一种温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法专利检索-共中心点道集自然灾害的预防与保护专利检索查询-专利查询网

一种 温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法

阅读：1021发布：2020-08-19

专利汇可以提供一种温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种温室作物生长信息实时对等监测装置，通过电控悬挂轨道携带所需传感器和/或测试仪器，能够在所有待测作物的同一相对位置对其进行对等监测和/或测试，保证了监测和/或测试结果的一致性；本发明还涉及基于温室作物生长信息实时对等监测装置的监测方法，能够实现电控装置的精确控制，自动完成整个测试过程，测试速度快，可实现实时、连续监测，并具有高通量、高回访率的特点，有效提高作物监测效率。综上，本发明一方面，可以科学指导设施环境调控、栽培管理和合理施肥，提高农产品品质和产量，降低环境风险；另一方面，为设施作物的育种或表型研究提供一种强有力的工具，有助于通过研究充分挖掘作物的生产潜力。，下面是一种温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：包括两根固定悬挂轨道（1）、三个位移传感器（3）、一根移动悬挂轨道（4）、电机驱动器（7）、电机控制板（8）、微控电脑（17）和作物监测装置；其中，两根固定悬挂轨道（1）位于同一水平面上、彼此相互平行的设置于温室作物的上方，两根固定悬挂轨道（1）中心点连线与固定悬挂轨道（1）相垂直，且两根固定悬挂轨道（1）之间在竖直方向上的投影区域覆盖整个温室作物区域；移动悬挂轨道（4）通过两个电控滑块（5）活动连接于两根固定悬挂轨道（1）下方，移动悬挂轨道（4）在其与固定悬挂轨道（1）之间两个电控滑块（5）的同步工作下水平移动，且移动悬挂轨道（4）移动路径所构成的面水平；各个位移传感器（3）分别设置于两根固定悬挂轨道（1）、一根移动悬挂轨道（4）上滑轨的其中一端，且位移传感器（3）的检测端指向滑轨内；作物监测装置包括环境光照强度传感器（11）、反射光照强度传感器（12）、近红外相机（15）和至少一个下探式装置，各个下探式装置分别包括电控滑块（5）、电控伸缩杆（9）、位移传感器（3）、电控云台（10）和图像采集装置；其中，各个下探式装置中，电控滑块（5）与电控伸缩杆（9）的顶端相连接，电控伸缩杆（9）的底端侧面连接位移传感器（3），且该位移传感器（3）的检测端竖直向下，电控伸缩杆（9）的底端与电控云台（10）相连接，电控云台（10）的活动端上设置图像采集装置；近红外相机（15）设置于其中一个下探式装置中电控伸缩杆（9）的底端侧面；各个下探式装置分别通过其中的电控滑块（5）活动连接于移动悬挂轨道（4）下方，光照强度传感器（11）和反射光照强度传感器（12）共同设置在任意一个下探式装置中电控伸缩杆（9）的底端，且光照强度传感器（11）的检测端向上，反射光照强度传感器（12）的检测端向下；电机控制板（8）分别与微控电脑（17）、电机驱动器（7）相连接；各个电控滑块（5）、各个电控伸缩杆（9）和各个电控云台（10）分别与电机驱动器（7）相连接；各个位移传感器（3）、以及环境光照强度传感器（11）、反射光照强度传感器（12）分别与电机控制板（8）相连接，各个图像采集装置分别与微控电脑（17）相连接；外部电源分别与各个电子器件相连接进行供电。
2.根据权利要求1所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：所述固定悬挂轨道（1）、移动悬挂轨道（4）上的滑轨均位于所在本体的下表面，所述移动悬挂轨道（4）通过两个电控滑块（5）活动连接于两根固定悬挂轨道（1）下方，其中，该两个电控滑块（5）分别活动设置于两根固定悬挂轨道（1）下表面的滑轨中，并且该两个电控滑块（5）分别与移动悬挂轨道（4）的上表面相连接；所述各个下探式装置分别通过其中的电控滑块（5）活动连接于移动悬挂轨道（4）下方，其中，各个下探式装置中的电控滑块（5）分别活动设置于移动悬挂轨道（4）下表面的滑轨中，各个下探式装置中电控伸缩杆（9）的顶端与对应电控滑块（5）相连接。
