CN111507857A - 一种基于物联网技术的数字化农业种植***和方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于物联网技术的数字化农业种植***和方法，涉及现代农业领域，包括农产品管理模块，数据采集传输模块，数据管理模块和客户端，通过数据采集传输***，不间断采集农田基地环境指标数据实时监测和进行保存，同时将农田基地监测采集到的数据利用图像识别，对基地作物环境构建三维模型，导入AR增强现实场景，创建数字化管理***以实现用户线上虚拟体验农作物种植全过程，农技人员只要从网络读取环境数据和视频信息，就可以科学地安排农业生产，***按照农作物生长的各项指标要求，设置机器人精确地遥控农业设施实现智能化的农业生产，节省人力、降低人为误差，使用户能够线上远程控制农田种植环境，精准化管理农作物，保证食品安全问题。
Description
技术领域
本发明涉及现代农业领域，尤其涉及一种基于物联网技术的数字化农业种植***和方法。
背景技术
传统农业采用物联网技术，将大量的传感器和视频监控等设备构成监控网络，通过采集环境信息，以帮助农民及时发现生产环境的问题，进而使用各种自动化、智能化的生产设备，帮助农民快速、高效地解决农业现场管理问题。此外，用户可通过手机、电脑等终端实时监测农业生产环境信息，实时调整控制设备，及时获取环境预警报告，为种养殖决策提供支持。实现智能化种养和科学化管理，最终达到节能降耗、节省用工成本、增产增收的目标。最后，利用AR技术用户可以虚拟体验农作物种植环境，便于精准实施远程操控基地生态情况。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种基于物联网技术的数字化农业种植***和方法。
一种基于物联网技术的数字化农业种植***，包括：农产品管理模块，数据采集传输模块，数据管理模块和客户端；
农产品管理模块，用于对农田基地进行种植和控制农田基地环境以及进行管理；
数据采集传输模块，用于采集农田基地环境视频数据和环境参数数据；将环境视频数据和环境参数数据传输给数据管理模块；
数据管理模块，用于接收数据采集传输模块传输的环境视频数据和环境参数数据，并将环境视频数据传输给客户端，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，通过预设算法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，得到农田基地真实产品对应的实时虚拟场景，并将实时虚拟场景传输给客户端，对数据采集传输模块采集的数据进行存储和分类编号；
客户端，用于接收数据管理模块传输的参数比较结果，根据参数比较结果，读取数据管理模块存储的数据，对农产品管理模块传输控制指令，控制农田基地环境和管理农田基地生产的作物；还用于展示农田基地实时场景和实时虚拟场景。
进一步的，所述数据管理模块通过预设方法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，所述预设方法包括：根据环境视频数据，构建农田基地以及农田基地内部存在物体的三维模型，根据环境参数数据，得到农田基地种植的作物数据，将农田基地种植的作物数据传入农田基地三维模型，得到农田基地实时虚拟场景；
进一步的，农产品管理模块包括:农业智能机器人、浇灌器、增氧器、二氧化碳发生器和施肥器中的一种或几种。
进一步的，数据采集装置包括：二氧化碳传感器、温湿度传感器、光线传感器、土壤分析传感器、水质检测传感器、视频采集装置中的一种或几种。
进一步的，所述数据管理模块存储预设值会根据农产品种类和生产周期发生改变，所述数据管理模块根据数据采集传输模块采集的数据与存储预设值对比后发送指令到农产品管理模块对对农田基地进行自动化管理，所述数据管理模块根据数据采集传输模块采集的数据预测农田基地适合种植的作物。
进一步的，客户端还用于农产品成熟后，用户通过客户端对农产品管理模块传输采集指令，实现远程对农产品收获。
进一步的，客户端对农产品管理模块传输环境控制指令，用户根据自身需求手动输入。
进一步的，客户端接收数字孪生模块传输的农田基地虚拟增强场景，使农户可以远程种植和管理。
第二方面，本发明实施例提供一种基于物联网技术的数字化农业种植方法，包括以下步骤：
S1:数据采集传输模块采集认养农产品环境视频数据和环境参数数据；将环境视频数据和环境参数数据同时传输给数据管理模块；
S2:数据管理模块接收数据采集传输模块传输的环境视频数据和环境参数数据，并将环境视频数据传输给客户端，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，通过预设算法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，得到农田基地真实产品对应的实时虚拟场景，并将实时虚拟场景传输给客户端，对数据采集传输模块采集的数据进行存储和分类编号；
