[发明专利]一种基于大数据的智慧农业实时监测管理系统

权利要求书

1.一种基于大数据的智慧农业实时监测管理系统，其特征在于：包括稻田环境参数检测模块、土壤养分参数检测模块、参数预处理模块、图像采集模块、虫病分类识别模块、管理数据库、远程服务器、灌溉分析模块、执行终端和显示终端；

所述参数预处理模块与稻田环境参数检测模块连接，虫病分类识别模块与图像采集模块、管理数据库和远程服务器连接，灌溉分析模块分别与参数预处理模块、管理数据库和远程服务器连接，远程服务器分别与参数预处理模块、执行终端和显示终端连接；

所述稻田环境参数检测模块包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器和土壤熵情测试仪，其中温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器均安置在稻田的四周，用于实时对稻田间的空气温度、空气湿度和光照强度进行检测，土壤熵情测试仪安置在稻田土壤内，用于实时对土壤含水量进行检测，并将检测到的空气温度、空气湿度、光照强度和土壤含水量数据发送参数预处理模块；

所述土壤养分参数检测模块包括土壤养分测试仪，其安插在稻田土壤内，用于对稻田土壤中氮、磷、钾、钙、镁等养分的种类及含量进行检测，并将检测到的数据发送至远程服务器；

所述参数预处理模块用于接收稻田环境参数检测模块发送的空气温度、空气湿度、光照强度和土壤含水量，并按照水稻的各生长期进行划分，获取水稻各生长期内的环境参数集合W_l(w_l1,w_l2,...,w_lp,w_l5)，w_lp表示为水稻第p个生长期内第l个环境参数对应的数值，p＝1,2,3,4,5，p表示生长期，l表示为环境参数，l等于v1,v2,v3,v4,v1,v2,v3,v4分别表示为空气温度、空气湿度、光照强度、土壤含水量，参数预处理模块将水稻各生长期内的环境参数集合发送至灌溉分析模块；

同时，参数预处理模块用于接收土壤养分参数检测模块发送的氮、磷、钾、钙、镁等养分的种类及含量，并按照水稻的各生长期进行划分，获取水稻各生长期内的土壤养分参数集合U_m(u_m1,u_m2,...,u_mp,u_m5)，u_mp表示为水稻第p个生长期内土壤中第m种类养分的含量，p＝1,2,3,4,5，p表示为生长期，m表示为土壤养分种类，参数预处理模块将水稻各生长期的土壤养分参数集合发送至远程服务器；

所述灌溉分析模块用于接收参数预处理模块发送的水稻各生长期内的环境参数集合，统计水稻的各生长期灌溉环境影响系数，并提取管理数据库中水稻在各生长期对应的单位稻田面积需水量，统计水稻的各生长期的单位稻田面积灌溉量，灌溉分析模块将水稻各生长期的单位稻田面积灌溉量发送至远程服务器；

所述管理数据库存储稻田间原始水量和水稻各个生长期对应的单位稻田面积需水量，存储各种虫病对应的病斑特征和各种虫病对应的农药种类以及单位植株不同虫害面积对应的农药量，并存储水稻各个生长期土壤养分种类及含量标准值；

所述图像采集模块包括图像采集器,其设置在稻田周边位置处，用于采集水稻的生长图像，并将采集到的生长图像发送至虫病分类识别模块；

所述虫病分类识别模块用于接收图像采集模块发送的水稻生长图像，对接收的水稻生长图像进行滤除噪声、提高对比度处理，再进行图像增强、图像分割操作，提取出完整的单株水稻图像，对提取的单株水稻图像抓取其病斑特征，将抓取的病斑特征与管理数据库中的各种虫病对应的病斑特征图像进行逐一对比，通过统计提取的病斑特征与管理数据库中的各种虫病对应的病斑特征的相似度，筛选相似度最高的虫病种类，当筛选的最大相似度大于设定的相似度阈值，输出相似度最大的虫病种类，并发送至远程服务器，当筛选的最大相似度小于设定的相似度阈值，则不进行图像的处理；