3.根据权利要求1所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：所述两根固定悬挂轨道（1）分别通过固定轨道安装连接件（2）设置于温室作物的上方。
4.根据权利要求1所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：还包括电源转换模块（6），所述外部电源经过电源转换模块（6）后，分别与各个电子器件相连接进行供电。
5.根据权利要求1所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：所述图像采集装置包括工业相机（13）、多光谱成像仪（14）、高光谱相机、热红外相机、激光扫描雷达、荧光成像仪等设备，以及非成像类测试仪器，各个图像采集装置分别与对应电控云台（10）的活动端相连接设置。
6.根据权利要求1所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：还包括集线器（18），所述各个图像采集装置分别与集线器（18）相连接后，集线器（18）与所述微控电脑（17）相连接。
7.根据权利要求1所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：还包括远程计算机（19），所述微控电脑（17）与远程计算机（19）之间通过无线通信方式进行信号交互。
8.根据权利要求7所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：还包括与远程计算机（19）相连接的高速磁盘阵列（20）。
9.根据权利要求1所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置，其特征在于：所述电机控制板（8）包括集成设置在电机控制电路板上的滤波电路、数字信号处理器、PWM控制芯片和遥控接收器，其中，所述各个位移传感器（3）、以及环境光照强度传感器（11）、反射光照强度传感器（12）分别与滤波电路的输入端相连接，数字信号处理器的输入端分别与滤波电路的输出端、遥控接收器的输出端相连接，数字信号处理器的输出端与PWM控制芯片的输入端相连接，PWM控制芯片的输出端与电机驱动器（7）的输入端相连接，所述微控电脑（17）与遥控接收器的输入端相连接。
10.一种基于权利要求1至9中任意一项所述温室作物生长信息实时对等监测装置的监测方法，其特征在于：温室作物区域中各株待测作物冠部水平面与作物种植区边界垂直相交的位置设置采用H级别冗余的二维码（16），所述监测方法包括如下步骤：
步骤001. 所述微控电脑（17）控制作物监测装置移动工作，接收一帧近红外相机（15）垂直俯视拍摄的近红外图像，并利用中值滤波进行降噪处理，再进行重采样，获得重采样图片；
步骤002. 微控电脑（17）查找判断重采样图像是否包含二维码（16），是则进入步骤
003，否则返回步骤001；
步骤003. 采用阈值法针对该包含二维码（16）的重采样图像进行分割，提取待测作物冠部图像，并针对待测作物冠部图像进行二值化处理，获得待测作物冠部二值化图像，然后进入步骤004；
步骤004. 针对待测作物冠部二值化图像进行形态学闭运算，删除图像中面积最小的
10%的连通区域，更新待测作物冠部二值化图像，然后进入步骤005；
步骤005. 利用预设经过训练的神经网络识别待测作物冠部二值化图像中的单株作物，计算待测作物冠部二值化图像中单株作物区域的重心，并计算各作物重心与所识别二维码（16）的距离，选取距离最短的重心，然后进入步骤006；
步骤006. 以待测作物冠部二值化图像的中心点为起点，所选重心为终点绘制向量，然后进入步骤007；
步骤007. 将所绘制向量分解为两个垂直方向的向量，并将分解后向量的长度反馈为电控滑块移动速度，分解后向量的角度反馈为滑块移动方向，然后进入步骤008；
步骤008. 判断作物监测装置是否位于待测作物的正上方，是则进入步骤009；否则返回步骤001；
步骤009. 当作物监测装置移动至待测作物的正上方后，计算待测作物图形面积，并以其重心为圆心画圆，使圆形区域与待测作物图形相交的面积占待测作物图形面积的80%，计算所绘圆形占整幅图像的百分比，以此数值反馈调整电控伸缩杆的长度，使所绘圆形区域占整幅图像面积为30%，此时，所述各个位移传感器得到的轨道位置信息即为待测作物的空间坐标，然后进入步骤010；
步骤010. 微控电脑（17）控制作物监测装置针对待测作物实现监测。