S3:客户端根据参数比较结果，对农产品管理模块传输控制指令，控制农田基地环境和管理农田基地生产的作物；客户端展示农田基地实时场景和实时虚拟场景。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明通过物联网技术，将多种传感器和视频监控等设备应用于农田基地，构成农田基地监控***，通过数据采集传输***，不间断采集农田基地环境指标数据实时监测和进行保存，实现回溯，同时将农田基地监测采集到的数据利用图像识别、大数据分析处理方法，对基地作物环境构建三维模型，导入AR增强现实场景，创建数字化管理***以实现用户线上虚拟体验农作物种植全过程，农技人员只要从网络读取环境数据和视频信息，就可以科学地安排农业生产，***按照农作物生长的各项指标要求，设置机器人精确地遥控农业设施实现智能化的农业生产，节省人力、降低人为误差，使用户能够线上远程控制农田种植环境，精准化管理农作物，保证食品安全问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例一的流程示意图；
图2为本发明实施例二的流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供一种基于物联网技术的数字化农业种植***，包括：农产品管理模块，数据采集传输模块，数据管理模块和客户端；
农产品管理模块，用于对农田基地进行种植和控制农田基地环境以及进行管理；可以理解的，农产品管理装置，如浇灌器、增氧器、二氧化碳发生器和施肥器等，浇灌器和施肥器可以提供农作物生长所需的水肥，增氧器和二氧化碳发生器可以改善农作物周边的空气环境，以保障农作物的正常生长，农业智能机器人包括喷洒机器人、除草机器人和移植机器人，喷洒机器人和除草机器人利用激光和摄像头技术，以帮助识别和清除杂草，且不需要人工干预，移植机器人利用自动化技术用于水果采摘和坚果收获。
数据采集传输模块，用于采集农田基地环境视频数据和环境参数数据，在本实施例中，环境采集装置包括：二氧化碳传感器、温湿度传感器、光线传感器、土壤分析传感器、水质检测传感器和视频采集装置等，视频采集装置包括高清摄像头和无人机，高清摄像头将农田基地上种植的农作物的视频信息数据采集，无人机采集农田基地的整体视频信息数据以及为农作物喷洒农药，通过二氧化碳传感器、温湿度传感器、光线传感器、土壤分析传感器和水质检测传感器，土壤分析传感器用于采集到土壤的土壤矿质全量以及土壤的肥力大小，二氧化碳传感器和温湿度传感器用于检测空气中二氧化碳的含量以及温湿度的大小，光线传感器用于检测农田基地的光照情况，水质检测传感器用于检测灌溉水的水质情况，通过对环境数据进行采集，用户除了能远程视频监控到农田基地，还能实时监控农作物生长环境数据，保证农产品安全。
数据管理模块，用于接收数据采集传输模块传输的环境视频数据和环境参数数据，并将环境视频数据传输给客户端，可以理解的，摄像头获取农田基地的视频信息，数据管理模块直接将农田信息以及农作物真实视频信息转发给客户端，数据管理模块还用于接收环境参数数据，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，数据管理模块中存储的阈值库会随着农作物种类和生长周期发生改变，例如，当前农田基地的农作物为白菜时，存储预设阈值库为符合白菜生长的各种参数阈值，比如二氧化碳、温湿度、光线、土壤、水质等阈值，当前农田基地的农作物为西红柿时，所述阈值库阈值为符合西红柿生长的各类阈值，可以理解的，农作物在不同生长周期对环境参数阈值要求不同，例如白菜在幼苗和成熟时，对环境参数阈值要求不同，当农作物生长周期发生改变时，存储预设阈值库中存储的阈值会发生改变，使当前阈值符合当前农作物生长要求，数据管理模块将接收到的环境参数与存储预设阈值库进行比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，具体过程为：如将接收到二氧化碳浓度数据与阈值库中的二氧化碳阈值比较，当接受二氧化碳浓度符合预设阈值时，向客户端传输二氧化碳浓度正常信号；当接受二氧化碳浓度超过预设阈值时，向客户端传输二氧化碳浓度过高信号，客户端通过比较结果，达到实时监控农田基地的目的，通过存储阈值库能保证不同农作物在不同生长周期均符合最佳环境，保证农作物质量，并且，数据管理模块通过预设算法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，根据接收农田基地的视频数据，通过图像识别技术将农田基地中的农作物和农田基地的数据导入农田基地模型数据，构建三维模型，并将农田基地环境参数数据导入三维模型，得到农田基地对应的实时虚拟场景，并将实时虚拟场景传输给客户端，例如，以种植白菜的农田基地为例，数据管理模块得到白菜农田基地的视频数据和环境参数数据，通过接收白菜农田基地实时视频数据，通过图像识别技术，构建白菜农田基地环境的模型信息，将白菜农田基地参数信息导入三维模型，得到农田基地真实产品对应的实时虚拟场景，数据管理模块对数据采集传输模块采集的数据进行存储和分类编号后将农田基地实时场景和实时虚拟场景传输给客户端；
