一种基于物联网的大田种植实时监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于种植监测技术领域，公开了一种基于物联网的大田种植实时监测系统及方法，所述基于物联网的大田种植实时监测系统包括：种植视频采集模块、环境温湿度采集模块、土壤数据采集模块、数据传输模块、中央控制模块、物联网通信模块、照明模块、生长状态监测模块、监测数据存储模块、监测显示模块。本发明专利技术通过物联网通信模块无需要设备与终端直接通信配对，无距离限制，兼容性好，能及时对大田种植数据进行监测；同时，通过生长状态监测模块将RGB图像的色彩不变参数作为区分环境像素和培养植物的主要依据，解决了严重偏色光造成的对植物生长状况监测造成的植物分割不完整问题并对光源亮度的变化具有自适应性，提高对植物生长状态监测的准确性。

A Real-time Monitoring System and Method for Field Planting Based on Internet of Things

The invention belongs to the field of planting monitoring technology, and discloses a real-time monitoring system and method for field planting based on the Internet of Things. The real-time monitoring system for field planting based on the Internet of Things includes: planting video acquisition module, environmental temperature and humidity acquisition module, soil data acquisition module, data transmission module, central control module, Internet of Things communication module, lighting module and sheng. Long state monitoring module, monitoring data storage module and monitoring display module. The invention can monitor the field planting data in time through the communication module of the Internet of Things without the need of direct communication pairing between equipment and terminal, without distance limitation and good compatibility. At the same time, through the growth condition monitoring module, the color invariant parameters of RGB image are taken as the main basis for distinguishing environmental pixels and cultivating plants, and the monitoring of plant growth caused by serious polarized light is solved. The incomplete segmentation of plants and the adaptability of light source brightness change can improve the accuracy of plant growth monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的大田种植实时监测系统及方法
本专利技术属于种植监测
，尤其涉及一种基于物联网的大田种植实时监测系统及方法。
技术介绍
种植即植物栽培，包括各种农作物、林木、果树、花草、药用和观赏等植物的栽培，有粮食作物、经济作物、蔬菜作物、绿肥作物、饲料作物、牧草等。大田作物，指在大片田地上种植的作物﹐如小麦﹑水稻﹑高粱﹑玉米﹑棉花﹑牧草等。直接供给粮食，油料和衣物原料为主。露地种植，温室大棚里面的蔬菜等不算；烟草，中草药不算；木本的苹果，葡萄不算。目的是最大限度地利用资源，减少浪费，降低成本。利用无污染的土地、水域及天然环境，或者运用生态技术措施，改善种植水质和生态环境，按照达毅种植特定的种植模式进行种植，不使用化肥、农药和其它有害物质等，目标是生产出无公害绿色食品和有机食品。实现生态种植的组件有益生菌原液等。然而，现有大田种植实时监测系统中数据传输存在传输距离短、兼容性差、配对操作较复杂等缺点；而使用序列号与账号绑定的方式中，对于一台设备对多台终端的情况下，无法正确传输数据到目标终端，影响对大田种植的及时监测；同时，现有大田种植采用LED光源，有严重色偏导致对植物生长状态监测结果产生较大失真；由于偏色光覆盖掉了植物的颜色，该方法会将植物局部部分误判为环境背景引起监测误差。