一种基于大数据智慧农业的食用菌种植环境调控管理系统的制作方法

本发明涉及农业种植环境管理领域，涉及到一种基于大数据智慧农业的食用菌种植环境调控管理系统。

背景技术：

随着我国国民经济的快速发展，居民的收入水平越来越高，人们的膳食结构逐步改变，对绿色食品的需求日益提高，食用菌以其味道鲜美又具有药用价值的优势深受到人们关注。

目前食用菌种植存在一些不容忽视的问题，传统的食用菌种植通过菇农凭借肉眼检测食用菌的生长，无法精确判断食用菌是否成熟，导致部分食用菌的质量不合格，并且所有食用菌种植区域为同一环境，无法根据不同阶段食用菌适宜的环境进行调节，从而抑制不适宜该环境的食用菌生长，降低食用菌的产量，造成经济损失，同时菇农凭借种植经验对种植食用菌的培养基营养元素进行补充，造成培养基的营养过于丰富，加大了栽培成本，增加杂菌污染率，为了解决以上问题，现设计一种基于大数据智慧农业的食用菌种植环境调控管理系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于大数据智慧农业的食用菌种植环境调控管理系统，通过区域划分模块将食用菌种植区域进行划分，通过图像获取模块、筛选处理模块和特征提取模块并结合分析服务器综合分析各子区域内种植食用菌的生长阶段，并对各子区域内种植环境进行检测与调节，同时检测各子区域内剩余培养基中各营养元素含量，对比对应的生长阶段食用菌的培养基所需的各标准营养元素含量，对缺失某营养元素含量的剩余培养基进行对应的营养元素补充，解决了背景技术中存在的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于大数据智慧农业的食用菌种植环境调控管理系统，包括区域划分模块、图像获取模块、筛选处理模块、特征提取模块、环境检测模块、环境分析模块、培养基取样模块、培养基检测模块、远程控制中心、显示终端、分析服务器和存储数据库；

所述分析服务器分别与特征提取模块、环境检测模块、环境分析模块、培养基检测模块、远程控制中心、显示终端和存储数据库连接，存储数据库分别与区域划分模块和环境分析模块连接，筛选处理模块分别与图像获取模块和特征提取模块连接，环境检测模块与环境分析模块连接，培养基取样模块与培养基检测模块连接；

所述区域划分模块用于将农业大棚内食用菌种植区域进行划分，将食用菌种植区域按照长度、宽度等分方式划分成若干面积相同的隔离子区域，并将若干子区域按照顺序依次进行编号，编号分别为1,2,...,i,...,n，并将若干子区域编号发送至存储数据库；

所述图像获取模块包括若干高清摄像头，分别安装在各子区域内，且各子区域与若干高清摄像头一一对应，用于对各子区域内种植的食用菌进行图像获取，通过高清摄像头获取各子区域内种植的食用菌生长外表图像，将获取的各子区域内种植的食用菌生长外表图像发送至筛选处理模块；

所述筛选处理模块用于接收图像获取模块发送的各子区域内种植的食用菌生长外表图像，将接收的各子区域内种植的食用菌生长外表图像进行多种不同的矩形筛选框进行筛选，提取包裹食用菌生长外表的最小矩形，并去除该矩形区域之外的图像，对保留的矩形区域图像进行归一化处理和图像增强处理，将增强后的各子区域图像发送至特征提取模块；

所述特征提取模块用于接收筛选处理模块发送的各子区域内种植的食用菌生长外表增强图像，对各子区域内种植的食用菌生长外表增强图像进行特征提取，提取各图像中多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征，将提取的各增强图像中多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收特征提取模块发送的各增强图像中多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征，提取存储数据库中存储的食用菌各生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征，将接收的各增强图像中多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征与食用菌各生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征进行对比，若多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征同时满足食用菌某生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征，则食用菌处于该生长阶段，若多数相似的食用菌的菌帽、长度和杆茎轮廓特征不同时满足食用菌某生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征，则食用菌处于该生长阶段的前一阶段，统计各子区域内种植的食用菌所处于的生长阶段，将各子区域内种植的食用菌所处于的生长阶段发送至环境检测模块；