数据管理模块存储的采集到的数据，经过分析和处理，农田基地各项参数、农用设备以及农作物数字化，便于用户统筹，达到资源利用最大化，用户端实时对农田基地的情况进行监控和调整，可以把控农作物的品质，农田基地按照实际状况可以按模块划分，向品牌农企创客开放，农作物在售出时可以在包装上附带RFID传感器，RFID传感器内的数据与数据管理模块存储的数据的编号保持一致，用户能够追踪所购食材的详细生产路线，追溯产出和加工农产品的农场基地环境等信息，保证食品安全。
客户端，用于接收数据管理模块传输的参数比较结果，根据参数比较结果，对农田基地进行管理，读取数据管理模块存储的数据，追踪所购农作物详细生产路线，保证食品安全，同时，对农产品管理模块传输控制指令，控制农田基地环境和管理农田基地生产的作物；还用于展示农田基地实时场景和实时虚拟场景，用户可以体验虚拟播种和虚拟采摘，增强用户的实地体验感。
本发明通过物联网技术，将多种传感器和视频监控等设备应用于农田基地，构成农田基地监控***，通过数据采集传输***，不间断采集农田基地环境指标数据实时监测和进行保存，实现回溯，同时将农田基地监测采集到的数据利用图像识别、大数据分析处理方法，对基地作物环境构建三维模型，导入AR增强现实场景，创建数字化管理***以实现用户线上虚拟体验农作物种植全过程，农技人员只要从网络读取环境数据和视频信息，就可以科学地安排农业生产，***按照农作物生长的各项指标要求，设置机器人精确地遥控农业设施实现智能化的农业生产，节省人力、降低人为误差，使用户能够线上远程控制农田种植环境，精准化管理农作物，保证食品安全问题。
实施例二
本发明实施例还公开了一种基于物联网技术的数字化农业种植方法，如图2，包括以下步骤：
S1:数据采集传输模块采集认养农产品环境视频数据和环境参数数据；将环境视频数据和环境参数数据同时传输给数据管理模块；
具体的，环境采集装置包括：二氧化碳传感器、温湿度传感器、光线传感器、土壤分析传感器、水质检测传感器和视频采集装置等，视频采集装置包括高清摄像头和无人机，高清摄像头将农田基地上种植的农作物的视频信息数据采集，无人机采集农田基地的整体视频信息数据，土壤分析传感器用于采集到土壤的土壤矿质全量以及土壤的肥力大小，二氧化碳传感器和温湿度传感器用于检测空气中二氧化碳的含量以及温湿度的大小，光线传感器用于检测农田基地的光照情况，水质检测传感器用于检测灌溉水的水质情况，环境采集装置将采集到的数据传输到数据管理模块。
S2:数据管理模块接收数据采集传输模块传输的环境视频数据和环境参数数据，并将环境视频数据传输给客户端，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，通过预设算法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，得到农田基地真实产品对应的实时虚拟场景，并将实时虚拟场景传输给客户端，对数据采集传输模块采集的数据进行存储和分类编号；
具体的，数据采集传输模块采集到的环境视频数据和环境参数数据传输到数据管理模块，数据管理模块将农田信息以及农作物真实视频信息转发到客户端，将环境参数数据，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，并且，数据管理模块通过预设算法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，根据接收农田基地的视频数据，通过图像识别技术将农田基地中的农作物和农田基地的数据导入农田基地模型数据，构建三维模型，并将农田基地环境参数数据导入三维模型，得到农田基地对应的实时虚拟场景，并将实时虚拟场景传输给客户端，数据管理模块对数据采集传输模块采集的数据进行存储和分类编号，对农田基地各项参数、农用设备以及农作物数字化，便于用户统筹，达到资源利用最大化，用户端实时对农田基地的情况进行监控和调整，可以把控农作物的品质，农田基地按照实际状况可以按模块划分，向品牌农企创客开放，农作物在售出时可以在包装上附带RFID传感器，RFID传感器内的数据与数据管理模块存储的数据的编号保持一致，用户能够追踪所购食材的详细生产路线，追溯产出和加工农产品的农场基地环境等信息，保证食品安全。
S3:客户端根据参数比较结果，对农产品管理模块传输控制指令，控制农田基地环境和管理农田基地生产的作物；客户端展示农田基地实时场景和实时虚拟场景；
具体的，客户端接收到数据管理模块传输过来的信息，根据实时参数来对农田基地的参数进行控制调整，例如，在土壤分析传感器检测出土壤缺水和缺肥时，用户通过客户端控制浇灌器和施肥器对农田基地进行灌溉和施肥，以达到对农田基地农作物生长状况实时监控和控制，同时用户还可以通过客户端查看农田基地的虚拟场景和实时场景，通过AR，将线下农业种植生产和线上虚拟交互种植自然融合，使用户得到最佳的体验。
