一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于土壤检测的巡检系统，包括巡检单元、检测单元、采集单元、CPS边缘模块、CPS智能云平台以及管理平台；巡检方法包括在管理平台配置巡检任务、在任务菜单中创建巡检任务，并将巡检任务下发至搭配有检测单元和采集单元的巡检单元，巡检单元根据任务导航至监测点位后，对对监测点位土壤的检测指标项进行检测，并将检测采集结果上传至CPS智能云平台和管理平台，对结果进行统计分析，形成报告。本发明专利技术能够替代人工巡检提高土壤监测效率的同时，能够精确规划更为合理的监测路径及监测点位，根据应用需求，获取更多的土壤数据及实时的气象数据，提高应用者对农林业现场的环境变化掌控率，实现土壤数据采集的信息化和规模化。模化。模化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法


[0001]本专利技术涉及土壤巡检
，尤其涉及一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法。

技术介绍

[0002]农作物的生长受气象条件、土壤特性、栽培技术措施、病虫草害等多种因素的影响。为了培育出高产的农作物，筛选出优良的种子，需要对其生长环境进行全生命周期的监测。利用土壤大数据分析，还可以分析出最适合农作物生长的成长环境，进而可以使农作物更高产，以及培育出优良的品种。目前农作物生长环境和自身状态信息采集的机械化、智能化水平较低，需求精确的土壤参数，就需要更多的设备数量，配置成本过高。
[0003]为此，我们设计出了一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法来解决以上问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的土壤检测机械化智能化水平低，检测成本高的缺点，而提出的一种用于土壤检测的巡检系统及巡检方法，其目的是优化农作物土壤检测技术，助力农业增产增收的同时降低农业生产成本。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种用于土壤检测的巡检系统，包括：巡检单元，为户外移动机器人，内设的工控主机提供多种远程通讯的IO接口，利用IO接口与现场检测采集设备实现远程传输控制连接；检测单元，用于对所述巡检单元所处位置的土壤检测指标项进行检测，巡检单元为检测单元提供电源以及数据接口；采集单元，用于采集所述巡检单元所处位置周边的土壤作物图像，并上传到CPS边缘模块及CPS智能云平台；CPS边缘模块，集成任务调度系统、IO管理、设备运行日志和数据管理，通过IO接口接入工控主机，根据任务规划调度巡检单元执行巡检任务，与CPS智能云平台数据互联互通，并对管理平台的远程指令提供相应对接；CPS智能云平台，支持微服务架构、高并发、支持提供设备连接的标准协议、支持云和本地部署以及应用层协议的传输加密；管理平台，通过超文本传输协议与CPS智能云平台连接，支持检测任务的运行与监控，包括所述巡检单元的位置实时显示和设备状态查看，检测单元和采集单元实时采集数据，支持检测结果的统计分析与报告，支持分角色、分权限管理检测任务与数据。
[0006]进一步的，所述巡检单元包括行走底盘、设备舱、工控主机、避障模块和定位模块，所述行走底盘的两侧设置有履带，与所述履带转动连接的主动轮和从动轮均安装在行走底盘上，且所述主动轮与驱动电机的输出端连接，所述驱动电机与动力电池电性连接，所述设备舱安装在两侧履带之间的行走底盘上，在设备舱内设置所述工控主机、定位模块、动力电
池以及驱动电机，用于探测障碍物的所述避障模块均匀间隔的设置安装在行走底盘的前端和后端的表面，避障模块为探测雷达中的毫米波雷达和激光雷达的任意一种或两种组合，定位模块在获取GPS 的输出信息基础上，对巡检单元进行定位，同时根据经纬度信息，利用导航算法实现巡检单元的全局导航，在行驶的过程中，利用避障模块对障碍物进行检测识别，根据获取的信息，做出判断使巡检单元避开障碍物。
