一种基于数据分析的农业指导系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于数据分析的农业指导系统，传感模块，用于采集农作物种植参数，农作物种植参数包括气候温度、气候湿度、土壤湿度、土壤酸碱度、氧气量、二氧化碳量中至少一种；图像模块，用于采集农作物图像数据；气候数据模块，用于获取预设时间段内农作物位置所处的气候数据；指导中心，用于接收传感模块、图像模块、气候数据模块采集的数据，提取图像数据的图像特征后，计算农作物参数、图像特征及气候数据对应的生成指标及产量预估值，并查询预设的数据库获取对应的指导信息，将指导信息推送至农户移动设备。本发明降低了农产品生产过程中的监测门槛，降低了种植难度，降低了生产成本，适合现代化精细农业的发展。
【专利说明】
一种基于数据分析的农业指导系统
技术领域
[0001]本发明属于农业技术领域，具体而言，涉及一种基于数据分析的农业指导系统。
【背景技术】
[0002]目前我国农业生产上大部分农民的专业种植知识匮乏，对于有些自身不能解决的问题，需要农业专家进行现场指导，对有限的农业专家来说，对不同地区的多个农户亲临指导，可能会出现问题解决不及时的情况，呈现出农业专家短缺的状况，效率不高，且不适合现代化精细农业的发展。
[0003]而目前市场上的农业指导平台仅仅实现了对种植参数的采集，并不能根据农作物的图像数据以及当地气候数据实现对农作物生成指标的计算以及产量的预估。
【发明内容】
[0004]为解决现有农作物生产效率低、农作物指导门槛高，且农作物产量不可预估的技术缺陷，本发明通过数据模块实现采集农作物种植参数及其图像数据和气候数据并对其进行分析，实现对农作物用户进行指导并预估产量的目的。
[0005]本发明提供了一种基于数据分析的农业指导系统，包括传感模块、图像模块、气候数据模块和指导中心，其中，
[0006]所述传感模块，用于采集农作物种植参数，所述农作物种植参数包括气候温度、气候湿度、土壤湿度、土壤酸碱度、氧气量、二氧化碳量中至少一种；
[0007]所述图像模块，用于采集农作物图像数据；
[0008]所述气候数据模块，用于获取预设时间段内所述农作物位置所处的气候数据；
[0009]所述指导中心，用于接收所述传感模块、所述图像模块、所述气候数据模块采集的数据，提取所述图像数据的图像特征后，计算所述农作物参数、所述图像特征及所述气候数据对应的生成指标及产量预估值，并查询预设的数据库获取对应的指导信息，将所述指导信息推送至农户移动设备。
[0010]进一步，所述指导中心包括
[0011]分析模块，分析模块，用于接收所述传感模块、所述图像模块及所述气候数据模块采集的数据，将所述图像数据进行数据挖掘提取图像特征后，利用预设的算法计算所述农作物参数、所述图像特征及所述气候参数的生长指标，并查询所述数据库获取所述生长指标对应的指导信息；
[0012]产量预估模块，用于根据所述生长指标计算所述农作物的产量预估值；
[0013]数据库，用于存储生长指标与指导信息的关联关系，获取并存储产量预估模块计算的生长指标与产量预估值对应关系。
[0014]进一步，所述分析模块还包括
[0015]注册子模块，用于接收农户的注册用户信息，所述注册用户信息包括地区、农作物品种、种植日期、灌溉信息或施肥信息；
[0016]存储子模块，用于存储所所述农作物参数、农作物图像以及气候数据和所述注册用户信息。
[0017]进一步，所述指导中心还包括
[0018]执行模块，用于根据所述指导信息生成相应的控制指令，将所述控制指令发送至相应的控制设备。
[0019]进一步，所述控制设备包括无人机、机器人、智能水栗或移动设备。。
[°02°] 进一步，所述指导中心还包括
[0021]通信模块，用于接收农户利用所述移动设备发送的音/视频请求；
[0022]匹配模块，用于将所述音/视频请求转发至在线的专家客户端。
[0023]进一步，所述传感模块包括温度传感器、湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、土壤酸碱度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、热感应设备中至少一种。
[0024]进一步，所述图像模块包括光学设备、多光谱设备或摄像设备。