说明书全文

一种温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法，属于温室作物自动监测技术领域。

背景技术

[0002] 温室作物生长信息是指包括作物的表型特征、主要营养元素水平、水分和环境因子的综合信息。

[0003] 我国温室作物栽培总面积居世界第一位，其中代表设施园艺现代化水平的大型日光温室面积也在迅速增加。温室栽培作物大多为蔬菜或经济类作物，传统的栽培方式投入大量肥料和农药，一方面，大量的肥料和农药对环境保护和食品安全带来了巨大挑战，另一方面，肥料逐年累积，易造成土壤板结和土壤退化，严重影响农业的可持续发展。因此，亟需一种温室作物生长信息实时对等监测装置和方法，对温室内作物进行连续、准确、自动化的监测，最大限度的降低温室作物栽培中肥料和农药的投入，并充分挖掘作物的生产潜力。

[0004] 目前，作物生长信息监测方面已有一些相关研究，作物的营养状况可以通过长势、叶色和特定波段的光谱反射特征反映出来。基于这一原理，申请号为201210260259.0的发明专利申请，公开了一种利用作物可见光图像识别温室作物水肥胁迫状态的方法。申请号为201210010896.2的发明专利申请，公开了一种作物长势的监测方法，通过在温室内多处安装传感器，并对获取的原始信息进行处理得到温室内作物的长势状况，但这种监测方法中传感器位置固定，对温室内不同位置的植株进行测试时，会因视角和测试距离的差异引入额外的误差。申请号为201110363764.3的发明专利申请，公开了一种设施作物生长信息无损检测装置和方法，通过多传感器信息的融合，对作物营养、水分和长势等信息进行快速获取，但该装置仍需要专业人员来操作，测试速度较慢，不能自动监测温室内所有作物。申请号为201610006752.8的发明专利申请公开了一种农作物表型田间高通量主动测量装置与方法，该装置将传感器装在暗箱顶部，并利用桁架输送暗箱罩住被测植物，然后对作物进行测试，该装置虽然通过桁架实现了自动运行，但桁架系统过于庞大，无法应用于温室。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种采用全新智能结构架构，能够针对温室作物实现自动连续监测，提高农产品品质和产量，降低环境风险，有助于通过研究，充分挖掘作物生产潜力的温室作物生长信息实时对等监测装置。

[0006] 本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种温室作物生长信息实时对等监测装置，包括两根固定悬挂轨道、三个位移传感器、一根移动悬挂轨道、电机驱动器、电机控制板、微控电脑和作物监测装置；其中，两根固定悬挂轨道位于同一水平面上、彼此相互平行的设置于温室作物的上方，两根固定悬挂轨道中心点连线与固定悬挂轨道相垂直，且两根固定悬挂轨道之间在竖直方向上的投影区域覆盖整个温室作物区域；移动悬挂轨道通过两个电控滑块活动连接于两根固定悬挂轨道下方，移动悬挂轨道在其与固定悬挂轨道之间两个电控滑块的同步工作下水平移动，且移动悬挂轨道移动路径所构成的面水平；各个位移传感器分别设置于两根固定悬挂轨道、一根移动悬挂轨道上滑轨的其中一端，且位移传感器的检测端指向滑轨内；作物监测装置包括环境光照强度传感器、反射光照强度传感器、近红外相机和至少一个下探式装置，各个下探式装置分别包括电控滑块、电控伸缩杆、位移传感器、电控云台和图像采集装置；其中，各个下探式装置中，电控滑块与电控伸缩杆的顶端相连接，电控伸缩杆的底端侧面连接位移传感器，且该位移传感器的检测端竖直向下，电控伸缩杆的底端与电控云台相连接，电控云台的活动端上设置图像采集装置；近红外相机设置于其中一个下探式装置中电控伸缩杆的底端侧面；各个下探式装置分别通过其中的电控滑块活动连接于移动悬挂轨道下方，光照强度传感器和反射光照强度传感器共同设置在任意一个下探式装置中电控伸缩杆的底端，且光照强度传感器的检测端向上，反射光照强度传感器的检测端向下；电机控制板分别与微控电脑、电机驱动器相连接；各个电控滑块、各个电控伸缩杆和各个电控云台分别与电机驱动器相连接；各个位移传感器、以及环境光照强度传感器、反射光照强度传感器分别与电机控制板相连接，各个图像采集装置分别与微控电脑相连接；外部电源分别与各个电子器件相连接进行供电。

[0007] 作为本发明的一种优选技术方案：所述固定悬挂轨道、移动悬挂轨道上的滑轨均位于所在本体的下表面，所述移动悬挂轨道通过两个电控滑块活动连接于两根固定悬挂轨道下方，其中，该两个电控滑块分别活动设置于两根固定悬挂轨道下表面的滑轨中，并且该两个电控滑块分别与移动悬挂轨道的上表面相连接；所述各个下探式装置分别通过其中的电控滑块活动连接于移动悬挂轨道下方，其中，各个下探式装置中的电控滑块分别活动设置于移动悬挂轨道下表面的滑轨中，各个下探式装置中电控伸缩杆的顶端与对应电控滑块相连接。

