一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，包括前端信息感知系统、通讯网络、前端服务器和远程服务器；其中，所述前端信息感知系统包括若干农情信息感知子节点和若干无人机；所述通讯网络包括无线通讯系统、以太网和互联网；所述无人机通过所述无线通讯系统将数据传输至所述农情信息感知子节点，所述农情信息感知子节点之间通过所述以太网将数据传输至所述前端服务器，所述前端服务器通过所述互联网将数据传输至所述远程服务器。本发明专利技术将VR技术、无人机遥感、网络技术、数据库技术等应用到农作物的农情监测上来，对农业管理的自动化和信息化都有着积极的意义。

A farmland information monitoring system based on virtual reality

The invention discloses a farmland information monitoring system based on virtual reality, including the front information sensing system, communication network, server and remote server; wherein, the front end information sensing system comprises a plurality of agricultural information perception sub node and several UAV; the communication network comprises a wireless communication system, Ethernet and Internet the UAV; via the wireless communication system transmits the data to the agricultural information perception of child nodes, between the agricultural information perception node through the Ethernet to transfer the data to the server, the server through the Internet to transfer the data to the remote server. The invention of VR technology, UAV remote sensing, network technology, database technology applied to crop monitoring of crops, agricultural management automation and information technology has a positive meaning.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农情信息监测领域，具体涉及一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统。
技术介绍
作为一个农业大国，我国农业面临着农业体系庞大、人口不断增长、农产品供给安全等问题。长久以来，农业始终面临着病虫害及水肥不合理等不良因素的影响，轻则危及农田产量及食品安全，重则对粮食安全造成威胁。以国有农场为代表的种植集体，已经开始向农业现代化、农业信息化发展，对农业高新技术的需求已提上日程。传统的农情信息获取依赖于农户亲自去农田观察或者调查队伍进行调查工作，信息获取存在主观性强、成本高、时效性差等缺点，对农业生产的指导缺乏科学性。近些年来网络技术得到快速发展，将被测区域内所有的节点进行联网，可以实现信息快速灵活的交互，同时实现大面积的覆盖。无人机技术的成熟使得精准农业有了快速的发展，无人机遥感技术克服了卫星遥感技术的成本高、精度低等缺点，在各个行业有着广泛的应用。近年流行的虚拟现实(VR)技术可以提供接近真实场景的观测方式，可以将远程影响直观的呈现在观测者面前。专家系统可以根据目前掌握的数据结合经验、原理做出最科学合理的决策。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进和丰富目前的农情监测系统的功能，所主要解决的问题是提供一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统。可以实时采集农田环境信息，同时获取农田视频图像信息，通过VR设备与监测人员进行交互，使观测人员以最直观的方式了结农作物最新状态。同时服务器根据子节点上传的数据进行分析和处理得到农作物长势情况、风险评估情况以及对农作物的产量进行合理的预测，然后经过专家系统决策与判定给出科学合理的农业生产指导。