一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，包括攝像裝置和人工降雨裝置，其特征在于，還包括土壤水分傳感器、設(shè)置在農(nóng)田上的三維移動平臺，所述攝像裝置、人工降雨裝置、土壤水分傳感器和三維移動平臺通過網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器相連，所述云服務(wù)器與管理員終端和/或用戶終端相連，所述云服務(wù)器還分別與天氣預(yù)報獲取模塊、土壤水分管理模塊相連。保證了田間管理的準(zhǔn)確性和及時性，避免人為疏漏耽誤農(nóng)作物生長，有效的節(jié)約時間、人力和物力，提升了遠(yuǎn)程休閑農(nóng)業(yè)的用戶體驗樂趣。
【專利說明】
一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云服務(wù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在機械化的基礎(chǔ) 上進一步向智能化方向轉(zhuǎn)變，信息的自動采集、自動分析與動態(tài)反饋已經(jīng)將逐步成為農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)的常態(tài)。但目前的信息化農(nóng)業(yè)還未與互聯(lián)網(wǎng)深入結(jié)合，智能化程度還不夠高，不能對農(nóng) 業(yè)信息進行高效的自動分析與判斷，并將分析與判斷結(jié)果通過互聯(lián)網(wǎng)進行社會化分享與反 饋。
[0003] 傳統(tǒng)休閑農(nóng)業(yè)中，用戶若想了解作物生長狀況以及對作物進行灌溉施肥處理，需 親自到農(nóng)場查看處理，不僅浪費大量的人力物力，同時也無法保證用戶對作物的完全管理 與控制，削弱用戶對休閑農(nóng)業(yè)的體驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，保證了田間管理的準(zhǔn)確 性和及時性，避免人為疏漏耽誤農(nóng)作物生長，有效的節(jié)約時間、人力和物力，提升了遠(yuǎn)程休 閑農(nóng)業(yè)的用戶體驗樂趣。
[0005] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] -種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，包括攝像裝置和人工降雨裝置，其特征在于，還包括 土壤水分傳感器、設(shè)置在農(nóng)田上的三維移動平臺，所述攝像裝置、人工降雨裝置、土壤水分 傳感器和三維移動平臺通過網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器相連，所述云服務(wù)器與管理員終端和/或用戶 終端相連，所述云服務(wù)器還分別與天氣預(yù)報獲取模塊、土壤水分管理模塊相連：
[0007] 所述天氣預(yù)報獲取模塊：自動獲取未來7天農(nóng)場所在地區(qū)對應(yīng)天氣預(yù)報，包括日最 高溫度、日最低溫度、降水、氣壓、日照及風(fēng)速并儲存于服務(wù)器中；
[0008] 所述土壤水分管理模塊的運行包括以下步驟：
[0009] 1)從作物種植后開始，基于獲取的未來7天天氣預(yù)報和作物系數(shù)Ke計算逐日作物 需水量ETc;
[0010] 2)利用土壤水分傳感器獲取當(dāng)前土壤體積含水率，判斷土壤水分是否達(dá)到灌溉水 下限：
[0011] 2a)如果高于灌溉水下限，則無需灌溉；
[0012] 2b)如果低于灌溉水下限，且在可預(yù)見期內(nèi)無降雨則灌水至需水上限；
[0013] 2c)如果低于灌溉水下限，且在可預(yù)見期內(nèi)有降雨，以當(dāng)前日期為基準(zhǔn)期，假定7天 內(nèi)降水發(fā)生在第j天，則控制人工降雨裝置的灌水量在降雨前達(dá)到灌溉水下限。
[0015]其中，KC是作物系數(shù);匕為凈輻射，單位是MJnPcr1，由日照時長計算;G為土壤熱通 量，單位是MJnPcf1; y為干濕常數(shù)，單位是kPatT1; T為日平均溫度，單位是°C ; 112為2111高處 的風(fēng)速，單位是為飽和與實際水汽壓之差，單位是kPa; A為飽和水汽壓曲線斜率， 單位是kPatT1。
[0016] 優(yōu)選，步驟2b)中，灌水量計算公式如下：
[0017] Aff=(0s-0T)H ? SX1000
[0018]其中，A W為灌溉水量，單位是L; 9s為土壤體積含水率上限；0T為實測土壤體積含水 率;H為土壤濕潤層深度，單位是m; S為灌溉面積，單位是m2。
[0019]優(yōu)選，步驟2c)中，灌水量計算公式如下：

[0021]其中，AW為灌溉水量， 為從基準(zhǔn)期開始至降雨日期作物需水量之 和;0D為土壤灌溉水下限。