[0007]进一步的，所述检测单元包括六轴机械臂、土壤检测模块和气象监测模块，所述六轴机械臂安装在所述巡检单元一侧的上端面，所述气象监测模块安装在巡检单元另一侧的上端面，安装在六轴机械臂端部的所述土壤检测模块包括土壤湿度探针、土壤PH计探针、电导率探针以及温度探针，且土壤检测模块的轴线所在的平面与六轴机械臂端部的端面之间平行分布，根据检测需要，通过六轴机械臂的转动调节土壤检测模块上的探针的倾斜角度以及水平高度，将探针插入待检测土壤中，所述气象监测模块包括风速风向监测器、空气温湿度监测器、大气压监测器和光照强度监测器，所述光照强度监测器为内置光敏元件的圆盘状光线接收器，通过立柱以架空的方式安装于气象监测模块的顶部，在所述光照强度监测器的下部，沿气象监测模块基座的圆周均匀安装所述风速风向监测器、空气温湿度监测器和大气压监测器，且安装后的空气温湿度监测器和大气压监测器的高度低于风速风向监测器的高度。
[0008]进一步的，所述采集单元为带有云台控制功能的球机，通过云台基座安装在所述巡检单元顶端面，并通过控制信号RS485连接至所述工控主机，并由工控主机统一进行管理控制，所述球机上的摄像头支持水平方向上360
°
和垂直方向上180
°
旋转，对采集单元周边环境进行拍摄，支持2400万高分辨率定时抓图，并将抓图实时传输至所述CPS智能云平台及管理平台。
[0009]进一步的，所述CPS边缘模块与所述工控主机之间采用话题通讯机制进行信息传输，通过IO接口通信方式进行连接，对所述巡检单元、检测单元及采集单元的任务进行调度，并详细记录巡检单元、检测单元及采集单元的运行日志，将检测单元及采集单元的检测采集数据上传至所述CPS智能云平台。
[0010]进一步的，所述CPS智能云平台为使用开源技术构建的可水平扩展平台，CPS智能云平台的无单点故障集群中的每个服务器节点都是相同的，单个服务器节点根据用例同时处理多个设备，所述应用层协议包括MQTT和HTTP协议的传输加密。
[0011]一种用于土壤检测的巡检系统的巡检方法，所述巡检方法包括以下内容：S1步骤，任务配置，在管理平台中，通过任务配置菜单，进行土壤巡检相关的任务配置，在任务配置界面中，为巡检单元的移动在地图上依次标注一系列的监测点位，制定巡检全局路径规划，点击任意一个监测点位，进行配置或修改监测点位的检测指标项，巡检单元根据监测点位顺序和检测指标项执行巡检任务，任务配置编辑完成后保存到任务列表菜单中；S2步骤，创建任务，在任务列表菜单中，选择任务配置，根据任务配置选择装配有检测单元和采集单元的巡检单元，完成创建巡检任务；S3步骤，任务执行，当任务开始之后，CPS智能云平台将通过CPS边缘模块获取当前巡检单元的各项状态，若巡检单元处于就绪状态，则表示任务能够正常执行，随后CPS智能云平台将获取此次任务配置的监测点位顺序和检测指标项，通过定位模块获取当前巡检单
元的定位，进行当前位置和下一个监测点位的导航计算，控制巡检单元从当前位置移动到相应的监测点位，等待巡检单元到达指定监测点位后，CPS边缘模块采用话题通讯机制通过利用工控主机控制检测单元中六轴机械臂上的土壤检测模块的探针进行下探动作，对监测点位土壤的检测指标项进行检测，完成检测后六轴机械臂上移收回探针，标志着此监测点位的检测任务完成；S4步骤，数据上传，根据S3步骤，巡检单元逐项完成各个监测点位土壤的检测指标项，待所有监测点位的巡检任务结束之后，巡检单元将自动导航回到初始位置，标志着此次巡检任务结束，同时将本次巡检任务所有监测点位的检测结果上传至CPS智能云平台及管理平台，管理平台对检测结果进行数据统计、分析形成巡检报告，并对检测结果及巡检报告的读取设置相应的角色及权限。
[0012]进一步的，在所述S3步骤中，首先对巡检单元进行位置信息初始化处理，初始化成功后，通过串口通信方式启动巡检单元，巡检单元根据巡检全局路径规划，获取初始位置的GPS经纬度信息；然后输入目标位置的GPS经纬度信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，包括：巡检单元，为户外移动机器人，内设的工控主机提供多种远程通讯的IO接口，利用IO接口与现场检测采集设备实现远程传输控制连接；检测单元，用于对所述巡检单元所处位置的土壤检测指标项进行检测，巡检单元为检测单元提供电源以及数据接口；采集单元，用于采集