一种用于大棚葡萄的水肥监测分析系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于大棚葡萄的水肥监测分析系统及方法，通过重新设计多参数传感探测器，使其一方面能够同时检测水分含量、肥料浓度以及PH值，另一方面能够提高测量精度；通过反光板、滤色板的设置对所采集图像的色度、色域进行补偿、调节，并结合红外相机对采集图像进行联合处理；通过正规化指数、超绿值、特征提取以及土壤多维参数等数据全方位预测葡萄长势；根据正规化指数预测值、超绿值以及葡萄长势的历史变化情况，预测期望营养供给量；此外，还能够根据多项气象因素计算潜在蒸发量，以对供水量进行进一步调节。以对供水量进行进一步调节。以对供水量进行进一步调节。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大棚葡萄的水肥监测分析系统及方法


[0001]本专利技术属于大数据及图像处理技术在农田种植领域尤其是葡萄种植方面的应用，涉及用于大棚葡萄的水肥监测分析系统及方法。

技术介绍

[0002]随着社会的不断发展和人民生活水平的显著提高，人们越来越注重饮食的营养与健康，水果已成为日常消费品之一。葡萄富含维生素与纤维素，口感酸甜美味，越来越受到人们的青睐。我国幅员辽阔，地大物博，是葡萄生产大国，同时需求量也位居世界前列。品种、土壤、气候、温度、光照、降水等因素均会影响葡萄的品质，随着人类科学技术水平的提升，大棚技术在葡萄种植方面的应用，使得葡萄种植脱离了地域限制，也为葡萄的品质提供了坚实保障。
[0003]然而，如果种植方式不当，葡萄的含糖量、维生素含量等均会受到较大影响，其色泽、饱满度也会大打折扣，进而影响其口感及营养价值。
[0004]为了解决上述问题，已发展出了多种监测土壤水分及养分的控制系统及方法，但是现有技术广泛存在以下几方面问题：第一，土壤湿度及养分的测量手段单一，且测量精度不高；第二，对葡萄长势的图像采集手段单一，往往存在失真、噪点、分辨率低等问题；第三，对葡萄长势的分析手段单一，无法从多个维度准确、客观的判断并预测长势情况；第四，缺少对所采集各项数据的再次利用，无法对下一步水肥供应计划进行高效预测；第五，缺少利用气象数据对当前生长环境的合理研判。