所述环境检测模块用于接收分析服务器发送的各子区域内种植的食用菌所处于的生长阶段，检测各子区域内食用菌的种植环境参数中的温度、湿度、空气含氧量、光照强度和酸碱度，构成各子区域内种植环境参数数值集合pknr(pk1r,pk2r,...,pkir,...,pknr)，pkir表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内第k个种植环境参数数值，r＝r1,r2,r3,r4,r1表示为食用菌生长对应的前期生长阶段，r2表示为食用菌生长对应的中期生长阶段，r3表示为食用菌生长对应的后期生长阶段，r4表示为食用菌生长对应的成熟阶段，同时k＝k1,k2,k3,k4,k5，k1,k2,k3,k4,k5分别表示为种植环境参数中的温度、湿度、空气含氧量、光照强度和酸碱度，并将各子区域内种植环境参数数值集合发送至环境分析模块；

所述环境分析模块用于接收环境检测模块发送的各子区域内种植环境参数数值集合，提取存储数据库中存储的各生长阶段食用菌的种植环境参数中的标准温度范围、标准湿度范围、标准空气含氧量范围、标准光照强度范围和标准酸碱度范围，将各子区域内种植环境参数中的各参数数值分别与对应的生长阶段食用菌的种植环境参数中各参数数值标准范围进行对比，若某子区域内种植环境参数中的某参数数值处于对应的生长阶段食用菌的种植环境参数中对应的参数数值标准范围之内，表明该子区域内种植环境参数中的该参数符合要求，若某子区域内种植环境参数中的某参数数值处于对应的生长阶段食用菌的种植环境参数中对应的参数数值标准范围之外，表明该子区域内种植环境参数中的该参数不符合要求，统计种植环境参数中不符合要求参数的子区域编号，将种植环境参数中不符合要求参数的若干子区域编号发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收环境分析模块发送的种植环境参数中不符合要求参数的若干子区域编号，对若干子区域内种植环境参数中不符合要求参数进行调节，当某子区域内种植环境参数中的温度、湿度、空气含氧量、光照强度或酸碱度小于对应生长阶段食用菌的种植环境参数中对应的参数数值标准范围的最小值时，则适当增加对应的温度、湿度、空气含氧量、光照强度或酸性，当某子区域内种植环境参数中的温度、湿度、空气含氧量、光照强度或酸碱度大于对应生长阶段食用菌的种植环境参数中对应的参数数值标准范围的最大值时，则适当降低对应的温度、湿度、空气含氧量、光照强度或碱性，调节到各子区域对应生长阶段食用菌的种植环境参数中各参数数值标准范围之内；

所述存储数据库用于接收区域划分模块发送的若干子区域编号，并存储食用菌各生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征，食用菌的各生长阶段分别为前期生长阶段、中期生长阶段、后期生长阶段和成熟阶段，存储各生长阶段食用菌的种植环境参数中的标准温度范围、标准湿度范围、标准空气含氧量范围、标准光照强度范围和标准酸碱度范围，同时存储各生长阶段食用菌的培养基所需的标准碳元素含量、标准氮元素含量、标准磷元素含量、标准钾元素含量、标准镁元素含量和标准维生素b含量；

所述培养基取样模块用于对各子区域内种植食用菌的剩余培养基进行取样，统计各子区域内种植食用菌的剩余培养基样本，构成各子区域内剩余培养基样本集合fnr(f1r,f2r,...,fir,...,fnr)，fir表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内剩余培养基样本,将各子区域内剩余培养基样本发送至培养基检测模块；

所述培养基检测模块包括培养基检测仪，用于接收培养基取样模块发送的各子区域内剩余培养基样本集合，通过培养基检测仪检测各子区域内剩余培养基样本中的碳含量、氮含量、磷含量、钾含量、镁含量和维生素b含量，依次构成各子区域内剩余培养基样本中各营养元素含量集合表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内剩余培养基样本中第l种营养元素含量，l＝l1,l2,l3,l4,l5,l6，l1表示为剩余培养基样本中碳元素,l2表示为剩余培养基样本中氮元素，l3表示为剩余培养基样本中磷元素，l4表示为剩余培养基样本中钾元素，l5表示为剩余培养基样本中镁元素，l6表示为剩余培养基样本中维生素b，将各子区域内剩余培养基样本中各营养元素含量集合发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收培养基检测模块发送的各子区域内剩余培养基样本中各营养元素含量集合，提取存储数据库中存储的各生长阶段食用菌的培养基所需的标准碳元素含量、标准氮元素含量、标准磷元素含量、标准钾元素含量、标准镁元素含量和标准维生素b含量，将各子区域内剩余培养基样本中各营养元素含量与对应的生长阶段食用菌的培养基所需对应的营养元素标准含量进行对比，得到各剩余培养基中各营养元素含量对比集合表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内剩余培养基样本中第l种营养元素含量与对应的生长阶段食用菌的培养基所需对应的标准营养元素含量对比的差值，若某剩余培养基中某营养元素含量对比差值大于或等于零，表明该剩余培养基不需要补充该营养元素，若某剩余培养基中某营养元素含量对比差值小于零，表明该剩余培养基需要补充该营养元素，统计各剩余培养基需要补充的营养元素，将各剩余培养基需要补充的营养元素发送至远程控制中心；

