[發明專利]一種基于大數據物聯網的智慧農業植保作業控制系統

有效

• 申請號: 202010523956.5
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111596689B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 陳金良;王艷;姜青山;張玉紅;王亞運
• 申請（專利權）人: 安徽有機良莊農業科技股份有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;A01M7/00
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所(普通合伙) 34113
• 代理人: 楊晉弘

1.一種基于大數據物聯網的智慧農業植保作業控制系統，其特征在于：包括區域圖像采集模塊、圖像預處理模塊、種植區域劃分模塊、農作物資源數據庫、區域面積統計模塊、區域植株密度分析模塊、GPS跟蹤定位模塊、無人機控制終端、數據管理服務器和作業高度檢測模塊；

所述區域圖像采集模塊，包括圖像采集設備，用于對農作物混種區域的圖像進行采集，并將采集的圖像發送至圖像預處理模塊；

所述圖像預處理模塊，與區域圖像采集模塊連接，用于接收區域圖像采集模塊發送的農作物混種區域圖像，并對接收的農作物混種區域圖像進行提高對比度、濾除噪聲和高清濾波處理，得到預處理后的圖像，并發送至種植區域劃分模塊；

所述種植區域劃分模塊，與圖像預處理模塊連接，用于接收圖像預處理模塊發送的預處理后的農作物混種區域圖像，對接收的農作物混種區域圖像進行放大，并將放大后的農作物混種區域圖像進行農作物特征提取，識別農作物種類，同時根據不同農作物的外形特征不同，通過區域掃描提取不同種類農作物種植區域的邊界線，不同種類農作物的邊界線將農作物混種區域劃分為各農作物種植子區域，各農作物種植子區域分別對應各農作物種類，對各農作物種植子區域按照設定的順序進行編號，分別為1,2...i....n，并將各農作物種植子區域編號及各種植子區域對應的農作物種類發送至農作物資源數據庫；

所述區域面積統計模塊，包括GPS測畝儀，與種植區域劃分模塊連接，用于對劃分的各農作物種植子區域利用GPS測畝儀獲取各農作物種植子區域邊界的位置坐標，進而確定各農作物種植子區域的面積，區域面積統計模塊將各農作物種植子區域邊界的位置坐標發送至農作物資源數據庫，并將各農作物種植子區域的面積發送至區域植株密度分析模塊和數據管理服務器；

所述農作物資源數據庫，分別與種植區域劃分模塊和區域面積統計模塊連接，用于接收種植區域劃分模塊發送的各農作物種植子區域編號及各種植子區域對應的農作物種類，接收區域面積統計模塊發送的各農作物種植子區域邊界的位置坐標，并進行存儲，構成各農作物種植子區域信息集合，各農作物種植子區域信息集合中包含各農作物種植子區域編號，農作物種類，種植子區域邊界的位置坐標，同時存儲不同種類農作物的各類外形特征向量及對應的特征分量；

所述區域植株密度分析模塊，與區域面積統計模塊連接，用于接收區域面積統計模塊發送的各農作物種植子區域面積，并對各農作物種植子區域中的農作物植株總數進行統計，進而統計各農作物種植子區域的植株種植密度，記為ρ，Q表示為各農作物種植子區域內的各農作物植株總數，S表示為各農作物種植子區域面積，區域植株密度分析模塊將統計的各農作物種植子區域的植株種植密度發送至數據管理服務器；

所述數據管理服務器，與區域面積統計模塊和區域植株密度分析模塊連接，用于接收區域面積統計模塊發送的各農作物種植子區域面積和區域植株密度分析模塊發送的各農作物種植子區域的植株種植密度，統計各農作物種植子區域的噴灑農藥量，并通過植保無人機執行農藥噴灑操作，每架植保無人機分別對應一個編號，且每架植保無人機噴灑的農藥種類分別與每種農作物一一對應，根據預設的各植保無人機編號與各農作物種類的對應關系，數據管理服務器將各植保無人機編號及對應的農作物種類和對應的噴灑農藥量發送至無人機控制終端，并接收無人機控制終端反饋的農藥噴灑量，一旦反饋的農藥噴灑量大于統計的農藥噴灑量，則數據管理服務器發送停止噴灑控制指令至無人機控制終端；

