入侵害虫图像与环境数据一体化采集与分析系统

本发明属于农业生产，具体涉及一种入侵害虫图像与环境数据一体化采集与分析系统。

背景技术：

1、随着全球人口的增长和经济的发展，农业生产的可持续性和高产成为了迫切的需求。在这一背景下，精准农业技术逐渐崛起，以提高农业生产的效率和质量。然而，农业生产中的害虫侵入问题仍然严重影响了农作物的产量和质量。据统计，害虫每年导致全球15-20%的作物损失，并间接或直接传播病害和病毒，破坏生态平衡。害虫对农业的影响不仅仅局限于作物损失，还包括对农业生产的直接成本，如昆虫控制和防治措施的开支，以及对农业生产和生态环境保护的间接成本，如抗药性的增加和生态系统平衡的破坏。因此，农业界一直在寻求各种方法和技术来预防和控制害虫的入侵。

2、传统的害虫监测预警方法涉及手动放置粘虫板并通过定时手动拍摄来捕获图像，这是一项费力费时的工作。为了解决这些挑战并降低劳动成本，研究人员一直致力于开发远程控制野外害虫监测系统。这些系统通常由三部分组成：粘虫板图像采集、信息处理和终端数据可视化。无线远程监测系统显著减少了获取野外害虫信息所需的人力和物质资源。

3、云服务技术为基于深度学习的害虫监测预警系统提供了数据存储和计算能力，使得该系统可以实现实时性、高效性和可扩展性。云服务技术的应用可以实现害虫监测数据的远程存储和访问，方便研究人员和农业从业者共享和利用这些数据，为决策提供支持。云服务技术还可以帮助提高系统的可扩展性，使得系统可以轻松地适应不同规模的农业生产和生态环境保护需求。

4、在农作物环境数据的采集和分析的需求下，农业物联网已成为全球现代化和改进农业实践的关键技术。通过将物联网设备和传感器纳入农业系统，研究人员和从业者可以有效地监测、管理和优化作物生产的各个方面，包括害虫管理和环境参数监测。

5、大规模的农业区域部署和扩展需要强大且高效的无线通信以及用于数据收集和处理的低功耗设备，本发明解决了这些问题，能够适应复杂的农业生产环境，实时捕获害虫图像，识别害虫种类，监测环境状况，对农业中系统实际应用以及大规模早期预警体系建设至关重要。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种入侵害虫图像与环境数据一体化采集与分析系统，以解决现有技术中害虫监测预警存在的不足，实现在复杂的农业生产环境中也能够实时捕获害虫图像，识别害虫种类，监测环境状况等功能。

2、一种入侵害虫图像与环境数据一体化采集与分析系统，包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括微处理器、害虫诱捕与固定模块，红外相机模块、环境检测模块、通讯模块和电源管理模块，所述红外相机模块通过usb接口与所述微处理器配合连接，所述环境检测模块通过串行通信总线与所述微处理器配合连接，所述通讯模块通过mini pcie接口与所述微处理器配合连接，所述电源管理模块通过电源稳压电路与所述微处理器配合连接，所述害虫诱捕与固定模块与所述红外相机模块配合连接；所述软件系统用于负责处理所述硬件系统建收集到的数据，并为用户提供远程访问和控制系统的接口，包括通信协议、嵌入式程序和云服务器；通过所述红外相机模块和所述环境检测模块对入侵害虫进行拍摄同时使用多传感器获取农作物环境数据，将图像和数据上传至所述云服务器进行害虫种类识别和环境分析，对入侵害虫的图像与环境数据进行一体化的实时采集与分析。

3、进一步地，所述微处理器用于接收所述环境检测模块和所述红外相机模块的数据，并将所述红外相机模块传输的图像以及所述环境检测模块收集到的数据存储在micro-sd卡上以便长期保存数据，所述微处理器的主控电路采用stmf407系列芯片，通过所述usb接口、所述mini pcie接口与所述串行通信总线分别连接所述红外相机模块、所述环境检测模块和所述通讯模块；所述主控电路还具有完善的日志管理，能够通过串行端口输出的日志进行调试，同时系统运行过程中的日志文件也将自动上报，以便在云端分析系统的工作情况。