[0025]综上，本发明降低了农产品生产过程中的监测门槛，降低了种植难度及生产成本，适合现代化精细农业的发展，同时实现了预估农作物产量的目的。
【附图说明】
[0026]图1为本发明所述的基于数据分析的农业指导系统一个实施例的框图结构示意图；
[0027]图2为本发明所述的基于数据分析的农业指导系统中指导中心一个实施例的框图结构示意图；
[0028]图3为本发明所述的基于数据分析的农业指导系统中指导中心另一个实施例的框图结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0030]如图1所示，本发明提供了一种基于数据分析的农业指导系统，包括传感模块100、图像模块200、气候数据模块300和指导中心400。
[0031]其中，
[0032]所述传感模块100，用于采集农作物种植参数，所述农作物种植参数包括气候温度、气候湿度、土壤湿度、土壤酸碱度、氧气量、二氧化碳量中至少一种。
[0033]进一步，所述传感模块可选的包括温度传感器、湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、土壤酸碱度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、热感应设备等。具体实施时，所述土壤湿度传感器、土壤温度传感器、土壤酸碱度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器可选的设置在种植农作物的土壤中，而温度传感器、湿度传感器则可选的设置在农作物附近;或者还可选的在无人机上安装热感应设备(如热感应相机)，通过无人机的飞行作业实现测量农作物表面温度和土壤温度。具体实施时，所述热感应相机还可选的根据测量处的农作物表明温度和土壤温度计算土壤湿度。
[0034]所述图像模块200，用于采集农作物图像数据。进一步，所述图像模块包括光学设备、多光谱设备、摄像设备等。具体实施时，所述摄像设备可选设为手机、ipad、相机等具备拍照功能的设备。
[0035]所述气候数据模块300，用于获取预设时间段内所述农作物位置处的气候数据。具体实施时，所述气候数据可以是历史数据，也可以是短期/长期天气预报。
[0036]所述指导中心400，用于接收所述传感模块、所述图像模块、所述气候数据模块采集的数据，提取所述图像数据的图像特征后，计算所述农作物参数、所述图像特征及所述气候数据对应的生成指标及产量预估值，并查询预设的数据库获取对应的指导信息，将所述指导信息推送至农户移动设备。
[0037]本实施例的目的在于通过所述的指导中心接收传感模块、图像模块、气候数据模块采集的数据。具体实施时，所述指导中心接收到的农作物种植参数可选为所述传感模块直接发送，也可选的发送至农户移动设备后再转发至所述指导中心。
[0038]具体实施时，所述传感模块可选的为射频传感器，当传感模块为射频传感器时，所述传感模块采集的农作物种植参数的传输距离收到限制，因此当传感模块为射频传感器时可选的设置相应的基站，从而延长数据传输范围。具体实施时，传感器还可选择将采集的农作物种植参数传输至农户移动设备，再利用移动设备将转发至所述指导中心。
[0039]具体实施时，所述传感模块还可选的设为无线传感模块，所述无线传感模块可选的为wif i传感器、z igbee传感器、1ra传感器等无线传感器。具体实施时，当传感模块为z igbee传感器、1ra传感器时，相应设置转换网关，通过转换网关实现利用internet将所述传感模块采集数据发送至所述指导中心。
[0040]进一步，相同地，所述图像模块也可选直接实现将农作物图像数据发送至指导中心，也可选的经农户移动设备转发。随着智能设备的普及，农户可选的利用手机拍摄农作物图像，将所述农作物图像发送至指导中心，经由指导中心计算该农作物的生长指标，从而判断所述农作物的生长状态如是否缺肥、是否长虫等，进而向用户推送指导信息。
