水稻病虫害多方位监测车及监测方法技术

本发明专利技术提供一种水稻病虫害多方位监测车，包括主体框架以及采集机构；主体框架包括框架、电控机构以及移动机构，采集机构以及电控机构设置于框架内部，移动机构设置于框架下方，用于带动框架移动；电控机构设置于移动机构上方，用于控制以及为移动机构提供动力；采集机构包括移动模块、控制模块以及采样模块，移动模块用于带动采样模块进行空间移动，采样模块用于对病虫害光谱信息进行采集，控制模块用于控制移动模块以及采样模块的运作，采集水稻不同部位病虫害，活动范围可调、采集区域大、安全性高，适用于长时间作业，实现各区域水稻冠层和茎秆等多方位病虫害的实时监测。冠层和茎秆等多方位病虫害的实时监测。冠层和茎秆等多方位病虫害的实时监测。

【技术实现步骤摘要】
水稻病虫害多方位监测车及监测方法


[0001]本专利技术涉及农业
，具体涉及农业病虫害监测
，提供水稻病虫害多方位监测车及监测方法。

技术介绍

[0002][0003][0004]病虫害精准防控是根据农作物病虫害的实际发生情况进行变量喷施和作业管理，是减少农作物因病虫害造成的损失，提高农产品品质和产量，减少农药的浪费，保障农产品安全，保护生态环境，增加农民收入的有效措施。目前，国内外主要通过采集水稻冠层和叶片的光谱信息监测水稻病虫害，由于水稻茎秆较为隐蔽，数据较难采集，因此，基于水稻茎秆光谱监测病虫害的研究较少。
[0005]由于稻飞虱主要栖息在水稻植株底下部，褐飞虱发生时，首先以刺吸水稻茎秆汁液从而危害水稻茎秆，水稻茎秆光谱特征的变化早于水稻冠层光谱特征的变化。因此，水稻茎秆光谱特征信息的获取，对于做好稻飞虱发生的早期监测工作,及时组织适时适量施药,减小稻飞虱对水稻的危害，并保障我国粮食安全具有重要意义。

