一种基于悬挂式滑轨平台的温室信息自动监测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于悬挂式滑轨平台的温室信息自动监测方法，采用多传感器系统，利用双目视觉多功能相机，结合激光测距传感器和红外温度传感器，通过多传感信息融合实现对植株的营养、水分、病虫害的图像和红外温度特征，以及植株冠幅、株高、果实长势特征等温室作物综合信息的在线巡航监测。通过将多传感器系统安装在悬挂的滑动平台上，结合升降机构和电控旋转云台，不仅能实现沿检测行进方向的精准定位和驻点探测，也能够实现不同探测距离、不同俯视视场和不同探测角的多传感信息巡航探测。通过调整探测距离和云台方位角，既能够对番茄、黄瓜等大棵型植株进行探测，也能够满足对生菜和不同生长期的中、小棵型植株的探测需求。

An automatic monitoring method for greenhouse information based on suspended slide platform

The invention provides an automatic monitoring method for greenhouse information based on a suspended sliding rail platform, which adopts a multi-sensor system, utilizes a binocular vision multi-functional camera, combines a laser ranging sensor and an infrared temperature sensor, and realizes the image of nutrition, moisture, pests and diseases and infrared temperature of plants through multi-sensor information fusion. On-line cruise monitoring of greenhouse crop comprehensive information, such as plant crown width, plant height and fruit growth characteristics. By installing the multi-sensor system on the suspended sliding platform, combining with the lifting mechanism and the electronically controlled rotating platform, not only can it realize the accurate positioning and the stationary point detection along the direction of detection, but also can realize the multi-sensor information cruise detection with different detection distances, different overlooking fields and different detection angles. By adjusting the detection distance and Yuntai azimuth angle, it can not only detect large plants such as tomato and cucumber, but also meet the detection needs of lettuce and medium and small-sized plants in different growth stages.

【技术实现步骤摘要】
一种基于悬挂式滑轨平台的温室信息自动监测方法
