应用于果园的气象灾害动态监测数据感知系统

本发明涉及气象灾害动态监测，具体为应用于果园的气象灾害动态监测数据感知系统。

背景技术：

1、

2、随着全球气候变暖，极端天气气候事件的出现频率发生变化，极端气象事件的出现将更加频繁，果园受到气象灾害的风险和次数也更加频繁，带来的经济损失也更加巨大，基于此，种植农户为了降低果园损失，通常会在果园内部加装动态监测系统，对果园内的气象条件形成监测，在发生气象灾害或者即将发生气象灾害时，能够及时感知。

3、现有的动态监测系统通常具有若干个固定的监测端，不断的获取气象数据，进行预测和分析，进而对气象变化进行预测和判断。但是果园并不完全分布于平地上，为了降低租金成本，更多的果园处于山地上，果园的面积较大时，会覆盖多个山头，占地数百上千亩，但是由于山地各个区域地形的坡度不同，阳光照射不同，导致各个区域气候条件存在一定的差异，因此如果在固定的监测端获取数据后进行平均处理，会导致难以发现其中的异常区域，果农会忽视其中的小部分区域，还是会给果农带来经济损失。

4、为此，提供了应用于果园的气象灾害动态监测数据感知系统。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了应用于果园的气象灾害动态监测数据感知系统，通过设置第一检测单元，对气象条件进行第一维度检测，构建第一检测数据集；将第一检测数据集发送至第一处理单元，获取第一环境评价值po及其预测值，确定果园内异常区域并在电子地图上标记；将巡检路径发送至控制单元，控制巡检机器人单元沿着巡检路径对果园内的异常区域内进行第二维度检测，形成第二环境评价值pt，获取异常区域涉及的异常因素，依据异常因素确定果园的即将发生灾害的特征，及相应灾害影响并输出。在果园内部发生气象灾害或者即将发生灾害时，快速确定可能会带来的破坏，对动态监测取得更为直观的判断，对动态监测的方式形成优化，解决了背景技术中的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：应用于果园的气象灾害动态监测数据感知系统，包括，以固定的间隔，在果园内部均匀设置若干个检测点，检测点包含有第一检测单元，由第一检测单元对邻近区域内的气象条件进行第一维度检测，获取到相应的检测信息后，构建第一检测数据集；将第一检测数据集发送至第一处理单元，获取第一环境评价值po及其预测值，分别将其与相应阈值对比，判断出其中超出阈值的部分并输出，确定果园内异常区域并在电子地图上标记；在异常区域占比超过预设比例时，预警单元向用户发出预警；依据异常区域的异常程度及位置，确定巡检路径，将巡检路径发送至控制单元，巡检机器人单元具有第二检测单元，由控制单元依据巡检路径形成相应的控制指令，控制巡检机器人单元沿着巡检路径对果园内的异常区域内进行第二维度检测，建立第二检测数据集；

5、将第二检测数据集发送至评估模块，关联形成第二环境评价值pt，获取异常区域涉及的异常因素；将异常因素发送至第二处理单元，依据异常因素确定果园的即将发生灾害的特征，及相应灾害影响，并且输出；如果灾害程度超过预期，由报警模块处报警；控制无人机巡检单元依据第一检测单元在果园内分布，对果园内部进行巡检，无人机巡检单元携带有机器视觉系统，对果园进行视频监控，获取果树的实时图像，依据图像识别，判断出果树当前是否受到损害，如果判断果木受到损害，则由报警模块向用户发出警报。

6、进一步的，所述第一检测单元包括露点温度检测模块、风速测速仪及空气温湿度检测模块，在结露时间段，设置露点温度检测模块获取结露温度t；设置风速测速仪，获取当日最大风速与最小风速之间的均值，作为风速s；设置空气温湿度检测模块，获取当日最大的温湿度，作为空气温湿度sd；获取结露温度t、风速s及温湿度sd，构建第一检测数据集。

7、进一步的，所述第一处理单元包括评价模块、分析模块、预测模块、路径规划模块及电子地图模块，将第一检测数据集发送至评价模块，由评价模块获取结露温度t、风速s及温湿度sd，进行关联后，获取第一环境评价值po；将第一环境评价值po发送至分析模块，将其与相应阈值对比，如果超出阈值，基于自回归求和移动平均模型构建完成分析模块，由分析模块获取第一检测数据集，确定第一环境评价值po的预测值。

8、进一步的，第一环境评价值po的获取方式符合如下公式：

9、

10、其中，0≤α≤1，0≤β≤1，α、β为比例系数，且α+β＝1，用户依据实际经验通过改变的α、β的数值，来对第一环境评价值po进行修正，d为常数修正系数，所述r为结露温度t、风速s之间的相关性系数。