[0008] 作为本发明的一种优选技术方案：所述两根固定悬挂轨道分别通过固定轨道安装连接件设置于温室作物的上方。

[0009] 作为本发明的一种优选技术方案：还包括电源转换模块，所述外部电源经过电源转换模块后，分别与各个电子器件相连接进行供电。

[0010] 作为本发明的一种优选技术方案：所述图像采集装置包括工业相机、多光谱成像仪、高光谱相机、热红外相机、激光扫描雷达、荧光成像仪等设备，以及非成像类测试仪器，各个图像采集装置分别与对应电控云台的活动端相连接设置。

[0011] 作为本发明的一种优选技术方案：还包括集线器，所述各个图像采集装置分别与集线器相连接后，集线器与所述微控电脑相连接。

[0012] 作为本发明的一种优选技术方案：还包括远程计算机，所述微控电脑与远程计算机之间通过无线通信方式进行信号交互。

[0013] 作为本发明的一种优选技术方案：还包括与远程计算机相连接的高速磁盘阵列。

[0014] 本发明所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计的温室作物生长信息实时对等监测装置，通过电控悬挂轨道携带所需传感器和/或测试仪器，能够在所有待测作物的同一相对位置对其进行对等监测和/或测试，保证了监测和/或测试结果的一致性；其中，本发明提供的装置可同时在冠层、单株和、单叶水平上对作物进行监测，可以更准确的获得作物的表型、生长或营养指标；并且本发明提供的装置在监测和/或测试过程中，无需移动被测作物，可以保持作物的自然生长状态，最大限度的降低了监测和/或测试过程对作物造成的影响，一方面，可以科学指导设施环境调控、栽培管理和合理施肥，提高农产品品质和产量，降低环境风险；另一方面，为设施作物的育种或表型研究提供一种强有力的工具，有助于通过研究充分挖掘作物的生产潜力。

[0015] 与上述相应，本发明还提供了一种基于上述温室作物生长信息实时对等监测装置，能够实现电控装置精确控制，有效提高作物监测效率的温室作物生长信息实时对等监测装置监测方法。

[0016] 本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于温室作物生长信息实时对等监测装置的监测方法，温室作物区域中各株待测作物冠部水平面与作物种植区边界垂直相交的位置设置采用H级别冗余的二维码，所述监测方法包括如下步骤：步骤001. 所述微控电脑控制作物监测装置移动工作，接收一帧近红外相机垂直俯视拍摄的近红外图像，并利用中值滤波进行降噪处理，再进行重采样，获得重采样图片；
步骤002. 微控电脑查找判断重采样图像是否包含二维码，是则进入步骤003，否则返回步骤001；
步骤003. 采用阈值法针对该包含二维码的重采样图像进行分割，提取待测作物冠部图像，并针对待测作物冠部图像进行二值化处理，获得待测作物冠部二值化图像，然后进入步骤004；
步骤004. 针对待测作物冠部二值化图像进行形态学闭运算，删除图像中面积最小的
10%的连通区域，更新待测作物冠部二值化图像，然后进入步骤005；
步骤005. 利用预设经过训练的神经网络识别待测作物冠部二值化图像中的单株作物，计算待测作物冠部二值化图像中单株作物区域的重心，并计算各作物重心与所识别二维码的距离，选取距离最短的重心，然后进入步骤006；
步骤006. 以待测作物冠部二值化图像的中心点为起点，所选重心为终点绘制向量，然后进入步骤007；
步骤007. 将所绘制向量分解为两个垂直方向的向量，并将分解后向量的长度反馈为电控滑块移动速度，分解后向量的角度反馈为滑块移动方向，然后进入步骤008；
步骤008. 判断作物监测装置是否位于待测作物的正上方，是则进入步骤009；否则返回步骤001；
步骤009. 当作物监测装置移动至待测作物的正上方后，计算待测作物图形面积，并以其重心为圆心画圆，使圆形区域与待测作物图形相交的面积占待测作物图形面积的80%，计算所绘圆形占整幅图像的百分比，以此数值反馈调整电控伸缩杆的长度，使所绘圆形区域占整幅图像面积为30%，此时，所述各个位移传感器得到的轨道位置信息即为待测作物的空间坐标，然后进入步骤010；
步骤010. 微控电脑控制作物监测装置针对待测作物实现监测。

[0017] 本发明所述一种温室作物生长信息实时对等监测装置监测方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计的温室作物生长信息实时对等监测装置监测方法，基于上述所具体设计的温室作物生长信息实时对等监测装置，能够实现电控装置的精确控制，自动完成整个监测过程，监测速度快，可实现实时、连续监测，并具有高通量、高回访率的特点，有效提高作物监测效率，一方面，可以科学指导设施环境调控、栽培管理和合理施肥，提高农产品品质和产量，降低环境风险；另一方面，为设施作物的育种或表型研究提供一种强有力的工具，有助于通过研究充分挖掘作物的生产潜力。附图说明