本专利技术属于智能农业机械领域，涉及一种检测设施环境和作物综合信息的自动监测方法，特指一种基于悬挂式滑轨平台的温室信息自动监测方法。
技术介绍
目前我国的温室种植面积和产量位于全世界前列，但大多仍采用传统的大水大肥的种植灌溉模式，因其具有盲目性，无法满足作物需求，导致作物的产量和品质不高，资源浪费严重，经济效益较差等问题，主要原因之一是缺乏对设施生产的科学管理，难以实时在线获取温室作物和环境的综合信息，实现基于作物真实需求的水肥和环境优化调控以及病虫害预警。以往对农作物的营养长势和病虫害侵害的识别检测多采用人工以及化学方法，不仅检测的效率低下，而且会发生误判，并会对作物造成不可逆的损坏。由于温室种植和生产的非机构化的环境，目前满足实际生产需求的，先进适用的温室环境和作物综合信息自动化监测装备和方法缺乏。本专利技术采用悬轨式检测平台进行作物生长和环境信息的自动监测，能够通过自主巡航的方式，采用多传感器探测系统能够进行温室作物营养、长势、病虫害和环境综合信息的采集，相较于传统方法和分布式的检测方法，大幅提高了检测和识别精度，降低了成本，提高了作业效率。申请号201010519848.7的专利技术专利申请，公开了一种悬挂式自走对靶喷雾系统，包括导轨、自走式移动平台、霍尔传感器、喷雾机械臂装置、双目视觉系统、PLC逻辑控制器等，由于该专利技术在温室顶棚设置有导轨，喷雾机械臂装置设置在自走式移动平台上，可以在温室环境下自动喷洒农药，避免喷洒农药过程中对操作人员造成身体伤害，提高了效率。但其装置缺乏温室环境信息的检测，对温室的环境因素考虑不够。北京农业智能装备技术中心的马伟等人开发了一套温室轨道式省力作业装置。该装置能够通过在温室自身结构上连接安装轨道，利用移动装置可用手推灵活性走，悬挂平台上可以搭载所有施药加压装置。该装置解决了温室作物大面积施药以及搬运不方便的问题，减轻了劳动强度。但其仍需要一定的手动作业，自动化水平还不够高。申请号201310192634.7的专利技术专利申请，公开了一种履带式机器人移动平台，通过控制模块根据监测模块的数据信号控制主动轮系与从动轮系带动车体运行。该履带式机器人由于其履带、轮系和车体均采用刚性连接，无法过滤不平路面的颠簸，对搭载在移动平台上的检测设备造成损伤以及对检测的稳定性有影响。申请号201010519848.7的专利技术专利申请，公开了一种悬挂式自走对靶喷雾系统，包括导轨、自走式移动平台、霍尔传感器、喷雾机械臂装置、双目视觉系统、PLC逻辑控制器等，由于该专利技术在温室顶棚设置有导轨，喷雾机械臂装置设置在自走式移动平台上，可以在温室环境下自动喷洒农药，避免喷洒农药过程中对操作人员造成身体伤害，提高了效率。但其装置缺乏温室环境信息的检测，对温室的环境因素考虑不够。申请号201310408112.6的专利技术专利申请，公开了一种用于探测的多地形智能移动平台，包括自主前进四轮小车系统和四轴旋翼飞行系统，两者通过锁紧系统相连，并通过ZigBee无线传输网络与PC终端机进行通信。自主前进四轮小车系统利用Arduino对车载多参数传感器模块、驱动模块等进行控制：四轴旋翼飞行系统利用Arduino对机载多参数传感器模块、高速驱动模块等进行控制。当遇到无法逾越的障碍物时，锁紧系统可自动解锁，从而触发四轴旋翼飞行系统运行。多地形复合式智能移动平台不论是四轮模式还是飞行模式，其整体的平稳性没有带独立悬架的移动平台。在启动飞行模式时，对其搭载的检测设备要进行均匀分配质量，对搭载的检测设备的有重量限制，相对于单一模式的移动平台，多地形复合式智能移动平台结构复杂，价格较高。综上所述，现有的智能移动平台由于任务目标不同，其装置和方法无法满足温室非结构化环境下，温室作物生长和环境信息检测设备对平台检测精度及平稳性的要求，难以实现对不同生长期、不同种类和大中小不同株型作物的营养、长势和病虫害信息的自动巡航探测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于悬挂式滑轨平台的温室信息自动监测方法，以实现对温室作物营养、水分、长势和病虫害信息，以及温室环境光照、温湿度信息的同步自动巡航监测。