11、进一步的，通过无人机巡检单元及巡检机器人单元对果园区域进行成像，对果园建立电子地图，完成电子地图模块的构建；

12、将第一检测单元在电子地图模块上进行标记，并且将第一环境评价值po及其预测值超出阈值的部分在电子地图模块上做显著性的标记，将具有显著性标记的区域记录为异常区域；依据第一环境评价值po及其预测值超出相应阈值的程度，对第一环境评价值po及其预测值进行排序，生成排序结果；依据路径规划算法，构建路径规划模型，经过训练和测试后，构建路径规划模块，由路径规划模块结合排序结果及异常区域的位置，确定巡检路径并且输出。

13、进一步的，所述第二检测单元包括土壤温湿度检测模块、光照强度检测模块及土壤导电率检测模块；通过土壤温湿度检测模块在巡检区域内，采集土壤温湿度，并获取若干个的检测点的土壤温湿度的平均值，形成温湿度st；

14、土壤导电率检测模块采集土壤电导率，形成电导率dl；在地面存在阳光直射时，在异常区域内，光照强度检测模块获取光照强度sq；获取温湿度st、电导率dl及光照强度sq，构建第二检测数据集。

15、进一步的，将第二检测数据集发送至评估模块，选用当前的温湿度st、电导率dl及光照强度sq，进行无量纲处理，关联形成第二环境评价值pt；第二环境评价值pt生成方法符合如下公式：

16、

17、其中，0≤γ≤1，0≤δ≤1，0≤θ≤1，且1.54≤γ+δ+θ≤2.34，γ、δ、θ、分别为温湿度因子γ、电导率因子δ，光照因子θ，其具体值由用户调整设置，c为常数修正系数。

18、进一步的，将第二环境评价值pt与相应的阈值进行对比，如果第二环境评价值pt超出相应阈值，获取即将超出相应阈值的第一环境评价值po，及未超出相应阈值的第二环境评价值pt；

19、进行无量纲处理，关联获取环境关联值p(t，o)，判断环境关联值p(t，o)是否大于阈值，如果大于阈值，获取异常区域涉及到的温湿度st、电导率dl及光照强度sq，结露温度t、风速s及温湿度sd中即将超出阈值的部分，记为异常因素。

20、进一步的，环境关联值p(t，o)获取方式如下：

21、

22、其中，0≤k1≤，0≤k2≤1，且k12+k22＝，k2、k1为权重，具体值由用户调整设置；

23、

24、其中，poi为第一环境评价值预期均值，pti为第二环境评价值预期均值。

25、进一步的，所述第二处理单元包括灾害特征库、灾害影响库及输出模块，其中，依据异常因素超出相应阈值的比例，确定异常因素的异常程度，将异常因素发送至灾害特征库，依据异常因素与灾害特征库中的灾害特征间的相似度，确定与异常因素相对应的灾害特征；依据异常因素的异常程度，将灾害特征在灾害影响库内检索；

26、如果检索到相应的灾害影响输出，由输出模块输出，如果未检测到，则说可能发出的灾害影响超过预期，或者灾害影响库内并未收录相应的影响，由报警模块发出警报。

27、(三)有益效果

28、本发明提供了应用于果园的气象灾害动态监测数据感知系统。具备以下有益效果：

29、基于结露温度t、风速s及温湿度sd，获取第一环境评价值po，通过将不同维度的子因素关联在一起，对果木的树冠及以上高度的气象环境进行评价，相对于单一因素，综合性更好，能够整体上的进行参考和评价。

30、通过获取温湿度st、电导率dl及光照强度sq，对果木树冠下方的部分，进行第一维度检测，从土壤及光照的角度，针对于已经存在异常区域进行二次检测，能够区别于第一环境评价值po，在接近地面的区域，对异常区域形成复检，重新判断，评价覆盖面更广。

31、在确定了异常区域之后，选择即将超出相应阈值的第一环境评价值po，及当前未超出相应阈值的第二环境评价值pt，分别进行预测，获取下一周期的预测值，并且进行关联，对异常区域做整体性的评价，涉及因素更多，更加全面，而且基于自回归求和移动平均模型，能够对气象条件的变化形成预测的作用，完成动态监测。

32、通过设置第二处理单元及报警模块，在对果园内的气象条件进行动态监测及预测，在果园内部发生气象灾害或者即将发生灾害时，快速确定可能会带来的破坏，使用户在对果园内部的气象条件的进行动态监测时，能够对动态监测取得更为直观的判断，对动态监测的方式形成优化。