一种基于增强现实的农业管控系统的制作方法

本发明涉及一种基于增强现实的农业管控系统，涉及智能农业技术领域。

背景技术：

设施农业是采用特定结构和性能的设施、工程技术和管理技术，改善或创造局部环境，为种植业、养殖业及其产品的储藏保鲜等提供相对可控制的最适宜的温度、湿度、光照度等环境条件，以期充分利用土壤、气候和生物潜能，在一定程度上摆脱对自然环境的依赖而进行的有效生产的农业。它是获得速生、高产、优质、高效的农产品的新型生产方式，是世界各国用以提供新鲜农产品的主要技术措施。目前很多的农业大棚仅仅是改善温度情况，保证在冬季等较为寒冷的气候情况下培育植物，进行农业生产，仍属于较为初级的阶段。现有农业技术仍存在智能化、自动化的程度不高的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于增强现实的农业管控系统，以解决现有的农业管控技术仍存在智能化、自动化的程度不高的问题，以及现有农业管控技术不能实现用户与真实场景中的虚拟信息之间的交互等问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于增强现实的农业管控系统，所述农业管控系统应用在至少一个监控区域内，其包括具有增强现实提供系统的智能移动终端、服务器、农业信息采集装置、环境调节装置；具有增强现实提供系统的智能移动终端通过无线网络与服务器通信连接；

农业信息采集装置包括多个摄像设备和高光谱成像光谱仪、以及多组环境参数监测传感器，多个摄像设备和高光谱成像设备可以是固定设置或移动设置；

多个摄像设备和高光谱成像设备均布在所述监控区域内并覆盖整个监控区域，各摄像设备用于采集其监控区域内的当前植物生长图像，高光谱成像光谱仪用于获取植物生长期光谱参数和生长特征曲线；

每组环境参数传感器至少包括光照传感器、温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤蒸渗传感器以及风向、风速传感器；

服务器，其上构建有一数据库，所述数据库内预存有不同生长阶段的健康生长状态下的植物图像及植物高光谱生理参数；

服务器与农业信息采集装置进行通信，用于接收环境参数传感器的当前环境参数、各摄像设备采集的当前植物图像和高光谱仪获取的植被生长参数；

所述服务器调取所述数据库内的多个生长阶段的健康状态下的植物图像及健康植被不同发育阶段高光谱参数特征曲线，并将监控区域的当前植物图像、光谱特征曲线与多个生长阶段的健康状态下的植物图像比对，从而确定各监控区域当前生长阶段植被是否受到温度、水分、光照、病虫害这些环境因素的胁迫；

如在监控区域内植物在当前生长阶段是不健康的，则所述服务器控制监控区域内的环境调节装置工作，以调节该监控区域的当前环境参数，直至该监控区域的当前环境参数满足要求；

多个摄像设备实时跟踪当前监控区域内被监控的农作物的场景，并通过服务器传给具有增强现实提供系统的智能移动终端，智能移动终端的增强现实提供系统能计算出摄像设备相对于真实场景的位置和方向角，并结合上一步中摄影像设备的位置信息对真实场景进行分析，并生成相对应的图像虚拟信息；智能移动终端的增强现实提供系统还将真实信息与虚拟信息合并进行融合显示，最后将融合后的视频显示到智能移动终端的显示器上，进行农作物的增强现实展示；智能移动终端的显示器在对农作物进行增强现实展示的同时，还会根据服务器监测的植物的当前生长阶段以及在当前生长阶段的健康状态可实时以文字或语音的方式进行提示或播报，给出用户处理意见。

本发明的有益效果是：

本发明在智能终端基于增强现实技术进行农业展示和管控，实现了被监控区域内的农作物的实时跟踪，目标跟踪元素特征包括图像的形状、颜色、边缘和纹理等，从而将虚拟信息准确地融合到真实环境中，本发明能自动判断植物生长情况、自动调节生长环境，产能实现与终端用户的交互。本发明是一种智能农业综合管理系统，实现了更为精细化的农业管控。本发明在硬件架构上，采用了环境参数传感器，从多维度监管农作物各阶段的各项指标参数。本发明的系统还具有自学习的优点。