同时，分析服务器根据各剩余培养基中各营养元素含量对比差值并结合各子区域内种植环境参数中各参数数值，评估各子区域内食用菌品质预估影响系数，并将各子区域内食用菌品质预估影响系数发送至显示终端；

所述远程控制中心用于接收分析服务器发送的各剩余培养基需要补充的营养元素，并通知相关人员，相关人员采用注射的方式对各剩余培养基需要补充的营养元素进行注射补充；

所述显示终端用于接收分析服务器发送的各子区域内食用菌品质预估影响系数，并进行显示；

进一步地，所述环境检测模块包括温度检测单元、湿度检测单元、含氧量检测单元、光照强度检测单元和酸碱度检测单元，温度检测单元为温度传感器，安装在各子区域内，用于实时检测若干子区域内空气的温度，湿度检测单元为湿度传感器，安装在各子区域内，用于实时检测若干子区域内空气的湿度，含氧量检测单元为氧气传感器，安装在各子区域内，用于实时检测若干子区域内空气中的含氧量，光照强度检测单元块为光照传感器，安装在各子区域内，用于实时检测若干子区域内光照强度，酸碱度检测单元为酸碱度测试仪，安装在各子区域内的培养基中，用于实时检测若干子区域内培养基的酸碱度。

进一步地，所述各子区域内食用菌品质预估影响系数pkir表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内第k个种植环境参数数值，r＝r1,r2,r3,r4，和分别表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内第k个种植环境参数数值标准范围的最大值和最小值，k＝k1,k2,k3,k4,k5，表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内剩余培养基样本中第l种营养元素含量与对应的生长阶段食用菌的培养基所需对应的标准营养元素含量对比的差值，l＝l1,l2,l3,l4,l5,l6，rl标表示为第r个生长阶段食用菌的培养基所需的第l种营养元素标准含量，e表示为自然数，等于2.718。

有益效果：

(1)本发明提供的一种基于大数据智慧农业的食用菌种植环境调控管理系统，通过区域划分模块将食用菌种植区域进行划分，通过图像获取模块、筛选处理模块和特征提取模块并结合分析服务器综合分析各子区域内种植食用菌的生长阶段，可以精准判断食用菌是否到达成熟期，具有准确性高的特点，保障了食用菌的合格品质，并对各子区域内种植环境进行检测与调节，从而促进各生长阶段食用菌的生长，提高了食用菌的产量，降低了经济损失，同时检测各子区域内剩余培养基中各营养元素含量，对比对应的生长阶段食用菌的培养基所需的各标准营养元素含量，对缺失某营养元素含量的剩余培养基进行对应的营养元素补充，避免了培养基的营养过于丰富，减少了栽培成本，降低了杂菌污染率。

(2)本发明通过分析服务器综合评估各子区域内食用菌品质预估影响系数，并进行显示，直观地展示食用菌在整个生长过程中的生长影响情况，为后期种植稳定的食用菌品质提供可靠的基础，从而提高食用菌的品质和产量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种基于大数据智慧农业的食用菌种植环境调控管理系统，包括区域划分模块、图像获取模块、筛选处理模块、特征提取模块、环境检测模块、环境分析模块、培养基取样模块、培养基检测模块、远程控制中心、显示终端、分析服务器和存储数据库；

所述分析服务器分别与特征提取模块、环境检测模块、环境分析模块、培养基检测模块、远程控制中心、显示终端和存储数据库连接，存储数据库分别与区域划分模块和环境分析模块连接，筛选处理模块分别与图像获取模块和特征提取模块连接，环境检测模块与环境分析模块连接，培养基取样模块与培养基检测模块连接。

所述区域划分模块用于将农业大棚内食用菌种植区域进行划分，将食用菌种植区域按照长度、宽度等分方式划分成若干面积相同的隔离子区域，并将若干子区域按照顺序依次进行编号，编号分别为1,2,...,i,...,n，并将若干子区域编号发送至存储数据库；

所述图像获取模块包括若干高清摄像头，分别安装在各子区域内，且各子区域与若干高清摄像头一一对应，用于对各子区域内种植的食用菌进行图像获取，通过高清摄像头获取各子区域内种植的食用菌生长外表图像，将获取的各子区域内种植的食用菌生长外表图像发送至筛选处理模块；