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：1.一种基于悬挂式滑轨平台的温室作物信息自动监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：系统初始化：启动控制柜中的电源按钮，基于悬挂式滑轨平台的温室综合信息监测系统进行自检，工控机、触摸显示屏开启，DSP运动控制器启动，滑动平台回归零位；S2：系统设置：2.1)样本设定和采样间距设置：设定待测植株的栽植株距，并设置地标、滑动平台的运动间距和多传感器系统的采样间距；2.2)检测参数设置：设置检测模式和检测参数，检测模式包括作物营养胁迫检测、病虫害检测、水分胁迫检测和长势检测四种模式；其中参数设定包括：营养胁迫模式下的氮磷钾检测，病虫害检测模式下的种类识别，长势检测模式下的株高、冠幅、果实；2.3)滑动平台运动设置：根据检测参数、作物生长期和种类，对滑动平台的运动行程和检测高度进行设定；S3：作物信息检测：3.1)滑动平台目标定位按照2.1)中设置的采样间距，DSP运动控制器根据工控机发来的位置指令，首先发送信号给减速电机，减速电机带动齿轮轴和齿轮一起转动，齿轮和齿条啮合，带动整个滑动平台通过滑轮在滑轨上移动，并根据预设的地标传感器位置和序号，到达作物的上方，沿行进方向的运动停止，工控机给DSP运动控制器发送指令，驱动升降机构，将滑动平台升降机构下降到预设的高度，完成滑动平台的目标定位；工控机给DSP运动控制器发送信号，驱动电控旋转云台按照预设参数调整仰俯角度，保证初始检测位的多传感器系统的检测视场和探测角符合成像和探测要求；3.2)采用逐点矩阵网格化扫描的方式进作物营养、水分、长势和病虫害信息的探测：其中所述矩阵扫描的方式具体如下：①工控机给DSP运动控制器发送指令，驱动电控旋转云台，以与行进方向垂直的方向为X坐标，以电控旋转云台的几何中心为原点，从0-180°圆弧方向自左至右进行驻点扫描，每个检测位沿行进方向的检测起点，为检测到该地标传感器，滑动平台停止后的初始点；②完成该序列检测后，步进扫描下一圆弧网格，步进间距设定在10mm至植株冠幅直径的最大值之间，覆盖整个植株冠层；在此区间内沿行进方向进行圆弧网格化扫描，利用激光测距传感器通过点扫描的方式，获取植株区域的高度坐标点阵信息；③在每次扫描至90°角的检测中线时，利用双目多功能成像系统获取植株的双目视觉俯视图像、冠层可见光特征图像、冠层近红外特征图像；④当每个检测位扫描至植株的几何中心时，利用红外测温传感器获取作物的冠层温度信息，利用光照强度传感器获取检测位的环境光照强度信息，利用环境温湿度传感器获取检测位的环境温湿度信息；S4：温室作物综合信息处理将S3获取的温室作物信息，通过信息采集模块上传给工控机处理，处理程序按照以下方法对信息进行处理：4.1)双目多功能成像系统的信息处理①对步骤3.2)③中双目多功能成像系统获取的冠层可见光特征图像、冠层近红外特征图像首先进行滤波去噪声，之后进行颜色空间转换，背景分割，最后进行纹理、灰度均值的计算，提取作物氮磷钾营养、水分、病虫害的特征波长，并利用作物生长信息检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于悬挂式滑轨平台的温室作物信息自动监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：系统初始化：启动控制柜中的电源按钮，基于悬挂式滑轨平台的温室综合信息监测系统进行自检，工控机(32)、触摸显示屏(30)开启，DSP运动控制器(15)启动，滑动平台回归零位；S2：系统设置：2.1)样本设定和采样间距设置：设定待测植株的栽植株距，并设置地标、滑动平台的运动间距和多传感器系统的采样间距；2.2)检测参数设置：设置检测模式和检测参数，检测模式包括作物营养胁迫检测、病虫害检测、水分胁迫检测和长势检测四种模式；其中参数设定包括：营养胁迫模式下的氮磷钾检测，病虫害检测模式下的种类识别，长势检测模式下的株高、冠幅、果实；2.3)滑动平台运动设置：根据检测参数、作物生长期和种类，对滑动平台的运动行程和