[0018] 图1是本发明设计的温室作物生长信息实时对等监测装置的结构示意图；图2是本发明设计的温室作物生长信息实时对等监测装置的工作运行流程示意图。

[0019] 其中，1. 固定悬挂轨道，2. 固定轨道安装连接件，3. 位移传感器，4. 移动悬挂轨道，5. 电控滑块，6. 电源转换模块，7. 电机驱动器，8. 电机控制板，9. 电控伸缩杆，10. 电控云台，11. 环境光照强度传感器，12. 反射光照强度传感器，13. 工业相机，14. 多光谱成像仪，15. 近红外相机，16. 二维码，17. 微控电脑，18. 集线器，19. 远程计算机，20. 高速磁盘阵列，21. 待测作物，22. 作物种植区。

具体实施方式

[0020] 下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

[0021] 基于上述背景技术针对现有技术的说明，本发明针对日光温室空间大小有限和温室作物行距较大的特点，提供一种可以自动、对等、连续的对温室内所有作物进行实时监测的装置和监测方法。

[0022] 如图1所示，本发明设计了一种温室作物生长信息实时对等监测装置，具体包括两根固定悬挂轨道1、三个位移传感器3、一根移动悬挂轨道4、电源转换模块6、电机驱动器7、电机控制板8、微控电脑17、集线器18、远程计算机19、高速磁盘阵列20和作物监测装置；其中，固定悬挂轨道1、移动悬挂轨道4上的滑轨均位于所在本体的下表面，两根固定悬挂轨道1位于同一水平面上、彼此相互平行、分别通过固定轨道安装连接件2设置于温室作物的上方，两根固定悬挂轨道1中心点连线与固定悬挂轨道1相垂直，且两根固定悬挂轨道1之间在竖直方向上的投影区域覆盖整个温室作物区域；移动悬挂轨道4通过两个电控滑块5活动连接于两根固定悬挂轨道1下方，其中，该两个电控滑块5分别活动设置于两根固定悬挂轨道1下表面的滑轨中，并且该两个电控滑块5分别与移动悬挂轨道4的上表面相连接,移动悬挂轨道4在其与固定悬挂轨道1之间两个电控滑块5的同步工作下水平移动，且移动悬挂轨道4移动路径所构成的面水平；各个位移传感器3分别设置于两根固定悬挂轨道1、一根移动悬挂轨道4上滑轨的其中一端，且位移传感器3的检测端指向滑轨内；作物监测装置包括环境光照强度传感器11、反射光照强度传感器12、近红外相机15和至少一个下探式装置，各个下探式装置分别包括电控滑块5、电控伸缩杆9、位移传感器3、电控云台10和图像采集装置；其中，各个下探式装置中，电控滑块5与电控伸缩杆9的顶端相连接，电控伸缩杆9的底端侧面连接位移传感器3，且该位移传感器3的检测端竖直向下，电控伸缩杆9的底端与电控云台10相连接，电控云台10的活动端上设置图像采集装置；近红外相机15设置于其中一个下探式装置中电控伸缩杆9的底端侧面；图像采集装置包括工业相机13、多光谱成像仪14、高光谱相机、热红外相机、激光扫描雷达、荧光成像仪等设备，以及非成像类测试仪器，各个图像采集装置分别与对应电控云台10的活动端相连接设置；各个下探式装置分别通过其中的电控滑块5活动连接于移动悬挂轨道4下方，其中，各个下探式装置中的电控滑块5分别活动设置于移动悬挂轨道4下表面的滑轨中，各个下探式装置中电控伸缩杆9的顶端与对应电控滑块
5相连接；光照强度传感器11和反射光照强度传感器12共同设置在任意一个下探式装置中电控伸缩杆9的底端，且光照强度传感器11的检测端向上，反射光照强度传感器12的检测端向下；电机控制板8分别与微控电脑17、电机驱动器7相连接；各个电控滑块5、各个电控伸缩杆9和各个电控云台10分别与电机驱动器7相连接；各个位移传感器3、以及环境光照强度传感器11、反射光照强度传感器12分别与电机控制板8相连接，各个图像采集装置分别与集线器18相连接后，集线器18与微控电脑17相连接；电机控制板8包括集成设置在电机控制电路板上的滤波电路、数字信号处理器、PWM控制芯片和遥控接收器，其中，所述各个位移传感器
3、以及环境光照强度传感器11、反射光照强度传感器12分别与滤波电路的输入端相连接，数字信号处理器的输入端分别与滤波电路的输出端、遥控接收器的输出端相连接，数字信号处理器的输出端与PWM控制芯片的输入端相连接，PWM控制芯片的输出端与电机驱动器7的输入端相连接，所述微控电脑17与遥控接收器的输入端相连接；外部电源经过电源转换模块6后，分别与各个电子器件相连接进行供电；高速磁盘阵列20与远程计算机19相连接，微控电脑17与远程计算机19之间通过无线通信方式进行信号交互，其中，远程计算机19通过无线网络接收微控电脑17发送的传感器和/或测试仪器数据，并将数据存储于高速磁盘阵列20；所述远程计算机19可通过配套软件对采集到的传感器和/或测试仪器数据进行预处理和实时分析。