所述筛选处理模块用于接收图像获取模块发送的各子区域内种植的食用菌生长外表图像，将接收的各子区域内种植的食用菌生长外表图像进行多种不同的矩形筛选框进行筛选，提取包裹食用菌生长外表的最小矩形，并去除该矩形区域之外的图像，对保留的矩形区域图像进行归一化处理和图像增强处理，将增强后的各子区域图像发送至特征提取模块；

所述特征提取模块用于接收筛选处理模块发送的各子区域内种植的食用菌生长外表增强图像，对各子区域内种植的食用菌生长外表增强图像进行特征提取，提取各图像中多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征，将提取的各增强图像中多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收特征提取模块发送的各增强图像中多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征，提取存储数据库中存储的食用菌各生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征，将接收的各增强图像中多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征与食用菌各生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征进行对比，若多数相似的食用菌菌帽、长度和杆茎轮廓特征同时满足食用菌某生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征，则食用菌处于该生长阶段，若多数相似的食用菌的菌帽、长度和杆茎轮廓特征不同时满足食用菌某生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征，则食用菌处于该生长阶段的前一阶段，统计各子区域内种植的食用菌所处于的生长阶段，可以精准判断食用菌是否到达成熟期，具有准确性高的特点，保障了食用菌的合格品质，同时将各子区域内种植的食用菌所处于的生长阶段发送至环境检测模块；

所述环境检测模块包括温度检测单元、湿度检测单元、含氧量检测单元、光照强度检测单元和酸碱度检测单元，温度检测单元为温度传感器，安装在各子区域内，用于实时检测若干子区域内空气的温度，湿度检测单元为湿度传感器，安装在各子区域内，用于实时检测若干子区域内空气的湿度，含氧量检测单元为氧气传感器，安装在各子区域内，用于实时检测若干子区域内空气中的含氧量，光照强度检测单元块为光照传感器，安装在各子区域内，用于实时检测若干子区域内光照强度，酸碱度检测单元为酸碱度测试仪，安装在各子区域内的培养基中，用于实时检测若干子区域内培养基的酸碱度；

所述环境检测模块用于接收分析服务器发送的各子区域内种植的食用菌所处于的生长阶段，检测各子区域内食用菌的种植环境参数中的温度、湿度、空气含氧量、光照强度和酸碱度，构成各子区域内种植环境参数数值集合pknr(pk1r,pk2r,...,pkir,...,pknr)，pkir表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内第k个种植环境参数数值，r＝r1,r2,r3,r4,r1表示为食用菌生长对应的前期生长阶段，r2表示为食用菌生长对应的中期生长阶段，r3表示为食用菌生长对应的后期生长阶段，r4表示为食用菌生长对应的成熟阶段，同时k＝k1,k2,k3,k4,k5，k1,k2,k3,k4,k5分别表示为种植环境参数中的温度、湿度、空气含氧量、光照强度和酸碱度，并将各子区域内种植环境参数数值集合发送至环境分析模块；

所述环境分析模块用于接收环境检测模块发送的各子区域内种植环境参数数值集合，提取存储数据库中存储的各生长阶段食用菌的种植环境参数中的标准温度范围、标准湿度范围、标准空气含氧量范围、标准光照强度范围和标准酸碱度范围，将各子区域内种植环境参数中的各参数数值分别与对应的生长阶段食用菌的种植环境参数中各参数数值标准范围进行对比，若某子区域内种植环境参数中的某参数数值处于对应的生长阶段食用菌的种植环境参数中对应的参数数值标准范围之内，表明该子区域内种植环境参数中的该参数符合要求，若某子区域内种植环境参数中的某参数数值处于对应的生长阶段食用菌的种植环境参数中对应的参数数值标准范围之外，表明该子区域内种植环境参数中的该参数不符合要求，统计种植环境参数中不符合要求参数的子区域编号，将种植环境参数中不符合要求参数的若干子区域编号发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收环境分析模块发送的种植环境参数中不符合要求参数的若干子区域编号，对若干子区域内种植环境参数中不符合要求参数进行调节，当某子区域内种植环境参数中的温度、湿度、空气含氧量、光照强度或酸碱度小于对应生长阶段食用菌的种植环境参数中对应的参数数值标准范围的最小值时，则适当增加对应的温度、湿度、空气含氧量、光照强度或酸性，当某子区域内种植环境参数中的温度、湿度、空气含氧量、光照强度或酸碱度大于对应生长阶段食用菌的种植环境参数中对应的参数数值标准范围的最大值时，则适当降低对应的温度、湿度、空气含氧量、光照强度或碱性，调节到各子区域对应生长阶段食用菌的种植环境参数中各参数数值标准范围之内，从而促进各生长阶段食用菌的生长，提高了食用菌的产量，降低了经济损失。