所述巡检单元所处位置周边的土壤作物图像，并上传到CPS边缘模块及CPS智能云平台；CPS边缘模块，集成任务调度系统、IO管理、设备运行日志和数据管理，通过IO接口接入工控主机，根据任务规划调度所述巡检单元执行巡检任务，与所述CPS智能云平台数据互联互通，并对管理平台的远程指令提供相应对接；CPS智能云平台，支持微服务架构、高并发、支持提供设备连接的标准协议、支持云和本地部署以及应用层协议的传输加密；管理平台，通过超文本传输协议与CPS智能云平台连接，支持检测任务的运行与监控，包括所述巡检单元的位置实时显示和设备状态查看，检测单元和采集单元实时采集数据，支持检测结果的统计分析与报告，支持分角色、分权限管理检测任务与数据。2.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述巡检单元包括行走底盘、设备舱、工控主机、避障模块和定位模块，所述行走底盘的两侧设置有履带，与所述履带转动连接的主动轮和从动轮均安装在行走底盘上，且所述主动轮与驱动电机的输出端连接，所述驱动电机与动力电池电性连接，所述设备舱安装在两侧履带之间的行走底盘上，在设备舱内设置所述工控主机、定位模块、动力电池以及驱动电机，用于探测障碍物的所述避障模块均匀间隔的设置安装在行走底盘的前端和后端的表面，避障模块为探测雷达中的毫米波雷达和激光雷达的任意一种或两种组合，定位模块在获取GPS 的输出信息基础上，对巡检单元进行定位，同时根据经纬度信息，利用导航算法实现巡检单元的全局导航，在行驶的过程中，利用避障模块对障碍物进行检测识别，根据获取的信息，做出判断使巡检单元避开障碍物。3.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述检测单元包括六轴机械臂、土壤检测模块和气象监测模块，所述六轴机械臂安装在所述巡检单元一侧的上端面，所述气象监测模块安装在巡检单元另一侧的上端面，安装在六轴机械臂端部的所述土壤检测模块包括土壤湿度探针、土壤PH计探针、电导率探针以及温度探针，且土壤检测模块的轴线所在的平面与六轴机械臂端部的端面之间平行分布，根据检测需要，通过六轴机械臂的转动调节土壤检测模块上的探针的倾斜角度以及水平高度，将探针插入待检测土壤中，所述气象监测模块包括风速风向监测器、空气温湿度监测器、大气压监测器和光照强度监测器，所述光照强度监测器为内置光敏元件的圆盘状光线接收器，通过立柱以架空的方式安装于气象监测模块的顶部，在所述光照强度监测器的下部，沿气象监测模块基座的圆周均匀安装所述风速风向监测器、空气温湿度监测器和大气压监测器，且安装后的空气温湿度监测器和大气压监测器的高度低于风速风向监测器的高度。4.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述采集单元为带有云台控制功能的球机，通过云台基座安装在所述巡检单元顶端面，并通过控制信号RS485连接至所述工控主机，并由工控主机统一进行管理控制，所述球机上的摄像头支持水
平方向上360
°
和垂直方向上180
°
旋转，对采集单元周边环境进行拍摄，支持2400万高分辨率定时抓图，并将抓图实时传输至所述CPS智能云平台及管理平台。5.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述CPS边缘模块与所述工控主机之间采用话题通讯机制进行信息传输，通过IO接口通信方式进行连接，对所述巡检单元、检测单元及采集单元的任务进行调度，并详细记录巡检单元、检测单元及采集单元的运行日志，将检测单元及采集单元的检测采集数据上传至所述CPS智能云平台。6.根据权利要求1所述的一种用于土壤检测的巡检系统，其特征在于，所述CPS智能云平台为使用开源技术构建的可水平扩展平台，CPS智能云平台的无单点故障集群中的每个服务器节点都是相同的，单个服务器节点根据用例同时处理多个设...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛杨，曹炜，陈奕迅，宋鑫，
申请(专利权)人：江苏信望岛信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：