[发明专利]一种种植大棚智能监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及作物远程智能监控技术，尤其涉及一种种植大棚智能监测方法及系统。

背景技术

通过种植业资源调查，肥料与水分的及时补给对于作物的种植具有重要作用。近几十年来，虽然传统种植业发生了较大改变，但受制于地形等因素，种植业机械化程度仍然较低，大部分种植者对于作物肥料与水分的喷洒主要通过种植者经验和习惯来确定喷洒时机，由人工来完成肥料与水分的喷洒操作。但经验式、习惯式的判断因人而异且不稳定；且由于农村劳动力的流失，人均种植面积变大，作物种类变多，导致难以通过人工完成大规模作物群的肥料与水分喷洒时机决策和喷洒操作。加之人工重复性劳动容易导致肥料与水分喷洒时机决策和肥料喷洒失误，这种不准确、不稳定的人工决策方式和效率低下的人工喷洒方式将严重影响作物的收成，造成了时间和物资的浪费，不利于种植者在经济上及时补救。

发明内容

本发明的目的在于提供一种种植大棚智能监测方法及系统，采用这种系统能进行肥料与水分的精准喷洒，实现对种植区域作物的实时监控。

本发明所采用的技术方案是：一种种植大棚智能监控系统系统，它包括有大棚框架主体、可翻转的透明天花板、铺设在大棚顶部的方形导轨、大棚地面的S形导轨、方形导轨上的控速小车、S形导轨上的移动小车，其特征在于：所述透明天花板由电机控制，所述控速小车底部设有无线信号模块和上下伸缩支杆并且该支杆底部设有花洒；所述移动小车顶部设有无线信号模块和可伸缩旋转支杆并且该支杆顶部设有摄像头，所述控速小车、花洒、移动小车、摄像头均通过无线信号与计算机相连接，在大棚的内部地面上设有湿度传感器，且大棚内部两侧设有温度传感器，大棚左侧设有二氧化碳传感器，所述传感器均通过总线与计算机连接，所述计算机包括有参数设置模块、图像采集模块、作物参数提取分析模块、环境参数提取分析模块、花洒控制模块、天花板控制模块。

所述参数设置模块用于设定温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器和摄像头采集参数；所述图像采集模块用于自动采集作物视频图像；所述作物参数提取分析模块用于自动分析作物生长情况；所述环境参数提取分析模块用于获取当前大棚内的温度、湿度、二氧化碳浓度参数；所述花洒控制模块用于花洒喷洒；所述天花板控制模块用于控制天花板的翻转。

本发明采用的种植大棚智能监测方法，包括下列步骤：

（1）根据大棚内作物设置温度、湿度、二氧化碳传感器和摄像头采集参数；

（2）开启移动小车，小车沿轨道来回移动；

（3）摄像头实时拍摄作物，摄像头自动采集作物视频图像并保存；

（4）提取步骤（3）视频图像中作物的叶子形态学特征，通过训练好的切比雪夫曲率预测模型，对叶子的形态学特征进行分析得到叶子边缘曲率数据，然后结合湿度传感器上的数据进行SVM分类预测，得到作物需水情况，判断是否需要洒水；

（5）提取步骤（3）视频图像中作物的茎干轮廓特征，采用基于局部曲率的分段轮廓平滑算法对茎干的大致轮廓进行分析得到茎干的轮廓数据，然后将数据传输到计算机，通过训练好的SVM模型，得到当前作物的生长期；

（6）提取温度、二氧化碳传感器上的数据，采用SVM训练好的分类模型，通过SVM方法判断当前二氧化碳浓度是否超标；

（7）经过步骤（4）判断后，若需洒水则计算机发出无线信号至控速小车，使花洒移动到作物待浇水区域、控制软管开关，花洒喷洒水；

（8）经过步骤（5）判断后，根据所得到的作物生长期，计算机发出无线信号至控速小车，花洒移动到作物待施肥区域、控制软管开关，花洒喷洒与生长期对应的肥料液。

（9）经过步骤（6）判断后，若二氧化碳浓度超标，则计算机向可翻转透明天花板电机发送指令，使透明天花板翻转。

所述步骤（4）的具体过程是：先使用二值阈值法将彩色图像处理为灰度图像，接着使用灰度边缘检测算法得到叶子边缘数据，再将该数据通过训练好的切比雪夫曲率预测模型，得到叶子的边缘曲率，接着将叶子边缘曲率和湿度传感器上当前湿度数据进行SVM分类预测，得到植物需水程度从而判断植物是否需要洒水。

所述步骤（5）的具体过程是：先使用图像二分法提取茎干的大致轮廓，接着对图像茎干轮廓的曲率进行领域平均，通过平均值阈值操作得到轮廓点的分类；然后对分类后的轮廓点进行合并，将轮廓划分为特征区域和非特征区域；其次，在两类区域内分别采用不同方差的高斯滤波进行平滑去噪，得到茎干的轮廓数据；最后将数据传输到计算机，通过训练好的SVM模型，得到当前作物的生长期。