所述存储数据库用于接收区域划分模块发送的若干子区域编号，并存储食用菌各生长阶段对应的菌帽、长度和杆茎的标准特征，食用菌的各生长阶段分别为前期生长阶段、中期生长阶段、后期生长阶段和成熟阶段，存储各生长阶段食用菌的种植环境参数中的标准温度范围、标准湿度范围、标准空气含氧量范围、标准光照强度范围和标准酸碱度范围，同时存储各生长阶段食用菌的培养基所需的标准碳元素含量、标准氮元素含量、标准磷元素含量、标准钾元素含量、标准镁元素含量和标准维生素b含量；

所述培养基取样模块用于对各子区域内种植食用菌的剩余培养基进行取样，统计各子区域内种植食用菌的剩余培养基样本，构成各子区域内剩余培养基样本集合fnr(f1r,f2r,...,fir,...,fnr)，fir表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内剩余培养基样本,将各子区域内剩余培养基样本发送至培养基检测模块；

所述培养基检测模块包括培养基检测仪，用于接收培养基取样模块发送的各子区域内剩余培养基样本集合，通过培养基检测仪检测各子区域内剩余培养基样本中的碳含量、氮含量、磷含量、钾含量、镁含量和维生素b含量，依次构成各子区域内剩余培养基样本中各营养元素含量集合表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内剩余培养基样本中第l种营养元素含量，l＝l1,l2,l3,l4,l5,l6，l1表示为剩余培

养基样本中碳元素,l2表示为剩余培养基样本中氮元素，l3表示为剩余培养基样本中磷元素，l4表示为剩余培养基样本中钾元素，l5表示为剩余培养基样本中镁元素，l6表示为剩余培养基样本中维生素b，将各子区域内剩余培养基样本中各营养元素含量集合发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收培养基检测模块发送的各子区域内剩余培养基样本中各营养元素含量集合，提取存储数据库中存储的各生长阶段食用菌的培养基所需的标准碳元素含量、标准氮元素含量、标准磷元素含量、标准钾元素含量、标准镁元素含量和标准维生素b含量，将各子区域内剩余培养基样本中各营养元素含量与对应的生长阶段食用菌的培养基所需对应的营养元素标准含量进行对比，得到各剩余培养基中各营养元素含量对比集合表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内剩余培养基样本中第l种营养元素含量与对应的生长阶段食用菌的培养基所需对应的标准营养元素含量对比的差值，若某剩余培养基中某营养元素含量对比差值大于或等于零，表明该剩余培养基不需要补充该营养元素，若某剩余培养基中某营养元素含量对比差值小于零，表明该剩余培养基需要补充该营养元素，统计各剩余培养基需要补充的营养元素，将各剩余培养基需要补充的营养元素发送至远程控制中心；

同时，分析服务器根据各剩余培养基中各营养元素含量对比差值并结合各子区域内种植环境参数中各参数数值，评估各子区域内食用菌品质预估影响系数，各子区域内食用菌品质预估影响系数pkir表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内第k个种植环境参数数值，r＝r1,r2,r3,r4，和分别表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内第k个种植环境参数数值标准范围的最大值和最小值，k＝k1,k2,k3,k4,k5，表示为第r个生长阶段对应的第i个子区域内剩余培养基样本中第l种营养元素含量与对应的生长阶段食用菌的培养基所需对应的标准营养元素含量对比的差值，l＝l1,l2,l3,l4,l5,l6，rl标表示为第r个生长阶段食用菌的培养基所需的第l种营养元素标准含量，e表示为自然数，等于2.718，并将各子区域内食用菌品质预估影响系数发送至显示终端；

所述远程控制中心用于接收分析服务器发送的各剩余培养基需要补充的营养元素，并通知相关人员，相关人员采用注射的方式对各剩余培养基需要补充的营养元素进行注射补充，避免了培养基的营养过于丰富，减少了栽培成本，降低了杂菌污染率。

所述显示终端用于接收分析服务器发送的各子区域内食用菌品质预估影响系数，并进行显示，直观地展示食用菌在整个生长过程中的生长影响情况，为后期种植稳定的食用菌品质提供可靠的基础，从而提高食用菌的品质和产量。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。