[0023] 上述技术方案所设计的温室作物生长信息实时对等监测装置，通过电控悬挂轨道携带所需传感器和/或测试仪器，能够在所有待测作物的同一相对位置对其进行对等监测和/或测试，保证了监测和/或测试结果的一致性；其中，本发明提供的装置可同时在冠层、单株和、单叶水平上对作物进行监测，可以更准确的获得作物的表型、生长或营养指标；并且本发明提供的装置在监测和/或测试过程中，无需移动被测作物，可以保持作物的自然生长状态，最大限度的降低了监测和/或测试过程对作物造成的影响，一方面，可以科学指导设施环境调控、栽培管理和合理施肥，提高农产品品质和产量，降低环境风险；另一方面，为设施作物的育种或表型研究提供一种强有力的工具，有助于通过研究充分挖掘作物的生产潜力。

[0024] 实际应用中，位移传感器3可以是感应同步器、磁致伸缩式位移传感器、光栅位移传感器或激光位移传感器；各个下探式装置中电控伸缩杆9的底端通过3/8螺丝与电控云台10固定连接，所述电控伸缩杆9由无刷电机和丝杆螺母驱动；所述电控云台10可以自由三相调节方向；所述位移传感器3可以测量云台至地面的垂直距离；各个图像采集装置通过USB、IEEE1394或GPIO 接口分别与集线器18相连接后，集线器18通过USB3.0接口与微控电脑17相连接，电源转换模块6将外部电源的220V交流电转换为24V直流电后，分别与各个电子器件相连接进行供电。

[0025] 本发明所设计一种温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法，实际应用中，如图2所示，温室作物区域中各株待测作物冠部水平面与作物种植区边界垂直相交的位置设置采用H级别冗余的二维码16，具体监测方法参照如下步骤：S1. 根据待测作物21的被监测指标确定所需传感器和/或测试仪器的种类和数量，具体的，为了监测作物在胁迫条件下的生长状况，需要通过传感器和测试仪器获取的指标为：
株高、茎粗、叶片数、叶倾角、叶面积大小、叶片形状、叶片颜色、叶片纹理、叶片含水量、叶片温度、叶片干物质量、叶片氮、磷、钾含量、叶片叶绿素含量、群体叶面积指数、群体干物质量和群体冠层覆盖度。由于作物叶片间存在相互遮挡，为了获取较为准确的监测/测试结果，需采用不同视角的两套传感器进行同步测试。具体的，传感器采用工业相机13和多光谱成像仪14，分别以垂直俯视和水平直视两个角度监测作物的生长状况；同时，环境光照强度传感器11和反射光照强度传感器12分别测量作物冠层上方和作物/地面反射光的强度，用于校正工业相机和多光谱成像仪获取的图像。

[0026] S2. 将电控悬挂轨道的预设运行方案输入电机控制板8，电机控制板8根据微控电脑17发送的待测作物空间坐标，传感器和/或测试仪器的实时空间坐标和预设运行方案判断下一步行进方向，并发出指令精确控制各个电控滑块5和电控伸缩杆9的运行，使传感器搭载平台携带所述传感器和/或测试仪器对温室内所有待测作物21进行周期性测试，具体的，电控悬挂轨道的预设运行方案通过以下步骤获得：根据被监测作物21的作物种植区域22确定各个电控滑块5的预设行进路径，将待测作物对应二维码16的坐标作为目的坐标；由于需要对待测作物进行多角度拍摄，将电控悬挂轨道的运行模式设定为变速间断性运行；
为了得到较为详尽的作物生长信息，每天测试次数设定为6次，每次间隔4小时。