本专利技术所采用的技术方案：一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，包括前端信息感知系统、通讯网络、前端服务器和远程服务器；其中，所述前端信息感知系统包括若干农情信息感知子节点和若干无人机；所述通讯网络包括无线通讯系统、以太网和互联网；所述无人机通过所述无线通讯系统将数据传输至所述农情信息感知子节点，所述农情信息感知子节点之间通过所述以太网将数据传输至所述前端服务器，所述前端服务器通过所述互联网将数据传输至所述远程服务器。优选的，所述农情信息感知子节点和所述无人机以六边形蜂窝形状布置在农田内。优选的，所述农情信息感知子节点包括在同一水平面内布置的三个摄像头，三个摄像头互相之间成120°夹角，使得三个摄像头可以捕捉到360°范围内的图像，同时每个摄像头配有调节俯仰角的一套机构，可以采集在不同角度下农田的图像；所述农情信息感知子节点包括若干传感器；所述农情信息感知子节点包括一套与无人机通讯的无线系统，可以接收无人机发出的视频信号，同时将远程服务器的控制指令转发给无人机；所述农情信息感知子节点包括数据处理设备，将接收到的无人机信号以及自身捕获的视频信号和各传感器采集到的信号进行打包为数据包，然后将数据包经过所述以太网络传输到所述前端服务器，最终由前端服务器将数据包传输到所述远程服务器；所述农情信息感知子节点包括一套无人机停放坞站，所述无人机停放坞站配备一个具有磁力接口的充电装置，在无人机归位时，可以自动吸附无人机的充电接口，给无人机进行自动充电，同时所述无人机停放坞站配备无人机防雨装置，由电动推杆驱动，可以在无人机归位后，电动推杆驱动防雨罩保护无人机，防止雨水侵袭；所述农情信息感知子节点的电源系统包括：太阳能充电板、蓄电池和电源管理系统，在有光照情况下太阳能电池的太阳能充电板产生的电能经过电源管理系统的整流稳压向蓄电池充电，没有光照时，所述农情信息感知子节点的电能由蓄电池供给。优选的，所述无人机包括一套双目摄像头，用于模拟人的视觉采集两个角度的图像信息；所述无人机包括一套3轴云台，使摄像头进行三个方向的旋转运动；所述无人机包括一套无线通讯设备，用来发送视频信号以及接收远程遥控信息；所述无人机包括一套控制装置，可以将头部VR设备的运动转化成无人机飞行姿态；所述无人机还包括一个具有磁力接口的充电接口，可以使所述无人机返航到所述无人机停放坞站进行自动充电。优选的，每个所述农情信息感知子节点配备一套无线收发装置，每个无人机配备一套无线收发装备，所述无人机与所述农情信息感知子节点组成所述无线网络，无人机之间通过连接进行数据交换，同时无人机可以根据任意三个所述农情信息感知子节点确定位置，实现返航定位。优选的，所述以太网包括服务器、网关、路由器、中继器，所有的农情信息感知子节点通过中继器连接到前端服务器的路由器以及网关，组成一个基于Ethernet的局域网，所有的数据汇总传输到前端服务器；前端服务器通过互联网连接，前端服务器将各农情信息感知子节点以及无人机获取的数据通过Internet传输到远程服务器。优选的，所述远程服务器包括VR操作平台、数据处理模块、数据库和专家系统；所述的VR操作平台包括头戴式VR设备、手持式操作手柄和农情信息监测远程登陆平台；监测人员可以通过远程服务器的农情信息监测远程登陆平台的登陆界面登陆到农情监测系统，然后通过佩戴的头戴式VR设备以及手持式操作手柄，操作无人机的飞行，以及进行不同农情信息感知子节点之间图像的切换，同时采集到的视频信号经过数据处理模块处理后，通过头戴式VR设备成像后展现在监测人员眼前；所述的数据处理模块可以将采集的图像信息进行拼接、识别，计算农作物行距数据、株距数据、叶绿素含量数据、长势情况数据和病虫害情况数据，同时可以将传感器采集的数据进行融合，判断农田环境基本情况；所述的专家系统可以将所有的数据进行融合形成数据库，结合农作物种类，历年环境变化做出目前的农田工作坐车决策，预测农作物长势以及产量。优选的，所述的农情信息感知子节点可以设置为周期性的进入低功耗模式、一直保持正常工作模式以及夜间关闭摄像头模式；进入低功耗模式时，此时农情信息感知子节点只保留基础的通讯功能，摄像头以及各传感器停止工作，以节约电源消耗；夜间关闭摄像头模式时，只保留各传感器一直或间歇工作，但是如果有无人机在无人机停放坞站内充电，首先保证无人机的充电功能，一旦蓄电池电压过低，同时太阳能电池又不能及时给电池充电，设备自动进入低功耗模式，同时会将信息反馈至远程服务器，提示此节点处于离线状态；同时所述的农情信息感知子节点具有故障自检的功能，如果某路视频信号断开或者某路传感器信号断开以及某路传感器读数超出正常范围，其数据处理模块会生成一个故障代码发送至远程服务器，远程服务器接收到故障代码后会解析出是哪一个子节点的哪个传感器发生了故障，同时产生一个报警信号提示监测人员，方便维护人员进行设备的维护。