[0041]具体实施时，所述指导中心可选的设为应用服务器。所述指导中心与所述气候数据模块可选的集合为一体，也可选的为独立的两个装置。当为独立的两个装置时，所述气候数据模块可选的设为气象站、气候数据服务公司、天气预报台、气象卫星等，应用服务器接收所述气候数据模块发送的各地某段时间内的气候数据。还可选将所述指导中心设为相互连接的应用服务器和云服务器，所述指导中心接收到的数据可选的存储在应用服务器上，还可选定存储在云服务器，或者应用服务器及云服务器均存储达到备份的目的。具体实施时，所述云服务器的数量可选的包括多个，当包括多个云服务器时，所述应用服务器与所述云服务器还可选的通过负载均衡器连接，通过负载均衡器的设置实现云服务器的负载均衡
[0042]进一步，如图2所示，所述指导中心包括数据库410、分析模块420、产量预估模块430。
[0043]其中，
[0044]分析模块420，用于接收所述传感模块、所述图像模块及所述气候数据模块采集的数据，将所述图像数据进行数据挖掘提取图像特征后，利用预设的算法计算所述农作物参数、所述图像特征及所述气候参数的生长指标，并查询所述数据库获取所述生长指标对应的指导信息。
[0045]具体实施时，提取所述图像数据的图像特征可选的利用HOG算法。
[0046]HOG算法特征提取方法就是将一张图片按照如下过程进行:
[0047]I)获取农作物图片进行灰度化(将图像看做一个x，y，z(灰度)的三维图像)；
[0048]2)采用Gamma校正法对输入图像进行颜色空间的标准化(归一化)；
[0049]3)计算图像每个像素的梯度(包括大小和方向)；
[0050]4)将图像划分成小cells(例如6*6像素/cell);
[0051]5)统计每个cel I的梯度直方图(不同梯度的个数)，即可形成每个cel I的descriptor；
[0052]6)将每几个ce11组成一个block(例如3*3个cel I/block)，一个block内所有cel I的特征descriptor串联起来便得到该block的HOG特征descriptor。
[0053]7)将图像内的所有block的HOG特征descriptor串联起来就可以得到该图像的HOG特征 descriptor ο
[0054]归一化植被指数是反映农作物长势和营养信息的重要参数之一，也是生长指标算法之一，英文缩写为NDVI，其计算公式为NDVI = (NIR-R)/(NIR+R)，其中NIR为近红外波段的反射值，R为红光波段的反射值。
[0055]产量预估模块430，用于根据所述生长指标计算所述农作物的产量预估值。相比较现有的农作物指导平台，本发明所述的指导中心提取农作物图像数据的图像特征后，计算所述农作物参数、图像特征及气候数据计算农作物的生长指标及产量预估值。本发明不仅仅提供了根据数据库存储的生长指标与指导信息的关联关系，获取并存储产量预估模块计算的生长指标与产量预估值对应关系实现获取预测农作物产量的目的，还能够通过指导中心计算的结果实时更新数据库，进而提高根据农作物参数、图像特征和气候数据实现提高预估农作物产量的精度的目的，进而实现相关专家根据所述农作物的产量进行农作物种植安排。
[0056]数据库410，用于存储生长指标与指导信息的关联关系，获取并存储产量预估模块计算的生长指标与产量预估值对应关系。
[0057]进一步，所述分析模块还包括
[0058]注册子模块4201，用于接收农户的注册用信息，所述注册用户信息包括地区、农作物品种、种植日期、灌溉信息或施肥信息；
[0059]存储子模块4202，用于存储所所述农作物参数、农作物图像以及气候数据和所述注册用户信息。
[0060]具体实施时，农户可选的利用移动设备注册用户信息，获取农户的种植的地区、农作物品种、种植日期、灌溉信息、施肥信息等信息。初期分析模块可选的根据计算的生长指标查询预设的数据库实时向农户推送相应的指导信息(即种植信息)对农户进行指导，同时还能实时根据传感模块、图像模块、气候数据模块监测农户的种植行为是否科学，并进行相应的指导。
[0061 ] 进一步，如图3所示所述指导中心还包括
[0062]执行模块440，用于根据所述指导信息生成相应的控制指令，将所述控制指令发送至相应的控制设备。进一步，所述控制设备包括无人机、机器人、智能水栗或移动设备。具体实施时，所述无人机可选的为植保无人机。
[0063]所述执行模块的目的在于发送控制指令，控制控制设备执行相应的操作，如灌溉、施肥、除虫、除草等。本发明利用执行及控制设备的设置实现了农作物种植的自动化、智能化指导，提高了农作物的精细化种植。