所述虫病分类识别模块还包括病斑面积检测单元，所述病斑面积检测单元对提取出的所述单株水稻图像进行图像灰度化得到灰度化图像，利用边界提取技术提取所述灰度图像的病斑边界外框线，其中病斑边界外框线为病斑区域与非病斑区域的分割线，利用边界填充算法将病斑边界外框线内的区域填充为外框线的像素值，使得病斑区域填充的像素值等于所述病斑边界外框线的像素值，得到二值图像，确定所述二值图像中病斑区域的面积，虫病分类识别模块将病斑区域面积发送至远程服务器；

所述远程服务器用于接收灌溉分析模块发送的各生长期单位稻田面积灌溉量，提取需灌溉稻田的面积，统计稻田各生长期供水量，同时提取管理数据库中稻田间的原始水量，并将统计的稻田各生长期供水量与稻田间原始水量进行对比，当稻田各生长期供水量大于稻田间原始水量时，远程服务器发送灌溉控制指令至执行终端，且接收执行终端反馈的补水量，当采集的补水量大于统计的供水量与稻田原始水量的差值时，则远程服务器发送停止灌溉控制指令至执行终端，当稻田供水量小于稻田原始水量时，远程服务器不发送灌溉控制指令至执行终端，同时远程服务器将稻田所需的补水量数据信息发送至显示终端；

所述远程服务器接收虫病分类识别模块发送的虫病种类与单位植株病斑面积，提取管理数据库中各种虫病对应的农药种类和单位植株不同病斑面积对应的农药量，筛选该虫病种类对应的农药种类和该病斑面积对应的农药量，并提取稻田内的水稻植株数，统计稻田需喷洒的农药量，且发送农药喷洒控制指令至执行终端，且接收执行终端反馈的供药量，当采集的供药量大于统计的供药量，则远程服务器停止发送农药喷洒控制指令至执行终端，同时远程服务器将稻田需喷洒的农药种类及农药量发送至显示终端；

同时，远程服务器接收参数预处理模块发送的水稻各生长期的土壤养分参数集合，提取管理数据库中水稻各生长期对应的土壤养分种类及含量标准值，并将获取的水稻各生长期的土壤养分参数集合与水稻各生长期对应的土壤养分种类及含量标准值进行对比，统计得到水稻各生长期土壤养分对比参数集合ΔU_m(Δu_m1,Δu_m2,...,Δu_mp,Δu_m5)，Δu_mp表示为水稻第p个生长期内土壤中第m种类养分含量与第p个生长期对应的土壤中第m种类养分标准值间的差值，当统计的Δu_mp＜0时，远程服务器发送施肥控制指令至执行终端，且接收执行终端反馈的第m种类土壤养分补给量，当第m种类土壤养分补给量大于Δu_mp时，远程服务器不发送施肥控制指令至执行终端，同时远程服务器将稻田所需补给的土壤养分素种类及补给量数据发送至显示终端；

所述执行终端用于接收远程服务器发送的灌溉控制指令，控制蓄水池由关闭切换成打开状态，并实时采集补水量，将采集的补水量反馈至远程服务器，同时接收远程服务器发送的停止灌溉控制指令，控制蓄水池由打开状态切换成关闭状态；

所述执行终端用于接收远程服务器发送的农药喷洒控制指令，控制农药池对应农药种类的储料腔道由关闭切换成打开状态，并实时采集供药量，将采集的供药量反馈至远程服务器，同时接收远程服务器发送的停止农药喷洒控制指令，控制农药池对应农药种类的储料腔道由打开状态切换成关闭状态；

所述执行终端接收远程服务器发送的施肥控制指令，控制营养肥料池对应养分种类的储料腔道由关闭切换成打开状态，并实时采集补给量，将采集的补给量反馈至远程服务器，同时接收远程服务器发送的停止施肥控制指令，控制营养肥料池对应养分种类的储料腔道由打开状态切换成关闭状态；

所述显示终端用于接收远程服务器发送的稻田各生长期所需的补水量、稻田需喷洒的农药种类及农药量和稻田各生长期所需补给的土壤养分种类及补给量数据，并进行显示。