CN108829161A - 一种农业环境远程监控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种农业环境的远程监控***及方法。***包括：环境数据采集设备、被控装置、地面终端、由多个物联网卫星组成的物联网星座、地面中心和监控平台；环境数据采集设备用于采集被监测农业区域的土壤环境数据和空气环境数据；地面终端用于接收所述环境数据采集设备发送的所述数据；物联网卫星用于接收地面终端发送的所述数据，将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至地面中心；地面中心用于将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至监控平台；监控平台用于根据接收到的土壤环境数据和空气环境数据生成相应的控制指令，以使被控装置根据控制指令执行相应动作。如此可以实现对偏远地区的农业区域的远程监控。

Description

一种农业环境远程监控***及方法

技术领域

本发明涉及农业自动化技术领域，具体而言，涉及一种农业环境远程监控***及方法。

背景技术

近年来，智慧农业相关产业取得了飞速的发展，智慧农业是农业生产的高级阶段，利用部署在农业生产现场的传感器测量农作物生长环境信息，智能预警，为农业生产过程精准化操作提供决策依据。然而，部分农田地处偏远地区，地面网络尚未覆盖，数据难以及时传输，限制了智慧农业相关技术在偏远地区的应用，而采用人工定期巡检的方式，往往难以第一时间发现问题，进而导致不能及时采取维护措施，并且造成人力资源浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种农业环境远程监控***及方法，以达到对偏远地区农业生产环境的远程监控。

第一方面，本发明实施例提供了一种农业环境的远程监控***，该***包括：

环境数据采集设备、被控装置、地面终端、由多个物联网卫星组成的物联网星座、地面中心和监控平台；

所述环境数据采集设备用于采集被监测区域的土壤环境数据和空气环境数据，并将采集到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至地面终端；

所述地面终端用于接收所述环境数据采集设备发送的所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并将所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述物联网卫星；

所述物联网卫星用于接收所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并在运行至所述地面中心上方时，将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述地面中心；

所述地面中心用于与所述监控平台进行通信连接，并将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述监控平台；

所述监控平台用于根据接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据生成相应的控制指令，将所述控制指令发送至被控装置，以使所述被控装置根据所述控制指令执行相应的动作；其中，所述被控装置包括温控设备、灌溉设备、施肥设备和喷药设备中的任意一种或多种。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述土壤环境数据包括：土壤湿度、土壤酸碱度、土壤养分含量和土壤电导率。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述空气环境数据还包括：温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述监控平台，具体用于：根据接收到的所述空气环境数据和土壤环境数据，以及空气环境标准数据和土壤环境标准数据进行判断农业环境是否异常，当判断所述农业环境存在异常时，输出警示信息，所述警示信息中包含有环境异常的具体内容。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述监控平台还用于存储所述空气环境数据和所述土壤环境数据。

在接收到用户终端设备发送的数据获取请求时，响应于该数据获取请求，将所述空气环境数据和所述土壤环境数据发送至所述用户终端设备。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第五种可能的实施方式，其中，

所述环境数据采集设备包括：传感器组和数据传输总线；所述传感器组包括多个传感器，每个传感器分别与数据传输总线相连，通过数据传输总线将传感器所采集的数据发送至地面终端。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述物联网卫星上搭载有数据采集***DCS载荷。

第二方面，本发明实施例还提供了一种农业环境的远程监控方法，包括：

环境数据采集设备采集被监测区域的土壤环境数据和空气环境数据，并将采集到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至地面终端；

所述地面终端接收所述环境数据采集设备发送的所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并将所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述物联网卫星；

所述物联网卫星接收所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并在运行至所述地面中心上方时，将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述地面中心；

所述地面中心接收所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述监控平台；

所述监控平台根据接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据生成相应的控制指令，将所述控制指令通过物联网星座发送至被控装置，过程为数据采集过程的逆过程，即由监控平台发出指令，通过地面中心发送至物联网卫星，并下传至地面终端，完成对被控装置控制，以使所述被控装置根据所述控制指令执行相应的动作；其中，所述被控装置包括温控设备、灌溉设备、施肥设备和喷药设备中的任意一种或多种。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法，还包括：

所述监控平台存储所述空气环境数据和所述土壤环境数据；

在接收到用户终端设备发送的数据获取请求时，响应于该数据获取请求，将所述空气环境数据和所述土壤环境数据发送至所述用户终端设备。

本发明实施例提供的农业环境的远程监控***及方法，通过环境数据采集设备采集被监测农业区域的土壤环境数据和空气环境数据，并通过卫星通信将采集到的土壤环境数据和空气环境数据发送至监控平台，由监控平台根据该土壤环境数据和空气环境数据进行判断该被监测农业区域是否是环境异常，如果是则输出警示信息，进而可以被监测区域的管理人员及时采取相应的干预措施。本申请中采用卫星通信将采集到的数据发送至监控平台，通信不受地域条件的限制，能够实现对无地面网络覆盖地区进行远程监控，实现无人值守的农业生产，节约人力物力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明一个实施例所提供的一种农业环境的远程监控***的结构示意图；