[0027] S3. 将采集到的传感器和/或测试仪器原始数据发送到远程计算机19，具体的，微控电脑17将采集到的传感器和/或测试仪器原始数据通过无线网络发送到远程计算机19，并存储于高速磁盘列阵20。

[0028] S4. 远程计算机19对采集到的所述传感器和/或测试仪器原始数据按预设算法进行预处理和实时分析，得到作物的表型特征、生长指标、营养状况等信息，具体的，对于远程计算机19接收到的传感器和/或测试仪器的原始信息，首先进行预处理，其中，对于图像类的原始信息，预处理包括：测试图像与目标作物的匹配、几何变换、滤波、边缘检测、图像分割、图像提取；对于光照强度测试值，预处理包括：测试值与目标作物匹配、奇异值排除；对原始信息进行预处理操作后，按预设算法进行实时分析，将图像特征参数转化为作物表型、生长或营养指标；其中，预设算法由以下步骤获得：对先前的研究，和/或当前研究中的参照组采集同样的原始信息，对原始信息进行预处理操作，从图像信息中提取颜色、纹理、图形、灰度均值及融合特征，并利用同步获取的光照强度信息进行特征补偿，将这些图像特征参数与人工测量的株高、茎粗、叶片数、叶面积大小、叶片形状、叶片颜色、叶片纹理、叶片含水量、叶片温度、叶片干物质量、叶片氮、磷、钾含量、叶片叶绿素含量、群体叶面积指数、群体干物质量和群体冠层覆盖度等指标间进行回归分析，建立图像特征参数与作物指标间的转化关系；或以已建立的物理模型作为预设算法将图像特征参数转化为作物指标；所述参照组是指独立于被测作物之外的，生长条件与现实生长条件接近的，作物和土壤养分条件已知的，并对其表型、生长和营养指标进行人工测试的一组植株；所述已建立的物理模型是指将传感器测试值转化为作物表型、生长或营养指标时所采用的符合特定物理理论的模型，其包括但不限于：比尔-朗伯定律（Beer–Lambert law）、Campbell椭圆叶面角度分布方程（Campbell’s Ellipsoidal LAD equations）、双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function）、SAIL模型、PROSPECT模型、PROSAIL模型；对处于不同视角的两套传感器监测结果，如果某作物指标仅能由其中一套结果获得，如作物株高仅能由侧视角度下的传感器获取，则以此传感器监测结果作为该作物指标的结果；如果某作物指标能通过两套传感器获得，则将两套传感器监测结果的平均值作为该作物指标的监测结果。

[0029] S4之后执行S5，根据S4获得的温室内被监测作物的对等、连续的表型、生长或营养指标，分析作物在胁迫条件下的生理反应，可能的响应机制，或新作物品种在特定环境条件和/或栽培措施下的表现，或用于筛选特定表现型的作物，例如：如果S4获得的作物指标显示某株作物在胁迫条件下比处于同样条件下的其他作物生长的更好，则此株作物或为需要筛选出的目标作物。

[0030] 同时，S4之后执行S6，根据S4获得的温室内被监测作物的对等、连续的表型、生长或营养指标，预测被监测作物的成熟时间和产量，给出改善被监测作物长势和/或优化种植的合理建议。其中，合理建议包括但不限于以下信息：优化种植结构、优化种植时间、优化种植环境、对指定监测作物进行除草、施肥、灌溉等操作，例如：如果S4获得的作物指标显示某区域作物氮素浓度偏低，则可以给出需要施肥的建议。

[0031] 综上，通过使用本发明提供的温室作物生长信息实时对等监测装置和方法，通过电控悬挂轨道携带所需传感器和/或测试仪器，能够在所有待测作物的同一相对位置对其进行对等监测和/或测试，保证了监测和/或测试结果的一致性，并可同时在冠层、单株和单叶水平上监测作物，更准确的获得作物的表型、生长或营养指标；本发明提供的装置在监测和/或测试过程中不移动被测作物，可以保持作物的自然生长状态，最大限度的降低了监测和/或测试过程对作物造成的影响；本发明提供的装置可由计算机精确控制并自动完成整个测试过程，测试速度快，可实现实时、连续监测，并具有高通量、高回访率的特点。因此，一方面，本发明给科研人员提供了一种高通量作物实时、对等监测装置和方法；另一方面，可以指导人们优化作物的种植和管理。