[0022]優(yōu)選，還包括與云服務(wù)器相連的病蟲害管理模塊，所述病蟲害管理模塊通過攝像 裝置每隔三天對作物進行一次全面拍照掃描，圖像數(shù)據(jù)自動上傳至服務(wù)器，基于服務(wù)器內(nèi) 的圖像特征識別程序分析圖像灰度值、檢測灰度不連續(xù)效果、設(shè)置灰度閾值、識別顏色發(fā)生 異常的葉片，將識別結(jié)果反饋至用戶終端和/或管理員終端，由用戶或管理員判定病蟲害類 型。
[0023]本發(fā)明的有益效果是：
[0024]本發(fā)明采用土壤水分傳感器實時監(jiān)測田間土壤濕度、攝像裝置通過三維移動平臺 監(jiān)測田間作物，病蟲害管理模塊可以監(jiān)測田間作物的病蟲害狀況，將獲取的數(shù)據(jù)通過互聯(lián) 網(wǎng)經(jīng)云服務(wù)器與用戶終端及管理員終端實現(xiàn)信息交互，實現(xiàn)智能遠(yuǎn)程管理。采用360°可移 動全景相機及紅外相機，可實時查看作物生長狀態(tài)，全方位監(jiān)測病蟲害情況，實現(xiàn)病蟲害的 及時防治。土壤水分管理模塊和人工降雨模擬裝置可以實現(xiàn)基于天氣預(yù)報的優(yōu)化農(nóng)田自動 灌溉，科學(xué)灌溉、達(dá)到節(jié)約水資源的目的。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2是本發(fā)明農(nóng)田水分管理模塊運行流程圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明三維移動平臺及人工降雨模擬裝置示意圖；
[0028] 圖4是本發(fā)明實施例中水稻控制灌溉示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限 定。
[0030]如圖1所示，一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，包括攝像裝置和人工降雨裝置，一般的， 攝像裝置可采用全景相機及紅外相機，全景相機及紅外相機安裝于三維移動平臺上，三維 移動平臺發(fā)大小根據(jù)農(nóng)田面積和作物內(nèi)容調(diào)整，以適應(yīng)作物的正常生長周期的全面監(jiān)控。 人工降雨裝置包括噴頭、電池閥開關(guān)、水栗、輸水管道、水箱以及電磁流量計。
[0031]還包括土壤水分傳感器、設(shè)置在農(nóng)田上的三維移動平臺，所述攝像裝置、人工降雨 裝置、土壤水分傳感器和三維移動平臺通過網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器相連，比如，攝像裝置、人工降 雨裝置、土壤水分傳感器和三維移動平臺通過數(shù)據(jù)線直接與嵌入式WiFi串口模塊連接， WiFi串口模塊通過所在農(nóng)場路由器接入互聯(lián)網(wǎng)。
[0032]其中，云服務(wù)器與管理員終端和/或用戶終端（即管理員終端和用戶終端、管理員 終端或用戶終端）、天氣預(yù)報獲取模塊、土壤水分管理模塊相連，各模塊功能如下：
[0033]所述天氣預(yù)報獲取模塊：自動獲取未來7天農(nóng)場所在地區(qū)對應(yīng)天氣預(yù)報，包括日最 高溫度、日最低溫度、降水、氣壓、日照及風(fēng)速并儲存于服務(wù)器中；
[0034]如圖2所示，所述土壤水分管理模塊的運行包括以下步驟：
[0035] 1)從作物種植后開始，基于獲取的未來7天天氣預(yù)報和作物系數(shù)KC計算逐日作物 需水量ETc;
[0037]其中，Kc是作物系數(shù);RA凈輻射，單位是MJnPcf1，由日照時長計算;G為土壤熱通 量，單位是MJnPcf1; y為干濕常數(shù)，單位是kPatT1; T為日平均溫度，單位是°C ; 112為2111高處 的風(fēng)速，單位是為飽和與實際水汽壓之差，單位是kPa; A為飽和水汽壓曲線斜率， 單位是kPatT1。
[0038] 2)利用土壤水分傳感器獲取當(dāng)前土壤體積含水率，判斷土壤水分是否達(dá)到灌溉水 下限：
[0039] 2a)如果高于灌溉水下限，則無需灌溉；
[0040] 2b)如果低于灌溉水下限，且在可預(yù)見期內(nèi)無降雨則灌水至需水上限，灌水量計算 公式如下：
[0041] Aff=(0s-0T)H ? SX1000
[0042] 其中，A W為灌溉水量，單位是L; 9s為土壤體積含水率上限；0T為實測土壤體積含水 率;H為土壤濕潤層深度，單位是m; S為灌溉面積，單位是m2。
[0043] 2c)如果低于灌溉水下限，且在可預(yù)見期內(nèi)有降雨，以當(dāng)前日期為基準(zhǔn)期，假定7天 內(nèi)降水發(fā)生在第j天，為實現(xiàn)降水的高效利用，則控制人工降雨裝置的灌水量在降雨前達(dá)到 灌溉水下限，灌水量計算公式如下：