综上所述，现有技术存在的问题是：现有大田种植实时监测系统中数据传输存在传输距离短、兼容性差、配对操作较复杂等缺点；而使用序列号与账号绑定的方式中，对于一台设备对多台终端的情况下，无法正确传输数据到目标终端，影响对大田种植的及时监测；同时，现有大田种植采用LED光源，有严重色偏导致对植物生长状态监测结果产生较大失真；由于偏色光覆盖掉了植物的颜色，该方法会将植物局部部分误判为环境背景引起监测误差。现有技术不能准确正确反映和利用采集画面的空间结构，不利于图像处理和使用的正确度；现有技术中温湿度传感器不能对数据进行采集和融合处理；且不能实时采集的数据就进行误差消除；现有技术中的显示器的亮度可调性差，显示屏的亮度均匀性不足，降低数据显示的清晰度，不利于显示器清晰准确的进行数据显示，降低工作效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于物联网的大田种植实时监测系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种基于物联网的大田种植实时监测方法，所述基于物联网的大田种植实时监测方法包括：第一步，利用摄像头采集大田种植场景视频数据；温湿度传感器利用粒子群对大田种植环境的温度、湿度数据进行采集和融合处理，同步进行函数多阶误差补偿方法对实时采集的数据就进行误差消除；利用土壤检测仪实时采集大田土壤的土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据；第二步，利用数据传输线连接摄像头、温湿度传感器、土壤检测仪将采集的数据发送到中央控制模块进行处理；利用无线发射器连接物联网进行通信；第三步，利用红蓝光LED灯给大田植物提供照明操作；通过实现对含噪图像进行层次贝叶斯建模的摄像头，采集在LED红蓝光照射下环境背景和植物的RGB图像特征对植物生长状况进行监测；第四步，利用存储器存储采集的监控视频、环境温湿度、土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据、生长状况数据；采用通过PWM调节的显示器显示监测系统界面及采集的监控视频、环境温湿度、土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据、生长状况数据。进一步，所述步骤一中温湿度传感器利用粒子群对大田种植环境的温度、湿度数据进行采集和融合处理；同步进行函数多阶误差补偿方法对实时采集的数据就进行误差消除，具体的误差消除方法为：在传感器数据采集数据传输的过程中，利用公式表示传感器系统误差与数据传输矩阵之间的联系：在传感器数据采集数据传输时，信号传输的宽度能够用下述公式进行计算：Δκ＝N/Δσ′＝eΔγ/dωN＝(Δq/f-dΔq)N式中，N是传感器数据采集数据需要传递的距离；Δσ'是数据传递时延参数；f是不考虑外界因素干扰的情况下传感器数据采集数据传递的速度；ω是数据传递过程中的偏转角度；对上述公式进行变换，能够得到下述结果：Δκ＝N/Δσ′＝NΔq/f利用下述公式能够计算由于传感器采集数据属性差异造成的误差：利用下述公式能够计算属性差异造成的误差的二阶函数：式中，P(y)的取值能够用下述公式进行计算：P(y)＝T(y)-1F(y)T(y)利用下述公式，能够计算传感器数据采集过程中的误差参数：利用下述公式，能够对上述传感器数据采集误差进行补偿处理：进一步，所述步骤三中利用摄像头通过对含噪图像进行层次贝叶斯建模，采集在LED红蓝光照射下环境背景和植物的RGB图像特征对植物生长状况进行准确监测，具体方法为：图像噪声信号服从高斯分布，对含噪图像进行层次贝叶斯建模；用I表示单位阵，a、b、c、d、e、f为先验参数(常数)，对图像建模如下：xi＝Ψθi+εiθi＝ziowiΨ＝(ψ1，ψ2…，ψk)ψk～N(0，n-1In)γw～Γ(c，d)γε～Γ(e，f)对zi建模如下：其中，G表示高斯分布，πi从高斯分布中随机抽样所得。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述基于物联网的大田种植实时监测方法的基于物联网的大田种植实时监测系统，所述基于物联网的大田种植实时监测系统包括：种植视频采集模块，与数据传输模块连接，用于通过摄像头采集大田种植场景视频数据；环境温湿度采集模块，与数据传输模块连接，用于通过温湿度传感器实时采集大田种植环境的温度、湿度数据；土壤数据采集模块，与数据传输模块连接，用于通过土壤检测仪实时采集大田土壤的土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据；数据传输模块，与种植视频采集模块、环境温湿度采集模块、土壤数据采集模块、中央控制模块连接，用于通过数据传输线连接摄像头、温湿度传感器、土壤检测仪将采集的数据发送到中央控制模块进行处理；中央控制模块，与数据传输模块、物联网通信模块、照明模块、生长状态监测模块、监测数据存储模块、监测显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；物联网通信模块，与中央控制模块连接，用于通过无线发射器连接物联网进行通信；照明模块，与中央控制模块连接，用于通过红蓝光LED灯给大田植物提供照明操作；生长状态监测模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像头采集在LED红蓝光照射下环境背景和植物的RGB图像特征对植物生长状况进行监测；监测数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的监控视频、环境温湿度、土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据、生长状况数据；监测显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示监测系统界面及采集的监控视频、环境温湿度、土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据、生长状况数据。