附图说明

图1是本发明的原理框图，图2是本发明的实现原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1和2所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统应用在至少一个监控区域内，其包括具有增强现实提供系统的智能移动终端、服务器、农业信息采集装置、环境调节装置；具有增强现实提供系统的智能移动终端通过无线网络与服务器通信连接；

农业信息采集装置包括多个摄像设备和高光谱成像光谱仪、以及多组环境参数监测传感器，多个摄像设备和高光谱成像设备可以是固定设置或移动设置；

多个摄像设备和高光谱成像设备均布在所述监控区域内并覆盖整个监控区域，各摄像设备用于采集其监控区域内的当前植物生长图像，高光谱成像光谱仪用于获取植物生长期光谱参数和生长特征曲线；

每组环境参数传感器至少包括光照传感器、温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤蒸渗传感器以及风向、风速传感器；

服务器，其上构建有一数据库，所述数据库内预存有不同生长阶段的健康生长状态下的植物图像及植物高光谱生理参数；

服务器与农业信息采集装置进行通信，用于接收环境参数传感器的当前环境参数、各摄像设备采集的当前植物图像和高光谱仪获取的植被生长参数；

所述服务器调取所述数据库内的多个生长阶段的健康状态下的植物图像及健康植被不同发育阶段高光谱参数特征曲线，并将监控区域的当前植物图像、光谱特征曲线与多个生长阶段的健康状态下的植物图像比对，从而确定各监控区域当前生长阶段植被是否受到温度、水分、光照、病虫害这些环境因素的胁迫；

如在监控区域内植物在当前生长阶段是不健康的，则所述服务器控制监控区域内的环境调节装置工作，以调节该监控区域的当前环境参数，直至该监控区域的当前环境参数满足要求；

多个摄像设备实时跟踪当前监控区域内被监控的农作物的场景，并通过服务器传给具有增强现实提供系统的智能移动终端，智能移动终端的增强现实提供系统能计算出摄像设备相对于真实场景的位置和方向角，并结合上一步中摄影像设备的位置信息对真实场景进行分析，并生成相对应的图像虚拟信息；智能移动终端的增强现实提供系统还将真实信息与虚拟信息合并进行融合显示，最后将融合后的视频显示到智能移动终端的显示器上，进行农作物的增强现实展示；智能移动终端的显示器在对农作物进行增强现实展示的同时，还会根据服务器监测的植物的当前生长阶段以及在当前生长阶段的健康状态可实时以文字或语音的方式进行提示或播报，给出用户处理意见。

所述的服务器，能调取所述数据库内的多个生长阶段的健康状态下的植物图像，并将各监控区域的当前植物图像与多个生长阶段的健康状态下的植物图像比对，从而确定各监控区域的植物的当前生长阶段以及在当前生长阶段是否健康，如一个监控区域的植物在当前生长阶段是健康的，则将该监控区域的当前环境参数存储至所述数据库内，并将该当前环境参数作为当前生长阶段的标准环境参数。

农作物生长阶段包括顺序进行的普通生长阶段、开花阶段和结果阶段；

所述数据库内还预存有每个生长阶段的健康状态下的植物图像的多项健康特征，普通生长阶段的健康状态下的植物图像的多项健康特征包括由健康状态下的植物图像提取的叶片的总面积、植株高度以及主要分支的个数，开花阶段的健康状态下的多项植物图像的健康特征包括由健康状态下的植物图像提取的花朵数、叶片的总面积、植株高度以及主要分支的个数，结果阶段的健康状态下的植物图像的多项健康特征包括由健康状态下的植物图像提取的果实的个数、叶片的总面积、植株高度以及主要分支的个数；

