[發明專利]環境與植株生長態勢協同監測分析裝置及方法

有效

• 申請號: 201310658904.9
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103697937A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 劉成良;陳冉;貢亮;趙源深;劉佰鑫;黃亦翔
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及農業機械技術領域，具體地說是一種溫室微氣候環境與綠葉植株生長態勢智能協同監測分析裝置與方法。

背景技術

由于農作物一般都有一定時間的生長周期，而且有些農作物白天和夜晚的生長狀況有很大差異，人工進行農作物外觀幾何形態與生長環境參數的監測費時、費力。

現有的溫室作物生長和環境信息檢測裝置和方法主要以圖像和傳感技術為主。申請號為201110363670.6的發明專利申請，公開了一種基于多傳感信息的溫室作物生長和環境信息檢測方法，利用光譜儀、多光譜成像儀和熱成像儀獲取溫室作物的光譜、多光譜圖像和冠層溫度信息；利用溫度、濕度、輻照度、CO₂濃度、EC和pH值傳感器獲取溫室的溫光水氣肥環境信息；對作物的光譜和圖像形態特征進行提取，得到作物的葉面積指數、莖粗等信息。該系統比較復雜，使用的成像設備比較昂貴，且只有監測信息記錄，沒有生成可供利用的模型。申請號為201220364340.9的實用新型專利申請，公開了一種溫室水培蔬菜生長監測裝置，裝置由立體支撐架和水平位移臺組成，利用圖像傳感器、激光測距傳感器和環境傳感器組成信息采集系統，監測水培蔬菜的生長速率、植株高度、葉面積指數、葉色變化等生長狀態。該系統自動化程度高，測量不受人為干擾，但是功能比較狹窄，不能做定量分析。

發明內容

鑒于上述現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種環境與植株生長態勢協同監測分析裝置及方法，在分析環境條件與植株生長外觀形態的基礎上建立兩者之間的神經網絡映射關系模型，該模型可用于無環境參數傳感條件下，直接依據植株表觀形態確定植株生長態勢。本發明裝置測量精度高、效率高，實施操作簡單方便，具有廣闊的應用前景。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種環境與植株生長態勢協同監測分析裝置，包括監測平臺，所述監測平臺主要由生長環境參數采集模塊、植株外觀幾何形態圖像采集模塊和控制模塊組成，所述生長環境參數采集模塊和植株外觀幾何形態圖像采集模塊采集得到的數據和圖像輸入到控制模塊，控制模塊輸出端連接顯示器。

所述生長環境參數采集模塊采集空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器的數據。

所述監測平臺上放置稱重傳感器，實驗穴盤安放在稱重傳感器上，所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器放置在實驗穴盤上。

所述植株外觀幾何形態圖像采集模塊采集植株在不同視覺的外觀幾何形態。

所述監測平臺上設有四臺工業相機，分別以水平、垂直、水平45°和垂直45°方向放置，用于拍攝植株在四個不同視覺的外觀幾何形態。

所述控制模塊為工控機。

所述監測平臺設置有LED燈光源，對夜晚拍照進行補光。

所述支撐平臺安裝有滾輪。

所述生長環境參數采集模塊采集空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器的數據。

所述監測平臺上放置稱重傳感器，實驗穴盤安放在稱重傳感器上，所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器放置在實驗穴盤上。

所述植株外觀幾何形態圖像采集模塊采集植株在不同視覺的外觀幾何形態。

所述監測平臺上設有四臺工業相機，分別以水平、垂直、水平45°和垂直45°方向放置，用于拍攝植株在四個不同視覺的外觀幾何形態。

所述控制模塊為工控機。

所述監測平臺設置有LED燈光源，對夜晚拍照進行補光。

所述支撐平臺安裝有滾輪。

一種環境與植株生長態勢協同監測分析方法，采用上述的系統，采集綠葉植株生長過程中的環境溫、濕度和土壤溫、濕度以及植株穴盤重量數據，并基于機器視覺方法同步監測植株外觀幾何形態及其變化，建立植株生長過程中外觀形態與環境、土壤狀態之間的關系模型，實現通過監測植株外觀的方式快速分析適于植株生長的環境與土壤特性，為研究植株的生長與環境參數脅迫響應關系提供所需數據與模型。

本發明技術方案，采取基于機器視覺的方式利用工業相機拍攝植株圖像監測植株外觀幾何形態，并利用數據采集模塊集成多種傳感器進行植株生長環境參數的采集、分析，通過圖片處理算法處理圖片得到的信息和數據采集模塊采集到的信息，建立植株生長過程中外觀形態與環境、土壤狀態之間的關系模型，為研究植株的生長與環境參數脅迫響應關系提供所需數據與模型。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：