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述基于物联网的大田种植实时监测方法的信息数据处理终端。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术通过物联网通信模块使用动态的唯一编码将大田监测设备与控制终端相绑定，从而使两者建立一对一的通信连接，取代了原先的设备与控制终端之间直接通信的方式；这样，使得绑定操作更简单快捷，无需要设备与终端直接通信配对，无距离限制，兼容性好，可以及时对大田种植数据进行监测；同时，通过生长状态监测模块将RGB图像的色彩不变参数作为区分环境像素和培养植物的主要依据，解决了严重偏色光造成的对植物生长状况监测造成的植本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网的大田种植实时监测方法，其特征在于，所述基于物联网的大田种植实时监测方法包括：第一步，利用摄像头采集大田种植场景视频数据；温湿度传感器利用粒子群对大田种植环境的温度、湿度数据进行采集和融合处理，同步进行函数多阶误差补偿方法对实时采集的数据就进行误差消除；利用土壤检测仪实时采集大田土壤的土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据；第二步，利用数据传输线连接摄像头、温湿度传感器、土壤检测仪将采集的数据发送到中央控制模块进行处理；利用无线发射器连接物联网进行通信；第三步，利用红蓝光LED灯给大田植物提供照明操作；通过实现对含噪图像进行层次贝叶斯建模的摄像头，采集在LED红蓝光照射下环境背景和植物的RGB图像特征对植物生长状况进行监测；第四步，利用存储器存储采集的监控视频、环境温湿度、土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据、生长状况数据；采用通过PWM调节的显示器显示监测系统界面及采集的监控视频、环境温湿度、土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据、生长状况数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的大田种植实时监测方法，其特征在于，所述基于物联网的大田种植实时监测方法包括：第一步，利用摄像头采集大田种植场景视频数据；温湿度传感器利用粒子群对大田种植环境的温度、湿度数据进行采集和融合处理，同步进行函数多阶误差补偿方法对实时采集的数据就进行误差消除；利用土壤检测仪实时采集大田土壤的土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据；第二步，利用数据传输线连接摄像头、温湿度传感器、土壤检测仪将采集的数据发送到中央控制模块进行处理；利用无线发射器连接物联网进行通信；第三步，利用红蓝光LED灯给大田植物提供照明操作；通过实现对含噪图像进行层次贝叶斯建模的摄像头，采集在LED红蓝光照射下环境背景和植物的RGB图像特征对植物生长状况进行监测；第四步，利用存储器存储采集的监控视频、环境温湿度、土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据、生长状况数据；采用通过PWM调节的显示器显示监测系统界面及采集的监控视频、环境温湿度、土壤酸碱度、土壤水分、土壤养分含量数据、生长状况数据。2.如权利要求1所述的基于物联网的大田种植实时监测方法，其特征在于，所述步骤一中温湿度传感器利用粒子群对大田种植环境的温度、湿度数据进行采集和融合处理；同步进行函数多阶误差补偿方法对实时采集的数据就进行误差消除，具体的误差消除方法为：在传感器数据采集数据传输的过程中，利用公式表示传感器系统误差与数据传输矩阵之间的联系：在传感器数据采集数据传输时，信号传输的宽度能够用下述公式进行计算：Δκ＝N/Δσ′＝eΔγ/dωN＝(Δq/f-dΔq)N式中，N是传感器数据采集数据需要传递的距离；Δσ′是数据传递时延参数；f是不考虑外界因素干扰的情况下传感器数据采集数据传递的速度；ω是数据传递过程中的偏转角度；对上述公式进行变换，能够得到下述结果：Δκ＝N/Δσ′＝NΔq/f利用下述公式能够计算由于传感器采集数据属性差异造成的误差：利用下述公式能够计算属性差异造成的误差的二阶函数：式中，P(y)的取值能够用下述公式进行计算：P(y)＝T(y)-1F(y)T(y)利用下述公式，能够计算传感器数据采集过程中的误差参数：利用下述公式，能够对上述传感器数据采集误差进行补偿处理：3.如权利要求1所述的基于物联网的大田种植实时监测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清华，郑龙，柯庆明，
申请(专利权)人：李清华，
类型：发明
国别省市：福建,35