确定各监控区域的植物的当前生长阶段，其具体过程为：从一个监控区域的当前植物图像识别生长特征，如生长特征为花，则植物处于开花阶段，如生长特征为果实，则植物处于结果阶段，从植物被种植到开花阶段之间，植物处于普通生长阶段，

确定各监控区域的植物在当前生长阶段是否健康，其具体过程为：根据植物的当前生长阶段，从当前植物图像中识别多项当前健康特征，并将识别出的各项当前健康特征与预存的健康状态下的健康特征比较，如各项当前健康特征与健康状态下的健康特征的差别在设定阈值之内，则确定植物是健康的，如任一项当前健康特征与健康状态下的健康特征的差别超出设定阈值的范围，则确定植物是不健康的。

具体实施方式二：本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，所述融合显示用于增强现实的农作物生长信息可视化，其具体过程为：

步骤一：动态获取农作物的图像，及植物生长阶段的高光谱参数；

步骤二：提取所述图像的边界线区域以及填充区域；

步骤三：根据所述图像与高光谱影像通过模式匹配获取所述农作物的当前生长状态信息与预测生长状态信息；

步骤四：根据所述当前生长状态信息将所述边界线区域使用第一颜色进行着色，并根据所述预测生长状态信息将所述填充区域使用第二颜色进行着色，得到着色后图像，所述着色后图像具有着色后边界区域以及着色后填充区域；

步骤五：显示所述着色后图像，即显示所述农作物的图像。

采用融合显示技术，实现了在终端的农作物的增强现实展示，用户还可以通过佩带立体显示眼镜来观察农作物，增强观看效果。

其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，其特征在于，在步骤一中，使用卡尔曼滤波模型每隔预定的帧数获取所述农作物的图像；

步骤四还包括：根据所述当前生长状态信息与所述填充区域的颜色将所述边界线区域使用第一颜色进行着色，并根据所述预测生长状态信息与所述填充区域的颜色将所述填充区域使用第二颜色进行着色。采用用卡尔曼滤波模型获取所述农作物的图像的轮廓更为清晰。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，着色后边界线区域以及着色后填充区域为可交互区域，用于在接收到事件触发信号后发生触发事件。其它与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，所述触发事件为显示能够表征农作物的当前生长状态和/或农作物的预测生长状态的文字和/或图像信息。其它与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：如图1所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，所述触发事件为显示能够表征农作物所在地理位置的坐标信息。这样能更为准确的监测农作物的生长环境。其它与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：如图1所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，所述着色后图像的透明度大于等于40％且小于等于60％。这样的透明度，不能掩盖植物原有的颜色状态，同时也能清楚辨识着色的信息。如透明度太高，无法辨识着色后的状态，如透明度太低，无法辨别原始的颜色状态，从而影响增强效果。其它与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：如图1所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，所述农业管控系统还包括多个无线传输节点3和中央传输单元4，将多个摄像设备和多组环境参数传感器分配成多个采集节点1，每个采集节点1至少包含一台摄像设备、一台高光谱成像光谱仪和一组环境参数监测传感器，用于收集一种或多种环境参数值，是基于增强现实的农业管控系统的农业环境参数数据采集终端，

所述环境调节装置包含多个调节控制节点2，每个调节控制节点2包含一种或多种系统环境参数调节设备；通过多个调节控制节点2调整一个监控区域内的环境参数，调节控制节点2是基于增强现实的农业管控系统的环境参数控制终端；