图2示出了本发明一个实施例所提供的环境数据采集设备的结构示意图；

图3示出了本发明另一个实施例所提供的一种农业环境的远程监控方法的流程示意图；

图4示出了本发明另一个实施例所提供的另一种农业环境的远程监控方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示的实施例，图1为本发明一个实施例提供的一种农业环境的远程监控***的结构示意图。本实施例中提供了一种农业环境的远程监控***，该农业环境的远程监控***包括：

环境数据采集设备105、被控装置(图中未示出)、地面终端102、由多个物联网卫星101组成的物联网星座、地面中心103和监控平台104。

上述的环境数据采集设备105用于采集被监测农业区域的土壤环境数据和空气环境数据，并将采集到的土壤环境数据和空气环境数据发送至地面终端102。该地面终端102与环境数据采集设备105之间可以是有线的方式或者无线的方式进行通信连接，该地面终端102还用于与物联网卫星101进行通信。

在具体应用时，在被监测区域设置多个监测点，该每个监测点进行设置上述的环境数据采集设备，环境数据采集设备向地面终端发送的土壤环境数据和空气环境数据中包含有被监测点的位置信息或者包含有被监测点的标识。

上述的地面终端102用于接收环境数据采集设备105发送的土壤环境数据和空气环境数据，并将该土壤环境数据和空气环境数据发送至物联网星座中的一个或多个物联网卫星101。

上述的物联网卫星103用于接收土壤环境数据和空气环境数据，并在运行至地面中心103上方时，将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至地面中心103。

上述的地面中心103用于与监控平台104进行通信连接，并将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至监控平台104。地面中心103与监控平台104之间的连接可以是有线连接或者无线连接。

上述监控平台104用于根据接收到的土壤环境数据和空气环境数据生成相应的控制指令，将所述控制指令发送至被控装置，以使所述被控装置根据所述控制指令执行相应的动作；其中，所述被控装置包括温控设备、灌溉设备、施肥设备和喷药设备中的任意一种或多种。

在一可能的实施例中上述的温控设备使用于对温度十分敏感的特殊植物的种植上，该温控设备可以是空调或者电加热器设备。

在一可能的实施例中，上述的灌溉设备可以是包括：铺设于被监测农业区域地下的水管分布网，该水管分布网包含有多个水管分支，每个水管分支均连接至主管，该主管连接至蓄水池，该蓄水池用于在降雨时进行储水，每个水管分支上分别设置有电磁阀，每个电磁阀设有第一标识，每个水管分支设有第二标识，在监控平台上分别存储第一标识与第二标识的对应关系，以及第一标识与电磁阀信息的对应关系，该电磁阀信息包括：电磁阀的型号，使用时间等等；以及第二标识与水管分支信息对应的关系，该水管分支信息包括：水管的长度、坐标、使用时间等信息。进而在监控平台根据获取的土壤环境数据判断被监测农业区域的某些区域出现缺水时，可以根据被监测点的位置信息，进行查询对应的水管分支，并查询到该水管分支上的电磁阀，监控平台发送控制指令至地面中心，该控制指令中携带有该电磁阀的第一标识，地面中心进一步将该控制指令发送至物联网卫星，该物联网卫星进一步将该控制指令发送至地面终端，地面终端接收并解析该控制指令，将该控制指令发送至第一标识对应的电磁阀，该电磁阀执行该控制指令，控制水管分支进行灌溉工作；或者地面终端将该控制指令发送至所有电磁阀，电磁阀根据该控制指令中携带的第一标识进行判断是否是与自身的标识向一致，如果是该电磁阀执行该控制指令，控制水管分支进行灌溉工作。

在一可能的实施例中，上述的环境数据采集设备105包括：土壤湿度传感器201、土壤ph值传感器202、土壤养分含量传感器203和土壤电导率传感器204。其中，土壤湿度传感器用于检测土壤的湿度，土壤养分含量传感器用于检测土壤中的速效氮、速效磷、有效钾、全氮、全磷、全钾、有机质含量、土壤含盐量等养分的含量，土壤导电率传感器用于检测无机元素离子的含量。