检测高度进行设定；S3：作物信息检测：3.1)滑动平台目标定位按照2.1)中设置的采样间距，DSP运动控制器(15)根据工控机(32)发来的位置指令，首先发送信号给减速电机(9)，减速电机(9)带动齿轮轴(10)和齿轮(11)一起转动，齿轮(11)和齿条(4)啮合，带动整个滑动平台通过滑轮(14)在滑轨(1)上移动，并根据预设的地标传感器(36)位置和序号，到达作物的上方，沿行进方向的运动停止，工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送指令，驱动升降机构(19)，将滑动平台升降机构下降到预设的高度，完成滑动平台的目标定位；工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送信号，驱动电控旋转云台(21)按照预设参数调整仰俯角度，保证初始检测位的多传感器系统的检测视场和探测角符合成像和探测要求；3.2)采用逐点矩阵网格化扫描的方式进作物营养、水分、长势和病虫害信息的探测：其中所述矩阵扫描的方式具体如下：①工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送指令，驱动电控旋转云台(21)，以与行进方向垂直的方向为X坐标，以电控旋转云台(21)的几何中心为原点，从0‑180°圆弧方向自左至右进行驻点扫描，每个检测位沿行进方向的检测起点，为检测到该地标传感器(36)，滑动平台停止后的初始点；②完成该序列检测后，步进扫描下一圆弧网格，步进间距设定在10mm至植株冠幅直径的最大值之间，覆盖整个植株冠层；在此区间内沿行进方向进行圆弧网格化扫描，利用激光测距传感器(27)通过点扫描的方式，获取植株区域的高度坐标点阵信息；③在每次扫描至90°角的检测中线时，利用双目多功能成像系统(22)获取植株的双目视觉俯视图像、冠层可见光特征图像、冠层近红外特征图像；④当每个检测位扫描至植株的几何中心时，利用红外测温传感器(25)获取作物的冠层温度信息，利用光照强度传感器(28)获取检测位的环境光照强度信息，利用环境温湿度传感器(26)获取检测位的环境温湿度信息；S4：温室作物综合信息处理将S3获取的温室作物信息，通过信息采集模块上传给工控机(32)处理，处理程序按照以下方法对信息进行处理：4.1)双目多功能成像系统(22)的信息处理①对步骤3.2)③中双目多功能成像系统(22)获取的冠层可见光特征图像、冠层近红外特征图像首先进行滤波去噪声，之后进行颜色空间转换，背景分割，最后进行纹理、灰度均值的计算，提取作物氮磷钾营养、水分、病虫害的特征波长，并利用作物生长信息检测模型，评估其氮磷钾含量、病虫害种类和水分胁迫状态；②对步骤3.2)③中双目多功能成像系统(22)获取的双目视觉俯视图像，分别将左右相机进行标定和校正，建立世界坐标系，然后对左右相机分别拍摄的图像进行预处理，最后进行立体匹配，建立空间坐标系，得到植株的株高信息；③对步骤3.2)③中双目多功能成像系统(22)获取的植株双目视觉俯视图像信息，进行滤波去噪声，背景分割，获取植株冠幅的目标图像，通过统计目标像素，结合标尺数据，获取植株的冠幅面积；④对步骤3.2)③中双目多功能成像系统(22)获取的植株双目视觉俯视图像信息的几何中线序列图像进行筛选分析，选取无遮挡的植株果实图像，进行滤波去噪声，背景分割，获取植株果实的目标图像，通过统计目标区域的像素，获取植株的果实区域的面积值；4.2)激光测距传感器(27)的信息处理：①对步骤3.2)中激光测距传感器(27)所获取的植株区域的高度坐标点阵数据进行标定，确定以植株栽植基质的高度的平均值，作为植株高度的计算起始点坐标；②对步骤3.2)中激光测距传感器(27)采用矩阵扫描的方式进行网格化扫描获取的植株区域的高度坐标点阵数据进行筛选，去除冗余和无效数据；③对步骤3.2)中激光测距传感器(27)采用矩阵扫描的方式进行网格化扫描获取的植株区域的高度坐标点阵中的有效值进行分析，获取其最高点作为株高数据；获取其最大边界长度、宽度和几何中心坐标，结合实测值，标定计算冠幅面积值；4.3)温室作物综合信...