[0045] 其中，AW為灌溉水量，為從基準(zhǔn)期開始至降雨日期作物需水量之 和;0D為土壤灌溉水下限。
[0046]圖1中還包括與云服務(wù)器相連的病蟲害管理模塊，所述病蟲害管理模塊通過攝像 裝置每隔三天對作物進行一次全面拍照掃描，圖像數(shù)據(jù)自動上傳至服務(wù)器，基于服務(wù)器內(nèi) 的圖像特征識別程序分析圖像灰度值、檢測灰度不連續(xù)效果、設(shè)置灰度閾值、識別顏色發(fā)生 異常的葉片，將識別結(jié)果反饋至用戶終端和/或管理員終端，由用戶或管理員判定病蟲害類 型。
[0047]用戶終端可實時查看農(nóng)場視頻，并控制三維移動平臺、全景相機及人工降雨模擬 裝置，同時，土壤水分管理模塊和病蟲害管理模塊將數(shù)據(jù)處理結(jié)果反饋到用戶客戶端，提示 用戶進行自主處理;或?qū)⑿畔⒎答伒焦芾韱T終端，提示管理員進行處理。另外，管理員終端 可以接收農(nóng)田水分和病蟲害數(shù)據(jù)，并可與用戶終端進行通信，接受指令。
[0048]以圖3為例，設(shè)置長5m、寬3m的水稻田，根據(jù)稻田范圍架設(shè)三維移動平臺，其長 5.4m、寬3.4m、高3m。三維移動平臺結(jié)構(gòu)如圖2所示，桿A、B、C、D為滑軌，桿F通過自帶電機實 現(xiàn)在桿B、C上移動，桿F同時也作為滑軌，可供平臺G移動，在平臺G上安裝360°全景相機和紅 外相機。在桿E上加裝人工降雨裝置。
[0049]安裝信息傳輸設(shè)備，采用嵌入式WiFi串口模塊連接三維移動平臺、人工降雨裝置、 全景相機及紅外相機。嵌入式WiFi串口模塊通過農(nóng)場所在地路由器接入互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)、圖 像、視頻數(shù)據(jù)及土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)上傳至云服務(wù)器，同時三維移動平臺和人工降雨裝 置接收來至云服務(wù)器的遠(yuǎn)程指令。
[0050]服務(wù)器內(nèi)構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲模塊，存儲來自土壤水分傳感器的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)、全景相 機及紅外相機的圖像視頻數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、病蟲害圖像特征數(shù)據(jù)等。同時天氣預(yù)報獲取 模塊根據(jù)農(nóng)田經(jīng)煒度，采用Javascript腳本語言自動獲取中國氣象局所公開的未來7天天 氣預(yù)報數(shù)據(jù)，包括降水、日最高溫度、日最低溫度、氣壓、風(fēng)速及日照等。
[0051] 土壤水分管理模塊從水稻移栽后開始運行，基于獲取的未來7天天氣預(yù)報和水稻 作物系數(shù)計算逐日水稻需水量ETC，利用土壤水分傳感器和自動水位計獲取當(dāng)前土壤體積 含水率和當(dāng)前田間水位，結(jié)合圖4的水稻控制灌溉制度，進行灌溉。
[0052]病蟲害管理模塊設(shè)置指令，每隔三天(或自行設(shè)置的時間間隔）自動按設(shè)定好的路 徑自動對作物進行掃描拍照，將高清圖像自動上傳至云服務(wù)器?；趦?nèi)置于服務(wù)器的圖像 特征識別程序分析圖像灰度值、檢測灰度不連續(xù)效果、設(shè)置灰度閾值、識別顏色發(fā)生異常的 水稻葉片，將識別結(jié)果反饋至用戶終端和管理員終端，由用戶或管理員判定病蟲害類型。 [0053]當(dāng)田間作物需水量低于灌溉下限時向用戶客戶端發(fā)送警告信息以及灌溉水量信 息，發(fā)送模式包括短信及app通知，用戶通過客戶端遠(yuǎn)程操控人工降雨裝置進行農(nóng)田灌溉。 當(dāng)系統(tǒng)感知到病蟲害時向用戶發(fā)出警告信息，用戶向農(nóng)場管理員發(fā)出要求，管理員收到信 息后對作物進行處理，處理結(jié)果等待反饋。
[0054]本發(fā)明提供了一種可自動識別作物生理特性、實時視頻監(jiān)測遠(yuǎn)程控制、便捷管理 的休閑農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，智能化程度高，全方位監(jiān)測病蟲害和水分情況，保證了農(nóng)業(yè) 管理準(zhǔn)確性和及時性，實現(xiàn)城市居民遠(yuǎn)程實時掌控作物生長，提升休閑農(nóng)場的價值與服務(wù) 水平。