[0064]进一步，如图3所示，所述指导中心还增设有
[0065]通信模块450，用于接收农户利用所述移动设备发送的音/视频请求;具体实施时，通信模块还可选的利用预置的电话快捷键实现向专家拨号从而获取可选的种植意见。
[0066]匹配模块460，用于将所述音/视频请求转发至在线的专家客户端。
[0067]本发明不仅仅适用于大机器化生成还可选的通过通信模块及匹配模块的设置向农户提供了一对一的种植指导，农户利用移动设备上通信模块直接实现与专家的一对一对话，农户通过通信模块与专家实现语音或视频的通信获取科学的指导意见。
[0068]具体实施时，所述匹配模块可选通过心跳判断专家客户端是否在线，进一步还可选择将所述音/视频请求发送至距离所述农户一定距离范围的在线的专家客户端。
[0069]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于数据分析的农业指导系统，其特征在于，包括传感模块、图像模块、气候数据模块和指导中心，其中， 所述传感模块，用于采集农作物种植参数，所述农作物种植参数包括气候温度、气候湿度、土壤湿度、土壤酸碱度、氧气量、二氧化碳量中至少一种； 所述图像模块，用于采集农作物图像数据； 所述气候数据模块，用于获取预设时间段内所述农作物位置所处的气候数据； 所述指导中心，用于接收所述传感模块、所述图像模块、所述气候数据模块采集的数据，提取所述图像数据的图像特征后，计算所述农作物参数、所述图像特征及所述气候数据对应的生成指标及产量预估值，并查询预设的数据库获取对应的指导信息，将所述指导信息推送至农户移动设备。2.根据权利要求1所述的基于数据分析的农业指导系统，其特征在于，所述指导中心包括 分析模块，用于接收所述传感模块、所述图像模块及所述气候数据模块采集的数据，将所述图像数据进行数据挖掘提取图像特征后，利用预设的算法计算所述农作物参数、所述图像特征及所述气候参数的生长指标，并查询所述数据库获取所述生长指标对应的指导信息; 产量预估模块，用于根据所述生长指标计算所述农作物的产量预估值； 数据库，用于存储生长指标与指导信息的关联关系，并获取并存储产量预估模块计算的生长指标与产量预估值对应关系。3.根据权利要求2所述的基于数据分析的农业指导系统，其特征在于，所述分析模块还包括 注册子模块，用于接收农户的注册用户信息，所述注册用户信息包括地区、农作物品种、种植日期、灌溉信息或施肥信息； 存储子模块，用于存储所所述农作物参数、农作物图像以及气候数据和所述注册用户?目息O4.根据权利要求2所述的基于数据分析的农业指导系统，其特征在于，所述指导中心还包括 执行模块，用于根据所述指导信息生成相应的控制指令，将所述控制指令发送至相应的控制设备。5.根据权利要求4所述的基于数据分析的农业指导系统，其特征在于，所述控制设备包括无人机、机器人、智能水栗或移动设备。6.根据权利要求2所述的基于数据分析的农业指导系统，其特征在于，所述指导中心还包括 通信模块，用于接收农户利用所述移动设备发送的音/视频请求； 匹配模块，用于将所述音/视频请求转发至在线的专家客户端。7.根据权利要求1所述的基于数据分析的农业指导系统，其特征在于，所述传感模块包括温度传感器、湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、土壤酸碱度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、热感应设备中至少一种。8.根据权利要求1所述的基于数据分析的农业指导系统，其特征在于，所述图像模块包括光学设备、多光谱设备或摄像设备。
【文档编号】G06Q50/02GK106060174SQ201610599386
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月27日 公开号201610599386.1, CN 106060174 A, CN 106060174A, CN 201610599386, CN-A-106060174, CN106060174 A, CN106060174A, CN201610599386, CN201610599386.1
【发明人】胡央
【申请人】昆山阳翎机器人科技有限公司