技术实现思路

[0005]本专利技术重点针对上述种种不足，提供一种用于大棚葡萄的水肥监测分析系统及方法。
[0006]本专利技术首先提供了一种用于大棚葡萄的水肥监测分析系统，包括云服务器、无线通讯模块、处理器、第一CCD摄像机、滤色板以及反光板，所述滤色板能够滤除蓝光，并允许红光、绿光及近红外光透过；
[0007]其中，在第一时刻，由所述反光板反射的自然光经滤色板进入第一CCD摄像机，在第二时刻，由位于所述反光板附近的葡萄藤反射的自然光经滤色板进入第一CCD摄像机。
[0008]优选的，水肥监测分析系统还包括能够同时检测水分含量、肥料浓度以及PH值的多参数传感探测器，所述多参数传感探测器埋设于土壤中，由在第一方向上依次堆叠的第一传感检测单元、第二传感检测单元、第三传感检测单元构成，所述第一传感检测单元、第二传感检测单元、第三传感检测单元在第二方向上长度依次增大，且一端对齐。
[0009]优选的，所述第一传感检测单元上设置有具有第一孔径的第一开孔，第二传感检测单元上设置有具有第二孔径的第二开孔，第三传感检测单元上设置有具有第三孔径的第三开孔，所述第一孔径小于所述第二孔径，所述第二孔径小于所述第三孔径。
[0010]优选的，水肥监测分析系统还包括第二CCD摄像机以及红外摄像机。
[0011]优选的，水肥监测分析系统还包括渗灌系统，所述渗灌系统具体包括储水罐、液肥罐、第一泵、第二泵、第一流量计、第二流量计、第一换路阀、第二换路阀、供水插管以及供肥插管；所述储水罐、第一泵、第一流量计依次串接，构成第一供给支路，所述液肥罐、第二泵依次串接，构成第二供给支路，所述第一供给支路与第二供给支路一端共同连接到第一换路阀；所述供水插管顺次连接于第一流出支路，所述供肥插管顺次连接于第二流出支路，所述第一流出支路与第二流出支路一端共同连接到第二换路阀；且，所述第二流量计串接于所述第一换路阀与第二换路阀之间。
[0012]同时，本专利技术还提供了一种应用于水肥监测分析系统的水肥监测分析方法，包括如下步骤：
[0013]S1：第一CCD摄像机采集由反光板反射后经滤色板滤色的自然光，生成参考度量值；
[0014]S2：第一CCD摄像机采集由位于反光板附近的葡萄藤反射后经滤色板滤色的自然光，生成实测结果值；
[0015]S3：根据参考度量值对实测结果值中的红光、绿光和近红外光的反射度进行补偿校正；
[0016]S4：利用补偿校正后的红光及近红外光，通过下式计算葡萄藤的正规化指数：
[0017][0018]其中，ρ
NIR
表示近红外波长的反射率，ρ
red
表示红外波长的反射率；
[0019]S5：通过所述第二CCD摄像机获取葡萄藤作物影像，计算像素的超绿值，分析叶面情况；
[0020]S6：通过红外摄像机获取葡萄藤红外影像，结合第二CCD摄像机获取的葡萄藤作物影像，对葡萄长势进行判断；
[0021]S7：基于步骤S4
‑
S6的分析结果，结合多参数传感探测器测得的水分含量、肥料浓度、PH值，向土壤提供适当的水分及液肥。
[0022]优选的，上述步骤S5具体包括：
[0023]S51：对作物影像的RGB像素值进行标准化：
[0024][0025]S52：基于标准化的RGB值计算相对参数r，g，b：
[0026][0027]S53：通过下式计算超绿值：
[0028]eGi＝2g
‑
r
‑
b
[0029]S54：基于计算的超绿值将作物和背景进行分离，获取作物区域的掩膜层；
[0030]S55：计算叶面面积对应的像素数，除以掩膜层总面积对应的像素数，得到叶面积指数。
[0031]优选的，上述步骤S6具体包括：
[0032]S61：将由第二CCD摄像机采集的RGB图像与由红外摄像机采集的深度图像的参考点进行匹配映射，实现视角校正；
[0033]S62：对由红外摄像机采集的深度图像进行边缘检测，去除背景，并分离作物器官；
[0034]S63：将分离的作物器官与RGB图像对应部位进行比较识别，并赋予ID识别码；
[0035]S64：测量并存储标记有ID识别码的作物生长数据，借助生长诊断算法诊断并预测作物生长变化量。
[0036]优选的，上述步骤S7还包括如下步骤：
[0037]S71：根据气温、相对湿度、日照时间、风速等气象因素计算潜在蒸发量，以对供水量进行进一步调节。
[0038]优选的，在上述步骤S7之后，还包括如下步骤：
[0039]S8：根据多参数传感探测器测得的水分含量、肥料浓度、PH值，以及温度传感器测得的空气温度数据、湿度传感器测得的空气湿度数据、日照量传感器测得的日照量数据，通过机器学习对正规化指数进行预测；
[0040]S9：根据正规化指数预测值、超绿值以及葡萄长势的历史变化情况，预测期望长势及期望营养供给量。
[0041]与现有技术相比，本专利技术对土壤修复湿度调节系统及方法进行升级改造，其一，通过重新设计多参数传感探测器，使其一方面能够同时检测水分含量、肥料浓度以及PH值，另一方面能够提高测量精度；其二，通过反光板、滤色板的设置对所采集图像的色度、色域进行补偿、调节，并结合红外相机对采集图像进行联合处理；其三，通过正规化指数、超绿值、特征提取以及土壤多维参数等数据全方位预测葡萄长势；其四，根据正规化指数预测值、超绿值以及葡萄长势的历史变化情况，预测期望营养供给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大棚葡萄的水肥监测分析系统，包括云服务器、无线通讯模块、处理器、第一CCD摄像机、滤色板以及反光板，所述滤色板能够滤除蓝光，并允许红光、绿光及近红外光透过；其特征在于，在第一时刻，由所述反光板反射的自然光经滤色板进入第一CCD摄像机，在第二时刻，由位于所述反光板附近的葡萄藤反射的自然光经滤色板进入第一CCD摄像机。2.根据权利要求1所述的水肥监测分析系统，其特征在于，水肥监测分析系统还包括能够同时检测水分含量、肥料浓度以及PH值的多参数传感探测器，所述多参数传感探测器埋设于土壤中，由在第一方向上依次堆叠的第一传感检测单元、第二传感检测单元、第三传感检测单元构成，所述第一传感检测单元、第二传感检测单元、第三传感检测单元在第二方向上长度依次增大，且一端对齐。3.根据权利要求2所述的水肥监测分析系统，其特征在于，所述第一传感检测单元上设置有具有第一孔径的第一开孔，第二传感检测单元上设置有具有第二孔径的第二开孔，第三传感检测单元上设置有具有第三孔径的第三开孔，所述第一孔径小于所述第二孔径，所述第二孔径小于所述第三孔径。4.根据权利要求3所述的水肥监测分析系统，其特征在于，水肥监测分析系统还包括第二CCD摄像机以及红外摄像机。5.根据权利要求4所述的水肥监测分析系统，其特征在于，水肥监测分析系统还包括渗灌系统，所述渗灌系统具体包括储水罐、液肥罐、第一泵、第二泵、第一流量计、第二流量计、第一换路阀、第二换路阀、供水插管以及供肥插管；所述储水罐、第一泵、第一流量计依次串接，构成第一供给支路，所述液肥罐、第二泵依次串接，构成第二供给支路，所述第一供给支路与第二供给支路一端共同连接到第一换路阀；所述供水插管顺次连接于第一流出支路，所述供肥插管顺次连接于第二流出支路，所述第一流出支路与第二流出支路一端共同连接到第二换路阀；且，所述第二流量计串接于所述第一换路阀与第二换路阀之间。6.一种应用于如权利要求1
‑
5任意一项所述的水肥监测分析系统的水肥监测分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：第一CCD摄像机采集由反光板反射后经滤色板滤色的自然光，生成参考度量值；S2：第一CCD摄像机采集由位于反光板附近的葡萄藤反射后经滤色板滤色的自然光，生成实测结果值；S3：根据参考度量值对实测结果值中的红光、绿光和近红外光的反射度...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺亮亮，刘三军，贾凤荣，李永洲，章鹏，宋银花，高艳华，李明雷，曹阳，彭帅帅，
申请(专利权)人：中国农业科学院郑州果树研究所，
类型：发明
国别省市：