智能監(jiān)測系統(tǒng)，它包括有大棚框架主體、可翻轉(zhuǎn)的透明天花板、鋪設(shè)在大棚頂部的方形導(dǎo)軌、大棚地面的S形導(dǎo)軌、方形導(dǎo)軌上的控速小車、S形導(dǎo)軌上的移動(dòng)小車，其特征在于：所述可翻轉(zhuǎn)的透明天花板由電機(jī)控制，所述控速小車底部設(shè)有無線信號(hào)模塊和上下伸縮支桿并且支桿底部設(shè)有花灑；所述移動(dòng)小車頂部設(shè)有無線信號(hào)模塊和可伸縮旋轉(zhuǎn)支桿并且支桿頂部設(shè)有攝像頭，所述控速小車、花灑、移動(dòng)小車、攝像頭均通過無線信號(hào)與計(jì)算機(jī)相連接，在大棚的內(nèi)部地面上設(shè)有濕度傳感器，且大棚內(nèi)部兩側(cè)設(shè)有溫度傳感器，大棚左側(cè)設(shè)有二氧化碳傳感器，所述傳感器均通過總線與計(jì)算機(jī)連接，所述計(jì)算機(jī)包括有參數(shù)設(shè)置模塊、圖像采集模塊、作物參數(shù)提取分析模塊、環(huán)境參數(shù)提取分析模塊、花灑控制模塊、天花板控制模塊，其中，所述參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)定溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器和攝像頭采集參數(shù)；所述圖像采集模塊用于自動(dòng)采集作物視頻圖像；所述作物參數(shù)提取分析模塊用于自動(dòng)分析作物生長情況；所述環(huán)境參數(shù)提取分析模塊用于獲取當(dāng)前大棚內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度參數(shù)；所述花灑控制模塊用于花灑控制；所述天花板控制模塊用于控制天花板的翻轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的使用方法，以種植花卉為例，其過程如下：首先給溫度、濕度、二氧化碳傳感器和攝像頭設(shè)置該花卉對應(yīng)的參數(shù)，接著開啟移動(dòng)小車并通過調(diào)節(jié)移動(dòng)小車上可伸縮旋轉(zhuǎn)支桿來調(diào)整攝像頭的位置，接著攝像頭對花卉進(jìn)行視頻圖像采集并通過無線信號(hào)模塊將圖像傳送給計(jì)算機(jī)，同時(shí)，溫度傳感器、濕度傳感器和二氧化碳傳感器對大棚內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度進(jìn)行檢測，并通過總線將溫度、濕度和二氧化碳濃度參數(shù)傳遞給計(jì)算機(jī)。通過作物參數(shù)提取分析模塊處理圖像信息，環(huán)境參數(shù)提取分析模塊處理溫度、濕度、二氧化碳信息。作物參數(shù)提取分析模塊使用二值閾值法進(jìn)行灰度化處理將彩色圖像處理為灰度圖像，接著使用灰度邊緣檢測得到葉子邊緣數(shù)據(jù)，再將該數(shù)據(jù)通過訓(xùn)練好的切比雪夫曲率預(yù)測模型，得到葉子的邊緣曲率，接著將葉子邊緣曲率和濕度傳感器上當(dāng)前濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行SVM分類預(yù)測得到植物需水程度從而判斷植物是否需要澆水。作物參數(shù)提取分析模塊使用圖像二分法提取莖干的大致輪廓,再對圖像莖干輪廓的曲率進(jìn)行領(lǐng)域平均，對平均值閾值操作得到輪廓點(diǎn)的分類；其次對分類后的輪廓點(diǎn)進(jìn)行合并，將輪廓?jiǎng)澐譃樘卣鲄^(qū)域和非特征區(qū)域；然后，在兩類區(qū)域內(nèi)分別采用不同方差的高斯濾波進(jìn)行平滑去噪，得到莖干的輪廓數(shù)據(jù)。最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過訓(xùn)練好的SVM模型，得到當(dāng)前作物的生長期。計(jì)算機(jī)對傳遞來的結(jié)果進(jìn)行處理、保存，最后計(jì)算機(jī)通過無線信號(hào)對控速小車和花灑發(fā)出動(dòng)作指令。

本發(fā)明所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對本發(fā)明構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。