[0032] 基于上述实现针对待测作物进行监测的过程中，一方面微控电脑17经电机控制板8控制各个电控滑块5工作，控制移动悬挂轨道4和作物监测装置中的各个下探式装置移动，实现向待测作物位置的精确移动，另一方面，微控电脑17和电机控制板8分别接收图像采集装置和各个位移传感器3的反馈结果，并依据反馈结果，针对各个电控滑块5再次进行精确位移调整，实现针对待测作物更加精确的监测，如此基于反馈的精确调整，本发明同样做出了具体设计，其中，温室作物区域中各株待测作物冠部水平面与作物种植区边界垂直相交的位置设置采用H级别冗余的二维码16，具体的反馈调整监测方法包括如下步骤：
步骤001. 所述微控电脑17控制作物监测装置移动工作，接收一帧近红外相机15垂直俯视拍摄的近红外图像，并利用中值滤波进行降噪处理，再进行重采样，获得重采样图片。

[0033] 步骤002. 微控电脑17采用HybridBinarizer算法查找判断重采样图像是否包含二维码16，是则进入步骤003，否则返回步骤001。

[0034] 步骤003. 采用阈值法针对该包含二维码16的重采样图像进行分割，提取待测作物冠部图像，并针对待测作物冠部图像进行二值化处理，获得待测作物冠部二值化图像，然后进入步骤004。

[0035] 步骤004. 针对待测作物冠部二值化图像进行形态学闭运算，删除图像中面积最小的10%的连通区域，更新待测作物冠部二值化图像，然后进入步骤005。

[0036] 步骤005. 利用预设经过训练的神经网络识别待测作物冠部二值化图像中的单株作物，计算待测作物冠部二值化图像中单株作物区域的重心，并计算各作物重心与所识别二维码16的距离，选取距离最短的重心，然后进入步骤006；其中，神经网络采用3层BP网络模型，利用100幅随机拍摄的相同品种的作物冠层近红外图像进行训练，特征描述子的提取基于经过预处理的二值图像。

[0037] 步骤006. 以待测作物冠部二值化图像的中心点为起点，所选重心为终点绘制向量，然后进入步骤007。

[0038] 步骤007. 将所绘制向量分解为两个垂直方向的向量，并将分解后向量的长度反馈为电控滑块移动速度，分解后向量的角度反馈为滑块移动方向，然后进入步骤008。

[0039] 步骤008. 判断作物监测装置是否位于待测作物的正上方，是则微控电脑17可将每株待测作物的空间坐标发送并存储至电机控制板8，替换预设空间坐标，然后进入步骤009；否则返回步骤001。

[0040] 步骤009. 当作物监测装置移动至待测作物的正上方后，计算待测作物图形面积，并以其重心为圆心画圆，使圆形区域与待测作物图形相交的面积占待测作物图形面积的80%，计算所绘圆形占整幅图像的百分比，以此数值反馈调整电控伸缩杆的长度，使所绘圆形区域占整幅图像面积为30%，此时，所述各个位移传感器得到的轨道位置信息即为待测作物的空间坐标，然后进入步骤010。

[0041] 步骤010. 微控电脑17控制作物监测装置针对待测作物实现监测。

[0042] 如此，通过上述具体所设计的温室作物生长信息实时对等监测装置监测方法，基于上述所具体设计的温室作物生长信息实时对等监测装置，能够实现电控装置的精确控制，自动完成整个监测过程，监测速度快，可实现实时、连续监测，并具有高通量、高回访率的特点，有效提高作物监测效率，一方面，可以科学指导设施环境调控、栽培管理和合理施肥，提高农产品品质和产量，降低环境风险；另一方面，为设施作物的育种或表型研究提供一种强有力的工具，有助于通过研究充分挖掘作物的生产潜力。

[0043] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

标题	发布/更新时间	阅读量
超市停车引导反向寻车和出场引导的系统和方法	2020-05-08	354
一种基于量化和事件的集值卡尔曼滤波方法	2020-05-18	757
一种自然场景文字检测的方法	2020-05-13	579
基于旋翼飞行机器人的动态更新视觉跟踪航拍方法及系统	2020-05-12	491
一种基于5G的椎体强化遥操作系统	2020-05-17	544
一种视觉传感网络的快速通用标定方法	2020-05-17	849
一种基于图像处理的梨果实横纵径测量方法	2020-05-18	646
一种基于目标感知相关滤波的目标跟踪方法	2020-05-14	630
一种智慧景区实景语义地图的生成与辅助定位方法	2020-05-14	954
基于YOLO和LSTM的地震速度谱智能拾取方法	2020-05-16	857

一种温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法

一种温室作物生长信息实时对等监测装置及监测方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：