所述無人機控制終端，與數據管理服務器連接，用于接收數據管理服務器發送的各植保無人機編號及對應的農作物種類和對應的噴灑農藥量，根據接收的各植保無人機對應的農作物種類，提取農作物資源數據庫中各農作物種植子區域信息集合中該農作物種類對應的農作物種植子區域編號，并通過接收的植保無人機編號，調取該植保無人機在指定的農作物種植子區域內執行農藥噴灑操作，同時根據接收的各農作物種植子區域對應的噴灑農藥量，控制植保無人機噴灑閥嘴的噴頭打開，并實時采集噴灑農藥量，將采集的噴灑農藥量發送至數據管理服務器，同時，接收數據管理服務器發送的停止噴灑控制指令，控制植保無人機噴灑閥嘴的噴頭由打開狀態切換成關閉狀態；

所述GPS跟蹤定位模塊，安裝在各植保無人機上，用于實時跟蹤定位各植保無人機的噴灑區域位置，并獲取位置坐標信息，提取農作物資源數據庫中各農作物種植子區域信息集合中該農作物種植子區域對應的邊界位置坐標，并將獲取的植保無人機的噴灑區域位置坐標信息與對應的該農作物種植子區域的邊界位置坐標進行對比，若超出該農作物種植子區域邊界位置坐標，則發送預警控制指令至無人機遙控控制終端；

所述無人機控制終端，與GPS跟蹤定位模塊連接，用于接收GPS跟蹤定位模塊發送的預警控制指令，遠程控制植保無人機改變噴灑區域；

所述作業高度檢測模塊，包括風速傳感器，安裝在各植保無人機上，用于采集植保無人機執行農藥噴灑操作過程中的風速值，同時根據各農作物種類的植株高度不同，調整各植保無人機的作業高度，并記錄植保無人機此時的作業高度，將采集的風速和植保無人機此時的作業高度發送至數據管理服務器；

所述數據管理服務器與作業高度檢測模塊連接，用于接收作業高度檢測模塊發送的風速和植保無人機此時的作業高度，并將接收的風速值與預設的標準風速值進行對比，若大于預設風速值，則降低植保無人機的作業高度，同時檢測降低后的植保無人機作業高度，同時與預設的最小作業高度閾值進行對比，若小于預設的最小作業高度閾值，則發送停止噴灑指令至無人機控制終端；

所述無人機控制終端，接收數據管理服務器發送的停止噴灑指令，控制植保無人機噴灑閥嘴的關閉；

所述GPS測畝儀內集成高精度的GPS定位系統，其測量農作物種植子區域面積的方法包括以下幾個步驟：

H1：利用GPS定位系統獲取農作物種植子區域邊界的位置坐標；

H2：對獲取的農作物種植子區域邊界端點的經緯度坐標轉換為平面坐標，由于在很小的范圍內經線和緯線可視為互相垂直，故將經線方向視為Y軸，緯線方向視為X軸，取地球半徑為6371116m，則任意一點農作物種植子區域邊界端點j的經緯度坐標轉換為平面坐標的公式為式中：X_j，Y_j為點j的平面坐標，R為地球半徑,L_j、B_j分別為點j的經度、緯度；

H3：農作物種植子區域近似為不規則多邊形，將農作物種植子區域邊界各端點與坐標原點相連，則農作物種植子區域每條邊與原點構成一個三角形，這樣以來將該不規則多邊形分隔為若干三角形，計算每條邊所對應三角形的面積；

H4：對分割的所有三角形面積求和，即為農作物種植子區域面積；

所述的農作物植株總數統計方法包括以下幾個步驟：

W1：對農作物種植子區域中提取單株植株與單株植株之間的距離，即為株距，記為L；

W2：對農作物種植子區域中提取單位植株栽植行與單位植株栽植行之間的距離，即為行距，記為H；

W3：根據農作物種植子區域面積，記為S,計算農作物植株總數,記為Q,