技术实现思路

[0006]为了解决病虫害多方位自动监测的问题，本专利技术提供水稻病虫害多方位监测车、监测方法、设备及介质，其中水稻病虫害多方位监测车包括：主体框架以及采集机构；
[0007]主体框架包括框架、电控机构以及移动机构，采集机构以及电控机构设置于框架内部，
[0008]移动机构设置于框架下方，用于带动框架移动；
[0009]电控机构设置于移动机构上方，用于控制以及为移动机构提供动力；
[0010]采集机构包括移动模块、控制模块以及采样模块，移动模块用于带动采样模块进行空间移动，采样模块用于对病虫害光谱信息进行采集，控制模块用于控制移动模块以及采样模块的运作。
[0011]控制模块可以包括PLC控制电路，可以存储、接收、发送指令，通过预编程指令，实现对指令的远程传输，进而可以通过PLC控制电路控制移动模块、驱动模块以及采样模块的运作。
[0012]主体框架为其他模块和机构提供安装的位置和框架，承载其他模块和机构，并有利于对水稻病虫多方位监测车进行组装和改造，提供较大的可扩展性。
[0013]移动机构可以使采集机构在空间上进行移动，通过PLC控制模块控制采集机构达到病虫害发生位置，有利于病虫害信息的灵活采集。
[0014]采样模块可以包括一个或多个采集不同信息的子模块，可以由光谱传感器、光学摄像机等组成，可以对病虫害信息进行多方位、多方面的采集，进而有利于后续对病虫害信
息的分析、处理，可以根据不同采集信息精度要求，调整采样模块的空间位置，例如采集单株水稻虫害信息或小区域范围水稻虫害信息，也可以达到同时采集水稻冠层虫害信息和茎秆虫害信息的目的。
[0015]进一步，移动模块包括横向移动模块、纵向移动模块以及升降模块；
[0016]横向移动模块和纵向移动模块由导轨、导轮和电机构成，电机连接导轮，导轮内嵌于导轨中，电机旋转带动导轮旋转进而带动采样模块沿对应导轨进行横向和纵向移动；
[0017]升降模块由电动推杆及其连接件构成，一端与横向移动模块连接，一端与采样模块连接，电动推杆伸缩带动采样模块在竖直方向上移动。
[0018]横向移动模块和纵向移动模块均放置于车架上，并且均分别由导轨、导轮和电机构成；电机连接导轮，导轮内嵌于导轨中，电机旋转带动导轮旋转，导轮的旋转运动在导轨中转化为直线运动，相应模块的电机便可以带动相应模块沿相应的导轨进行直线运动。
[0019]升降模块设置于横向移动模块内部，由电动推杆及其连接零件构成，控制电动推杆的伸缩便可以控制搭载于电动推杆上的采样模块在竖直方向上下降或上升。
[0020]纵向移动模块可以由两根与小车长度相同的直线滑动导轨组成，横向移动模块可以镶嵌在纵向移动模块的滑杆内部，纵向移动模块的升降机构置于横向移动模块的中间位置，可通过PLC控制电路控制电源从而远程控制纵向移动机构、横向移动机构和升降机构分别沿着X、Y、Z方向到达具体病虫害发生位置。
[0021]进一步，采样模块包括茎秆和冠层光谱传感器，用于采集茎秆和冠层的病虫害光谱信息。
[0022]移动机构可以包括驱动电机、主动轮以及从动轮；驱动电机可以设置于主动轮和/或从动轮上方，驱动主动轮和/或从动轮运行。
[0023]另一方面，本专利技术还提供一种水稻病虫害多方位监测方法，用于所述的水稻病虫害多方位监测车，包括：
[0024]通过采样模块获取病虫害光谱信息；
[0025]对病虫害光谱信息进行特征提取；
[0026]利用提取的病虫害特征基于深度学习建立病虫害检测模型；
[0027]训练、验证并优化病虫害检测模型；
[0028]利用病虫害检测模型进行水稻病虫害的自动监测。
[0029]进一步，病虫害光谱信息包括冠层光谱信息和茎秆光谱信息；
[0030]对病虫害光谱信息进行特征提取后将冠层光谱和茎秆光谱的特征进行融合；
[0031]基于随机森林网络模型建立病虫害检测模型；
[0032]根据分类识别后的融合特征向量进行水稻病虫害检测。
[0033]进一步，在对病虫害光谱信息进行特征提取前还进行数据平滑预处理，具体包括：
[0034][0035]其中，h
i
为平滑系数，H为归一化因子，每一个病虫害光谱信息的测量值X乘以系数h
i
。
[0036]进一步，在对病虫害光谱信息进行特征提取前还进行数据一阶求导预处理，具体包括：
[0037][0038]其中，X(i)(i＝1,2,3....,n)表示病虫害光谱信息中离散的光谱序列，对波长λ(i)求导，d1(i)为光谱波长点i的一阶导数值。
[0039]8.根据权利要求5所述的水稻病虫害多方位监测方法，其特征在于，在对病虫害光谱
[0040]信息进行特征提取前还进行数据标准正态变量变换预处理，具体包括：
[0041][0042]其中m为波长点数，k＝1,2，....，m,X
SNV
为变换后的病虫害光谱信息。
[0043]进一步，对病虫害光谱信息进行特征提取后将冠层光谱和茎秆光谱的特征进行融合包括：
[0044]将病虫害光谱信息以特征为列，排成n行m列的矩阵；
[0045]将矩阵的每一个行向量都减去该行的平均值，得到一个新的矩阵并求解得到其协方差矩阵；
[0046]求解协方差矩阵的单位特征向量e和特征值；
[0047]根据求解出的特征值大小，将单位特征向量排列成矩阵，得到一个转换矩阵P，并计算出主成分矩阵；
[0048]通过特征值计算出方差贡献率和方差累计贡献率，选择方差累计贡献率超过85％的前k个主成分，或者直接将到K维。
[0049]通过对病虫害光谱信息进行预处理，有利于特征的提取，进而有利于后续模型的搭建、训练和验证。
[0050]进一步，基于随机森林网络模型建立病虫害检测模型包括：
[0051]步骤一：利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水稻病虫害多方位监测车，其特征在于，包括：主体框架以及采集机构；主体框架包括框架、电控机构以及移动机构，采集机构以及电控机构设置于框架内部，移动机构设置于框架下方，用于带动框架移动；电控机构设置于移动机构上方，用于控制以及为移动机构提供动力；采集机构包括移动模块、控制模块以及采样模块，移动模块用于带动采样模块进行空间移动，采样模块用于对病虫害光谱信息进行采集，控制模块用于控制移动模块以及采样模块的运作。2.根据权利要求1所述的水稻病虫害多方位监测车，其特征在于，移动模块包括横向移动模块、纵向移动模块以及升降模块；横向移动模块和纵向移动模块由导轨、导轮和电机构成，电机连接导轮，导轮内嵌于导轨中，电机旋转带动导轮旋转进而带动采样模块沿对应导轨进行横向和纵向移动；升降模块由电动推杆及其连接件构成，一端与横向移动模块连接，一端与采样模块连接，电动推杆伸缩带动采样模块在竖直方向上移动。3.根据权利要求1所述的水稻病虫害多方位监测车，其特征在于，采样模块包括茎秆和冠层光谱传感器，用于采集茎秆和冠层的病虫害光谱信息。4.一种水稻病虫害多方位监测方法，用于权利要求1
‑
3任一项所述的水稻病虫害多方位监测车，其特征在于，包括：通过采样模块获取病虫害光谱信息；对病虫害光谱信息进行特征提取；利用提取的病虫害特征基于深度学习建立病虫害检测模型；训练、验证并优化病虫害检测模型；利用病虫害检测模型进行水稻病虫害的自动监测。5.根据权利要求4所述的水稻病虫害多方位监测方法，其特征在于，病虫害光谱信息包括冠层光谱信息和茎秆光谱信息；对病虫害光谱信息进行特征提取后将冠层光谱和茎秆光谱的特征进行融合；基于随机森林网络模型建立病虫害检测模型；根据分类识别后的融合特征向量进行水稻病虫害检测。6.根据权利要求5所述的水稻病虫害多方位监测方法，其特征在于，在对病虫害光谱信息进行特征提取前还进行数据平滑预处理，具体包括：其中，h
i
为平滑系数，H为归一化因子，每一...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖娟，陶婉琰，臧英，汪沛，周志艳，何欣颖，梁业雄，罗锡文，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：