本实施例公开的一种基于物联网技术的数字化农业种植方法，将多种传感器和视频监控等设备应用于农田基地，构成农田基地监控***，通过数据采集传输***，不间断采集农田基地环境指标数据实时监测和进行保存，实现回溯，同时将农田基地监测采集到的数据利用图像识别、大数据分析处理方法，对基地作物环境构建三维模型，导入AR增强现实场景，创建数字化管理***以实现用户线上虚拟体验农作物种植全过程，农技人员只要从网络读取环境数据和视频信息，就可以科学地安排农业生产，***按照农作物生长的各项指标要求，设置机器人精确地遥控农业设施实现智能化的农业生产，节省人力、降低人为误差，使用户能够线上远程控制农田种植环境，精准化管理农作物，保证食品安全问题。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个***所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
Claims (9)
1.一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，包括：农产品管理模块，数据采集传输模块，数据管理模块和客户端；
农产品管理模块，用于对农田基地进行种植和控制农田基地环境以及进行管理；
数据采集传输模块，用于采集农田基地环境视频数据和环境参数数据；将环境视频数据和环境参数数据传输给数据管理模块；
数据管理模块，用于接收数据采集传输模块传输的环境视频数据和环境参数数据，并将环境视频数据传输给客户端，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，通过预设算法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，得到农田基地真实产品对应的实时虚拟场景，并将实时虚拟场景传输给客户端，对数据采集传输模块采集的数据进行存储和分类编号；
客户端，用于接收数据管理模块传输的参数比较结果，根据参数比较结果，读取数据管理模块存储的数据，对农产品管理模块传输控制指令，控制农田基地环境和管理农田基地生产的作物；还用于展示农田基地实时场景和实时虚拟场景。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，所述数据管理模块通过预设方法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，所述预设方法包括：根据环境视频数据，构建农田基地以及农田基地内部存在物体的三维模型，根据环境参数数据，得到农田基地种植的作物数据，将农田基地种植的作物数据传入农田基地三维模型，得到农田基地实时虚拟场景。
3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，农产品管理模块包括:农业智能机器人、浇灌器、增氧器、二氧化碳发生器和施肥器中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，数据采集装置包括：二氧化碳传感器、温湿度传感器、光线传感器、土壤分析传感器、水质检测传感器、视频采集装置中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，所述数据管理模块存储预设值会根据农产品种类和生产周期发生改变，所述数据管理模块根据数据采集传输模块采集的数据与存储预设值对比后发送指令到农产品管理模块对对农田基地进行自动化管理，所述数据管理模块根据数据采集传输模块采集的数据预测农田基地适合种植的作物。
6.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，客户端还用于农产品成熟后，用户通过客户端对农产品管理模块传输采集指令，实现远程对农产品收获。
7.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，客户端对农产品管理模块传输环境控制指令，用户根据自身需求手动输入。
8.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，客户端接收数据管理模块传输的农田基地虚拟增强场景，使农户可以远程种植和管理。
9.一种基于物联网技术的数字化农业种植方法，应用于如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数字化农业种植***，其特征在于，包括以下步骤：
S1:数据采集传输模块采集认养农产品环境视频数据和环境参数数据；将环境视频数据和环境参数数据同时传输给数据管理模块；
S2:数据管理模块接收数据采集传输模块传输的环境视频数据和环境参数数据，并将环境视频数据传输给客户端，并与存储预设阈值比较，得到参数比较结果，并将参数比较结果传输给客户端，通过预设算法对环境视频数据和环境参数数据进行处理，得到农田基地真实产品对应的实时虚拟场景，并将实时虚拟场景传输给客户端，对数据采集传输模块采集的数据进行存储和分类编号；
S3:客户端根据参数比较结果，对农产品管理模块传输控制指令，控制农田基地环境和管理农田基地生产的作物；客户端展示农田基地实时场景和实时虚拟场景。
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