[0055]本發(fā)明采用土壤水分傳感器實時監(jiān)測田間土壤濕度、攝像裝置通過三維移動平臺 監(jiān)測田間作物，病蟲害管理模塊可以監(jiān)測田間作物的病蟲害狀況，將獲取的數(shù)據(jù)通過互聯(lián) 網(wǎng)經(jīng)云服務(wù)器與用戶終端及管理員終端實現(xiàn)信息交互，實現(xiàn)智能遠(yuǎn)程管理。采用360°可移 動全景相機及紅外相機，可實時查看作物生長狀態(tài)，全方位監(jiān)測病蟲害情況，實現(xiàn)病蟲害的 及時防治。土壤水分管理模塊和人工降雨模擬裝置可以實現(xiàn)基于天氣預(yù)報的優(yōu)化農(nóng)田自動 灌溉，科學(xué)灌溉、達(dá)到節(jié)約水資源的目的。
[0056]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運用在其他相關(guān) 的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，包括攝像裝置和人工降雨裝置，其特征在于，還包括土 壤水分傳感器、設(shè)置在農(nóng)田上的三維移動平臺，所述攝像裝置、人工降雨裝置、土壤水分傳 感器和三維移動平臺通過網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器相連，所述云服務(wù)器與管理員終端和/或用戶終 端相連，所述云服務(wù)器還分別與天氣預(yù)報獲取模塊、土壤水分管理模塊相連： 所述天氣預(yù)報獲取模塊：自動獲取未來7天農(nóng)場所在地區(qū)對應(yīng)天氣預(yù)報，包括日最高溫 度、日最低溫度、降水、氣壓、日照及風(fēng)速并儲存于服務(wù)器中； 所述土壤水分管理模塊的運行包括以下步驟： 1) 從作物種植后開始，基于獲取的未來7天天氣預(yù)報和作物系數(shù)Ke計算逐日作物需水量 ETc； 2) 利用土壤水分傳感器獲取當(dāng)前土壤體積含水率，判斷土壤水分是否達(dá)到灌溉水下 限： 2a)如果高于灌溉水下限，則無需灌溉； 2b)如果低于灌溉水下限，且在可預(yù)見期內(nèi)無降雨則灌水至需水上限； 2c)如果低于灌溉水下限，且在可預(yù)見期內(nèi)有降雨，以當(dāng)前日期為基準(zhǔn)期，假定7天內(nèi)降 水發(fā)生在第j天，則控制人工降雨裝置的灌水量在降雨前達(dá)到灌溉水下限。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，其特征在于，逐日作物需水量其中，Kc是作物系數(shù);匕為凈輻射，單位是MJnPcr1，由日照時長計算;G為土壤熱通量，單 位是MJn^cT1; y為干濕常數(shù)，單位是kPatT1;T為日平均溫度，單位是°C ; 112為2111高處的風(fēng) 速，單位是ms^SVPD為飽和與實際水汽壓之差，單位是kPa; A為飽和水汽壓曲線斜率，單位 是 kPa°C-、3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，其特征在于，步驟2b)中，灌水量 計算公式如下： Aff=(0s-0T)H ? SX1000 其中，A W為灌溉水量，單位是L; 9s為土壤體積含水率上限；0t為實測土壤體積含水率;H 為土壤濕潤層深度，單位是m; S為灌溉面積，單位是m2。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，其特征在于，步驟2c)中，灌水量 計算公式如下：其中，AW為灌溉水量， 為從基準(zhǔn)期開始至降雨日期作物需水量之和； 叫為土壤灌溉水下限。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，其特征在于，還包括與云服務(wù)器 相連的病蟲害管理模塊，所述病蟲害管理模塊通過攝像裝置每隔三天對作物進行一次全面 拍照掃描，圖像數(shù)據(jù)自動上傳至服務(wù)器，基于服務(wù)器內(nèi)的圖像特征識別程序分析圖像灰度 值、檢測灰度不連續(xù)效果、設(shè)置灰度閾值、識別顏色發(fā)生異常的葉片，將識別結(jié)果反饋至用 戶終端和/或管理員終端，由用戶或管理員判定病蟲害類型。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像裝置是全 景相機及紅外相機。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種農(nóng)業(yè)智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，其特征在于，用戶終端可實時查 看農(nóng)場視頻，并控制三維移動平臺、全景相機及人工降雨模擬裝置，同時，土壤水分管理模 塊和病蟲害管理模塊將數(shù)據(jù)處理結(jié)果反饋到用戶客戶端，提示用戶進行自主處理;或?qū)⑿?息反饋到管理員終端，提示管理員進行處理。
【文檔編號】G05B19/418GK106054844SQ201610545685
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】王衛(wèi)光, 丁民, 丁一民, 邢萬秋, 傅健宇, 董青, 徐俊增
【申請人】河海大學(xué)