【技术特征摘要】
1.一种基于悬挂式滑轨平台的温室作物信息自动监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：系统初始化：启动控制柜中的电源按钮，基于悬挂式滑轨平台的温室综合信息监测系统进行自检，工控机(32)、触摸显示屏(30)开启，DSP运动控制器(15)启动，滑动平台回归零位；S2：系统设置：2.1)样本设定和采样间距设置：设定待测植株的栽植株距，并设置地标、滑动平台的运动间距和多传感器系统的采样间距；2.2)检测参数设置：设置检测模式和检测参数，检测模式包括作物营养胁迫检测、病虫害检测、水分胁迫检测和长势检测四种模式；其中参数设定包括：营养胁迫模式下的氮磷钾检测，病虫害检测模式下的种类识别，长势检测模式下的株高、冠幅、果实；2.3)滑动平台运动设置：根据检测参数、作物生长期和种类，对滑动平台的运动行程和检测高度进行设定；S3：作物信息检测：3.1)滑动平台目标定位按照2.1)中设置的采样间距，DSP运动控制器(15)根据工控机(32)发来的位置指令，首先发送信号给减速电机(9)，减速电机(9)带动齿轮轴(10)和齿轮(11)一起转动，齿轮(11)和齿条(4)啮合，带动整个滑动平台通过滑轮(14)在滑轨(1)上移动，并根据预设的地标传感器(36)位置和序号，到达作物的上方，沿行进方向的运动停止，工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送指令，驱动升降机构(19)，将滑动平台升降机构下降到预设的高度，完成滑动平台的目标定位；工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送信号，驱动电控旋转云台(21)按照预设参数调整仰俯角度，保证初始检测位的多传感器系统的检测视场和探测角符合成像和探测要求；3.2)采用逐点矩阵网格化扫描的方式进作物营养、水分、长势和病虫害信息的探测：其中所述矩阵扫描的方式具体如下：①工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送指令，驱动电控旋转云台(21)，以与行进方向垂直的方向为X坐标，以电控旋转云台(21)的几何中心为原点，从0-180°圆弧方向自左至右进行驻点扫描，每个检测位沿行进方向的检测起点，为检测到该地标传感器(36)，滑动平台停止后的初始点；②完成该序列检测后，步进扫描下一圆弧网格，步进间距设定在10mm至植株冠幅直径的最大值之间，覆盖整个植株冠层；在此区间内沿行进方向进行圆弧网格化扫描，利用激光测距传感器(27)通过点扫描的方式，获取植株区域的高度坐标点阵信息；③在每次扫描至90°角的检测中线时，利用双目多功能成像系统(22)获取植株的双目视觉俯视图像、冠层可见光特征图像、冠层近红外特征图像；④当每个检测位扫描至植株的几何中心时，利用红外测温传感器(25)获取作物的冠层温度信息，利用光照强度传感器(28)获取检测位的环境光照强度信息，利用环境温湿度传感器(26)获取检测位的环境温湿度信息；S4：温室作物综合信息处理将S3获取的温室作物信息，通过信息采集模块上传给工控机(32)处理，处理程序按照以下方法对信息进行处理：4.1)双目多功能成像系统(22)的信息处理①对步骤3.2)③中双目多功能成像系统(22)获取的冠层可见光特征图像、冠层近红外特征图像首先进行滤波去噪声，之后进行颜色空间转换，背景分割，最后进行纹理、灰度均值的计算，提取作物氮磷钾营养、水分、病虫害的特征波长，并利用作物生长信息检测模型，评估其氮磷钾含量、病虫害种类和水分胁迫状态；②对步骤3.2)③中双目多功能成像系统(22)获取的双目视觉俯视图像，分别将左右相机进行标定和校正，建立世界坐标系，然后对左右相机分别拍摄的图像进行预处理，最后进行立体匹配，建立空间坐标系，得到植株的株高信息；③对步骤3.2)③中双目多功能成像系统(22)获取的植株双目视觉俯视图像信息，进行滤波去噪声，背景分割，获取植株冠幅的目标图像，通过统计目标像素，结合标尺数据，获取植株的冠幅面积；④对步骤3.2)③中双目多功能成像系统(22)获取的植株双目视觉俯视图像信息的几何中线序列图像进行筛选分析，选取无遮挡的植株果实图像，进行滤波去噪声，背景分割，获取植株果实的目标图像，通过统计目标区域的像素，获取植株的果实区域的面积值；4.2)激光测距传感器(27)的信息处理：①对步骤3.2)中激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓东，龚镇，毛罕平，邱白晶，左志宇，高洪燕，管贤平，张红涛，孙俊，孙宏伟，张怡雪，张雪威，阮玉强，姚春阳，张凯旋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32