多个采集节点1、多个调节控制节点2均分成N组，N为三于等于3的自然数，多个无线传输节点3组成一个树状网络并覆盖所述一个监控区域，一组采集节点1和一组调节控制节点2与树状网络末端的无线传输节点3相连，位于树状网络起始端的无线传输节点3均与中央传输单元4通信连接，中央传输单元4负责将收集的整个网络的数据传输给服务器5，服务器5根据其数据库分析收集到的数据，根据需要将控制指令通过无线传输节点3发至相应的调节控制节点2，服务器5与具有增强现实提供系统的智能移动终端无线通信。其它与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：如图1所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，所述采集节点1包括PIC24F微处理器、RS485收发器、SHT15温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器、TGS4161二氧化碳传感器、KE-25氧气传感器、土壤水分传感器HS-102STR、LY-UMS蒸渗仪、HOBO风速风向传感器、SOC710VP便携式可见/近红外高光谱成像仪和传感器工作状态指示灯；PIC24F微处理器分别与RS485收发器、SHT15温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器、TGS4161二氧化碳传感器、KE-25氧气传感器、土壤水分传感器HS-102STR、LY-UMS蒸渗仪、HOBO风速风向传感器、SOC710VP便携式可见/近红外高光谱成像仪、传感器工作状态指示灯相连接；

采集节点1的湿度测量范围为5％～80％RH，温度测量范围为-37℃～+45℃，湿度测量精度为±2.0％RH，温度测量精度±0.5℃；

所述调节控制节点2包括PIC24F微处理器、RS485收发器、设备状态指示灯、6N137光耦和TheGTJ3-10A固态继电器，PIC24F微处理器分别与RS485收发器、设备状态指示灯、6N137光耦相连接，6N137光耦与TheGTJ3-10A固态继电器相连接；

所述无线传输节点3为ZigBee无线传输节点，ZigBee无线传输节点的内部模块连接关系为：PIC24F微处理器分别与RS485收发器、CC2431微处理器变压器相连接、CC2431微处理器与天线相连接；

所述中央传输单元4为ZigBee无线中央传输节点，ZigBee无线中央传输节点的内部模块连接关系为：PIC24F微处理器分别与RS232收发器、CC2431微处理器相连接、CC2431微处理器与天线相连接，RS232收发器与服务器5相连接；

所述无线通信采用蓝牙、WiFi、GSM或CDMA实现；所述智能移动终端为智能手机、平板电脑或PDA移动终端设备。

其它与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

具体实施方式十：如图1和2所示，本实施方式所述的基于增强现实的农业管控系统，所述监控区域为温室；通过智能移动终端能查看环境调节装置所覆盖区域的各类环境参数，通过使用通过智能移动终端还可得到互联网云服务数据库提供科学的农业技术咨询和服务。其它与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。

如所监控区域为温室或大棚，可在其内设置多个区隔部件，服务器与多个区隔部件以及多组环境调节装置通信连接，如一个监控区域的植物在当前生长阶段是不健康的，则所述种植逻辑服务器控制该监控区域的区隔部件将该监控区域隔离，并控制该监控区域的环境调节装置工作，以调节该监控区域的当前环境参数，直至该监控区域的当前环境参数与当前生长阶段的标准环境参数的差别小于设定阈值。

农业技术咨询和服务可通过专家决策服务器来实现，专家决策服务器与所述服务器通信连接，如一个监控区域的植物在当前生长阶段是不健康的，所述服务器还将该监控区域的当前植物图像以及当前环境参数发送至专家决策服务器，专家通过专家决策服务器给出该监控区域的当前环境参数的调节方式；

用户终端与所述服务器通过网络通信连接，查看任一个监控区域的植物是否健康，以及种植逻辑服务器对该监控区域的当前环境参数的调节方式。

还可在每个区隔部件包括下方开口的罩体，罩体为由不透光材料制成；每个区隔部件还连接有一升降机构，在升降机构的驱动下，区隔部件下降，以将监控区域与其他监控区域隔离开。

本发明通过采集的当前植物图像判断植物的生长情况以及健康情况，更有利于植物的培育。对于被判断不健康的植物，种植逻辑服务器控制区隔部件将其隔离开来，并调节该植物的当前环境参数，这主要是因为，在大面积的大棚种植中，一个大棚内的各个位置的温度、湿度以及光照条件很可能存在差别，从而导致不同位置的植物的生长情况和健康情况也不一样，因此，通过区隔部件可以有针对性的改善植物的生长环境，本发明的系统更为精细化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。