进而，上述的土壤环境数据包括：土壤湿度、土壤酸碱度、土壤养分含量和土壤电导率。监控平台可以根据该土壤环境数据进行判断被监测区域的土壤环境是否适合于当前农作物的生长，如果不是，则进一步执行相应的控制措施，或者提示管理人员进行人工干预。

在另一可能的实施例中，上述的环境数据采集设备105，还包括：温度传感器205、湿度传感器206、二氧化碳浓度检测传感器207和光照强度传感器208。进而上述的空气环境数据包括：温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度。监控平台根据该空气环境数据可以判断当前的农作物所处的空气环境是否适合弄作物的生长，如果不是，则进一步执行相应的控制措施，或者提示管理人员进行人工干预。

在一可能的实施方式中，上述的环境数据采集设备还包括：传感器组和数据传输总线；传感器组包括多个传感器，每个传感器分别与数据传输总线相连，通过数据传输总线将传感器所采集的数据发送至地面终端。

传感器组设有多个传感器，如上述的土壤湿度传感器、土壤ph值传感器、土壤养分含量传感器、土壤电导率传感器、温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度检测传感器和光照强度传感器，每个传感器分别与数据传输总线相连接。

传感器用于监听数据传输总线的状态，在数据传输总线处于空闲状态时将与该传感器采集的数据放置到数据传输总线上进行数据传输。

上述的总线可以为：RS485总线，该RS485总线中包括master线、A总线、B总线。

具体的，上述的传感器通过检测master线的电平，进行判断该总线是处于空闲状态还是被占用状态，当master线的电平为高电平时说明总线处于忙碌状态，即处于被占用状态；当master线处于低电平时，说明总线出现处于空闲状态，此时传感器将采集的数据放到总线上进行传输至地面终端，由该地面终端将数据发送至物联网卫星。

上述的监控平台104，还用于：根据接收到的所述空气环境数据和土壤环境数据，以及空气环境标准数据和土壤环境标准数据进行判断农业环境是否异常，当判断所述农业环境存在异常时，输出警示信息，所述警示信息中包含有环境异常的具体内容。该环境异常的具体内容可以是某个参数值的具体值，以及与标准值的差值，例如土壤湿度值以及该土壤湿度值与土壤湿度标准值的差值等。

上述输出警示信息的方式包括：发送提示信息至管理员终端，该管理员终端为被监测农业区域的管理人员所使用的终端设备。在该检测平台对应的web页面上进行显示该警示信息。

本实施例中上述的监控平台104还用于存储接收到的土壤环境数据和空气环境数据，监控平台104还用于接收用户终端设备发送的数据获取请求，响应于该数据获取请求将对应的土壤环境数据和空气环境数据发送至用户终端供用户进行查看、参考。该用户终端可以是用户所使用的手机、平板电脑等设备。

上述的物联网星座是由多颗物联网卫星在轨组网构成的，一个可能的实施例中，该星座采用Walker布局，在该布局下，卫星轨道是圆形轨道，各轨道平面平均分布，而且轨道平面中的卫星均匀分布时的星座排布，可实现全球覆盖，在对农业环境进行监测时，使用卫星进行通信，其通信服务质量不受丛林地带、超高海拔山脉、峡谷等特殊地形地貌影响，解决了地面通信网络覆盖范围有限的问题。

在另一可能的实施方式中，上述的物联网星座的每颗物联网卫星上搭载有数据采集***DCS载荷，用于提供数据传输服务。相应的，地面终端包括：DCS终端，该DCS终端为通用终端，可根据应用场景定制，提供标准化接口。

本发明的另一个实施例中提供了一种农业环境的远程监控方法，该远程监控方法应用于上述的***。参照图3所示；图3为本申请实施例提供的一种农业环境的远程监控方法的流程示意图；该方法包括如下步骤：

S301、环境数据采集设备采集被监测区域的土壤环境数据和空气环境数据，并将采集到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至地面终端。

S302、所述地面终端接收所述环境数据采集设备发送的所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并将所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述物联网卫星。

S303、所述物联网卫星接收所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并在运行至所述地面中心上方时，将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述地面中心。

S304、所述地面中心接收所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述监控平台。

S305、所述监控平台根据接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据生成相应的控制指令，将所述控制指令通过物联网星座发送至被控装置，过程为数据采集过程的逆过程，即由监控平台发出指令，通过地面中心发送至物联网卫星，并下传至地面终端，完成对被控装置的控制，以使所述被控装置根据所述控制指令执行相应的动作；其中，所述被控装置包括温控设备、灌溉设备、施肥设备和喷药设备中的任意一种或多种。