4、进一步地，所述害虫诱捕和固定模块用于诱捕和监测目标害虫，并控制监测背景为后续识别创造稳定环境，包括性诱剂和粘虫板，粘虫板采用白色粘性昆虫板；性诱剂包括信息素，信息素是昆虫释放的用于交配目的的半化学物质，在害虫管理中能够利用信息素来引诱并捕获目标害虫。

5、进一步地，所述红外相机模块用于接收来自主控电路的控制信号，拍摄入侵害虫的图像以便识别，所述红外相机模块包括红外传感器和传感相机；在工作模式时，能够接收来自主控电路的控制信号来拍摄图像，拍摄的图像保存在该红外相机模块配备的sd卡中，主控电路可以通过usb协议读取sd卡中保存的图像，完成读取后删除图像防止重复传输。

6、进一步地，所述环境检测模块用于获得环境的数据信息，包括光照强度传感器、温湿度传感器、气压计、风速计以及土壤传感器。

7、进一步地，所述通讯模块用于农业物联网高速数据传输和数据监测，包括4g模组和gps。

8、进一步地，所述电源管理模块用于根据电路需求和太阳能电池板发电的情况，通过调度实现对能量的管理，所述电源管理模块包括太阳能电池板、电池管理模块和电量存储模块。

9、进一步地，所述云服务器包括mqtt服务器、web服务器和sql数据库结构，在前端web页面，用户可以通过浏览器访问监视图像、环境传感器数据和电池信息，并通过服务器发送指令来控制或更改终端工作参数；所述mqtt服务器负责与硬件端的消息通信，将硬件端发布的消息转发给web服务器；所述web服务器是所述云服务器的核心，用于将硬件系统上传的消息解析为环境参数、系统运行日志以及图像，并针对每一张图像调用tph-yolov5算法识别api，最后将相关数据存储在数据库中。

10、进一步地，所述通信协议采用mqtt协议，通过低功耗的mqtt协议将micro-sd卡中存储的环境参数、系统工作日志与采集到的图像依次传输到所述云服务器端。

11、进一步地，所述嵌入式程序包括各种数据收集、存储和传输任务，以及相机控制和系统参数管理，运行于ucos-ii操作系统上；所述嵌入式程序的运行流程为：软件系统启动时，首先获取系统时间，检查启动标志位，并通过收集环境数据和读取电池信息进行初始化；判断如果电池功率高于预定阈值时才打开ec25 4g模块连接网络，同时执行同步服务器控制参数、控制相机拍照和通过usb协议传输图像等高功耗任务；完成上述任务后，通过mqtt协议将micro-sd卡中存储的环境参数、系统工作日志与采集到的图像依次传输到云服务器端；确认服务端完整接收后，系统进入低功耗睡眠模式等待下一次唤醒，以节约电池电量。

12、与现有技术相比，本发明有以下优点：

13、（1）本发明通过红外相机模块和环境检测模块对入侵害虫进行拍摄同时使用多传感器（光照强度、温湿度、大气压强）获取农作物环境数据，将图像和数据上传至云服务器进行害虫种类识别和环境分析，实现了入侵害虫图像与环境数据一体化实时采集与分析，提高了数据的及时性和准确性；

14、（2）本发明搭建了友好的网站交互页面，支持对采集的图像标注和对自动识别结果的预览，并在网站页面上展示对害虫管理策略提供决策支持和对环境数据的分析；而现有的农作物环境采集系统只是单纯的展示实时环境数据，界面操作不够直观，不便于科研人员和农业管理人员使用；

15、（3）本发明能够适应复杂的实际农业生产环境，稳定、高效、全天候低功耗运行，保证轻量级的同时实现了云端的无线通信，便于大规模在农业实际生产中部署，监测害虫种群并接收早期预警警报。