优选的，所述无人机包括双目摄像头、三轴云台、运动控制装置、无线通讯设备和磁力充电接口；其中双目摄像头采集视频或图像信号经过编码后由机载的以太网将信号发送到与之建立连接的农情信息感知子节点，同时由VR设备发出的控制指令经由农情信息感知子节点发送给无人机，经过无人机的运动控制装置来控制无人机的上升，下降，俯仰动作，由控制手柄发出的控制指令经由农情信息感知子节点发送给无人机，经过无人机的运动控制装置来控制摄像头在三轴云台的三个轴方向上的转动；无人机的无线通讯设备可以和与之最近的三个农情信息感知子节点交互，然后确定自身相对于最近的农情信息感知子节点的位置，方便完成返航动作；无人机返航后，停放在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，其特征在于：包括前端信息感知系统、通讯网络、前端服务器和远程服务器；其中，所述前端信息感知系统包括若干农情信息感知子节点和若干无人机；所述通讯网络包括无线通讯系统、以太网和互联网；所述无人机通过所述无线通讯系统将数据传输至所述农情信息感知子节点，所述农情信息感知子节点之间通过所述以太网将数据传输至所述前端服务器，所述前端服务器通过所述互联网将数据传输至所述远程服务器。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，其特征在于：包括前端信息感知系统、通讯网络、前端服务器和远程服务器；其中，所述前端信息感知系统包括若干农情信息感知子节点和若干无人机；所述通讯网络包括无线通讯系统、以太网和互联网；所述无人机通过所述无线通讯系统将数据传输至所述农情信息感知子节点，所述农情信息感知子节点之间通过所述以太网将数据传输至所述前端服务器，所述前端服务器通过所述互联网将数据传输至所述远程服务器。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，其特征在于：所述农情信息感知子节点和所述无人机以六边形蜂窝形状布置在农田内。3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，其特征在于：所述农情信息感知子节点包括在同一水平面内布置的三个摄像头，三个摄像头互相之间成120°夹角，使得三个摄像头可以捕捉到360°范围内的图像，同时每个摄像头配有调节俯仰角的一套机构，可以采集在不同角度下农田的图像；所述农情信息感知子节点包括若干传感器；所述农情信息感知子节点包括一套与无人机通讯的无线系统，可以接收无人机发出的视频信号，同时将远程服务器的控制指令转发给无人机；所述农情信息感知子节点包括数据处理设备，将接收到的无人机信号以及自身捕获的视频信号和各传感器采集到的信号进行打包为数据包，然后将数据包经过所述以太网络传输到所述前端服务器，最终由前端服务器将数据包传输到所述远程服务器；所述农情信息感知子节点包括一套无人机停放坞站，所述无人机停放坞站配备一个具有磁力接口的充电装置，在无人机归位时，可以自动吸附无人机的充电接口，给无人机进行自动充电，同时所述无人机停放坞站配备无人机防雨装置，由电动推杆驱动，可以在无人机归位后，电动推杆驱动防雨罩保护无人机，防止雨水侵袭；所述农情信息感知子节点的电源系统包括：太阳能电池、蓄电池和电源管理系统，在有光照情况下太阳能电池的太阳能电池产生的电能经过电源管理系统的整流稳压向蓄电池充电，没有光照时，所述农情信息感知子节点的电能由蓄电池供给。4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，其特征在于：所述无人机包括一套双目摄像头，用于模拟人的视觉采集两个角度的图像信息；所述无人机包括一套3轴云台，使摄像头进行三个方向的旋转运动；所述无人机包括一套无线通讯设备，用来发送视频信号以及接收远程遥控信息；所述无人机包括一套控制装置，可以将头部VR设备的运动转化成无人机飞行姿态；所述无人机还包括一个具有磁力接口的充电接口，可以使所述无人机返航到所述无人机停放坞站进行自动充电。5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，其特征在于：每个所述农情信息感知子节点配备一套无线收发装置，每个无人机配备一套无线收发装备，所述无人机与所述农情信息感知子节点组成所述无线网络，无人机之间通过连接进行数据交换，同时无人机可以根据任意三个所述农情信息感知子节点确定位置，实现返航定位。6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的田间农情信息实时监测系统，其特征在于：所述以太网包括服务器、网关、路由器、中继器，所有的农情信息感知子节点通过中继器连接到前端服务器的路由器以及网关，组成一个基于Ethernet的局域网，所有的数据汇总传输到前端服务器；前端服务器通过互...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆华忠，邹炽导，吕恩利，王飞仁，曾志雄，赵俊宏，韦鉴峰，林小娟，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44