上述方法，还可以包括：监控平台根据获取的土壤环境数据判断被监测农业区域的某些区域出现缺水时，可以根据被监测点的位置信息，进行查询对应的水管分支，并查询到该水管分支上的电磁阀，监控平台发送控制指令至地面中心，该控制指令中携带有该电磁阀的第一标识，地面中心进一步将该控制指令发送至物联网卫星，该物联网卫星进一步将该控制指令发送至地面终端，地面终端接收并解析该控制指令，将该控制指令发送至第一标识对应的电磁阀，该电磁阀执行该控制指令，控制水管分支进行灌溉工作；或者地面终端将该控制指令发送至所有电磁阀，电磁阀根据该控制指令中携带的第一标识进行判断是否是与自身的标识向一致，如果是该电磁阀执行该控制指令，控制水管分支进行灌溉工作。

本发明的另一个实施例中，参照图4所示，上述的方法，还包括如下步骤：

S306、所述监控平台存储所述空气环境数据和所述土壤环境数据。

S307、在接收到用户终端设备发送的数据获取请求时，响应于该数据获取请求，将所述空气环境数据和所述土壤环境数据发送至所述用户终端设备。

本实施例中用户终端设备也可以通过地面网络发送控制指令数据至地面中心；地面中心接收所述控制指令数据后，将控制指令数据上传至物联网卫星；物联网卫星接收到地面中心上传的控制指令数据后，对控制指令数据进行存储，并当所述物联网卫星运行至被控地面终端上方时，将所述控制指令数据下发至地面终端；地面终端接收所述物联网卫星下发的控制指令数据后，对所述控制指令数据进行解析，响应于解析后得到控制指令控制环境数据采集设备和/或被控装置执行相应的操作。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种农业环境的远程监控***，其特征在于，包括：

环境数据采集设备、被控装置、地面终端、由多个物联网卫星组成的物联网星座、地面中心和监控平台；

所述环境数据采集设备用于采集被监测农业区域的土壤环境数据和空气环境数据，并将采集到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至地面终端；

所述地面终端用于接收所述环境数据采集设备发送的所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并将所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述物联网卫星；

所述物联网卫星用于接收所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并在运行至所述地面中心上方时，将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述地面中心；

所述地面中心用于与所述监控平台进行通信连接，并将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述监控平台；

所述监控平台用于根据接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据生成相应的控制指令，将所述控制指令发送至被控装置，以使所述被控装置根据所述控制指令执行相应的动作；其中，所述被控装置包括温控设备、灌溉设备、施肥设备和喷药设备中的任意一种或多种。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述土壤环境数据包括：土壤湿度、土壤酸碱度、土壤养分含量和土壤电导率。

3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述空气环境数据还包括：温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度。

4.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述监控平台，还用于：根据接收到的所述空气环境数据和土壤环境数据，以及空气环境标准数据和土壤环境标准数据进行判断农业环境是否异常，当判断所述农业环境存在异常时，输出警示信息，所述警示信息中包含有环境异常的具体内容。

5.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述监控平台还用于存储所述空气环境数据和所述土壤环境数据；

在接收到用户终端设备发送的数据获取请求时，响应于该数据获取请求，将所述空气环境数据和所述土壤环境数据所述用户终端设备。

6.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述环境数据采集设备包括：传感器组和数据传输总线；所述传感器组包括多个传感器，每个传感器分别与数据传输总线相连，通过数据传输总线将传感器所采集的数据发送至地面终端。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述物联网卫星上搭载有数据采集***DCS载荷。

8.一种农业环境的远程监控方法，其特征在于，包括：

环境数据采集设备采集被监测区域的土壤环境数据和空气环境数据，并将采集到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至地面终端；

所述地面终端接收所述环境数据采集设备发送的所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并将所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述物联网卫星；

所述物联网卫星接收所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并在运行至所述地面中心上方时，将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述地面中心；

所述地面中心接收所述土壤环境数据和所述空气环境数据，并将接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据发送至所述监控平台；

所述监控平台根据接收到的所述土壤环境数据和所述空气环境数据生成相应的控制指令，将所述控制指令通过物联网星座发送至被控装置，过程为数据采集过程的逆过程，即由监控平台发出指令，通过地面中心发送至物联网卫星，并下传至地面终端，完成对被控装置的控制，以使所述被控装置根据所述控制指令执行相应的动作；其中，所述被控装置包括温控设备、灌溉设备、施肥设备和喷药设备中的任意一种或多种。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

所述监控平台存储所述空气环境数据和所述土壤环境数据；

在接收到用户终端设备发送的数据获取请求时，响应于该数据获取请求，将所述空气环境数据和所述土壤环境数据发送至所述用户终端设备。