環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置及方法，包括監(jiān)測平臺，所述監(jiān)測平臺主要由生長環(huán)境參數(shù)采集模塊、植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊和控制模塊組成，所述生長環(huán)境參數(shù)采集模塊和植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊采集得到的數(shù)據(jù)和圖像輸入到控制模塊，控制模塊輸出端連接顯示器。本發(fā)明所提供的監(jiān)測分析裝置及方法，建立起植株生長過程中外觀形態(tài)與環(huán)境、土壤狀態(tài)之間的關(guān)系模型，為研究植株的生長與環(huán)境參數(shù)脅迫響應(yīng)關(guān)系提供所需數(shù)據(jù)與模型。
【專利說明】環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機械【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種溫室微氣候環(huán)境與綠葉植株生長態(tài)勢智能協(xié)同監(jiān)測分析裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于農(nóng)作物一般都有一定時間的生長周期，而且有些農(nóng)作物白天和夜晚的生長狀況有很大差異，人工進行農(nóng)作物外觀幾何形態(tài)與生長環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測費時、費力。
[0003]現(xiàn)有的溫室作物生長和環(huán)境信息檢測裝置和方法主要以圖像和傳感技術(shù)為主。申請?zhí)枮?01110363670.6的發(fā)明專利申請，公開了一種基于多傳感信息的溫室作物生長和環(huán)境信息檢測方法，利用光譜儀、多光譜成像儀和熱成像儀獲取溫室作物的光譜、多光譜圖像和誕層溫度彳曰息；利用溫度、濕度、福照度、CO2濃度、EC和pH值傳感器犾取溫室的溫光水氣肥環(huán)境信息；對作物的光譜和圖像形態(tài)特征進行提取，得到作物的葉面積指數(shù)、莖粗等信息。該系統(tǒng)比較復(fù)雜，使用的成像設(shè)備比較昂貴，且只有監(jiān)測信息記錄，沒有生成可供利用的模型。申請?zhí)枮?01220364340.9的實用新型專利申請，公開了一種溫室水培蔬菜生長監(jiān)測裝置，裝置由立體支撐架和水平位移臺組成，利用圖像傳感器、激光測距傳感器和環(huán)境傳感器組成信息采集系統(tǒng)，監(jiān)測水培蔬菜的生長速率、植株高度、葉面積指數(shù)、葉色變化等生長狀態(tài)。該系統(tǒng)自動化程度高，測量不受人為干擾，但是功能比較狹窄，不能做定量分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置及方法，在分析環(huán)境條件與植株生長外觀形態(tài)的基礎(chǔ)上建立兩者之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射關(guān)系模型，該模型可用于無環(huán)境參數(shù)傳感條件下，直接依據(jù)植株表觀形態(tài)確定植株生長態(tài)勢。本發(fā)明裝置測量精度高、效率高，實施操作簡單方便，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，包括監(jiān)測平臺，所述監(jiān)測平臺主要由生長環(huán)境參數(shù)采集模塊、植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊和控制模塊組成，所述生長環(huán)境參數(shù)采集模塊和植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊采集得到的數(shù)據(jù)和圖像輸入到控制模塊，控制模塊輸出端連接顯示器。
[0007]所述生長環(huán)境參數(shù)采集模塊采集空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)。
[0008]所述監(jiān)測平臺上放置稱重傳感器，實驗穴盤安放在稱重傳感器上，所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器放置在實驗穴盤上。
[0009]所述植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊采集植株在不同視覺的外觀幾何形態(tài)。
[0010]所述監(jiān)測平臺上設(shè)有四臺工業(yè)相機,分別以水平、垂直、水平45°和垂直45°方向放置，用于拍攝植株在四個不同視覺的外觀幾何形態(tài)。
[0011 ] 所述控制模塊為工控機。[0012]所述監(jiān)測平臺設(shè)置有LED燈光源，對夜晚拍照進行補光。
[0013]所述支撐平臺安裝有滾輪。
[0014]所述生長環(huán)境參數(shù)采集模塊采集空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)。
[0015]所述監(jiān)測平臺上放置稱重傳感器，實驗穴盤安放在稱重傳感器上，所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器放置在實驗穴盤上。
[0016]所述植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊采集植株在不同視覺的外觀幾何形態(tài)。
[0017]所述監(jiān)測平臺上設(shè)有四臺工業(yè)相機，分別以水平、垂直、水平45°和垂直45°方向放置，用于拍攝植株在四個不同視覺的外觀幾何形態(tài)。
[0018]所述控制模塊為工控機。
[0019]所述監(jiān)測平臺設(shè)置有LED燈光源，對夜晚拍照進行補光。
[0020]所述支撐平臺安裝有滾輪。
[0021]一種環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析方法，采用上述的系統(tǒng)，采集綠葉植株生長過程中的環(huán)境溫、濕度和土壤溫、濕度以及植株穴盤重量數(shù)據(jù)，并基于機器視覺方法同步監(jiān)測植株外觀幾何形態(tài)及其變化，建立植株生長過程中外觀形態(tài)與環(huán)境、土壤狀態(tài)之間的關(guān)系模型，實現(xiàn)通過監(jiān)測植株外觀的方式快速分析適于植株生長的環(huán)境與土壤特性，為研究植株的生長與環(huán)境參數(shù)脅迫響應(yīng)關(guān)系提供所需數(shù)據(jù)與模型。
[0022]本發(fā)明技術(shù)方案，采取基于機器視覺的方式利用工業(yè)相機拍攝植株圖像監(jiān)測植株外觀幾何形態(tài)，并利用數(shù)據(jù)采集模塊集成多種傳感器進行植株生長環(huán)境參數(shù)的采集、分析，通過圖片處理算法處理圖片得到的信息和數(shù)據(jù)采集模塊采集到的信息，建立植株生長過程中外觀形態(tài)與環(huán)境、土壤狀態(tài)之間的關(guān)系模型，為研究植株的生長與環(huán)境參數(shù)脅迫響應(yīng)關(guān)系提供所需數(shù)據(jù)與模型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]通過閱讀參照以下附圖的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0024]圖1為本發(fā)明裝置一實施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0025]圖2為本發(fā)明方法的邏輯關(guān)系圖；
[0026]圖3為本發(fā)明方法的映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】:
[0027]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步的說明，以充分了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
[0028]圖1?圖2所示，本發(fā)明公開了溫室微氣候環(huán)境與綠葉植株生長態(tài)勢智能協(xié)同監(jiān)測分析裝置，包括監(jiān)測平臺，監(jiān)測平臺主要由生長環(huán)境參數(shù)采集模塊、植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊和控制模塊組成，生長環(huán)境參數(shù)采集模塊和植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊采集得到的數(shù)據(jù)和圖像輸入到控制模塊，控制模塊輸出端連接顯示器。
[0029]生長環(huán)境參數(shù)采集模塊采集空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)。在監(jiān)測平臺上放置稱重傳感器，實驗穴盤安放在稱重傳感器上，空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器放置在實驗穴盤上?？諝鉁囟葌鞲衅鳌⒖諝鉂穸葌鞲衅饕约巴寥罍囟葌鞲衅?、土壤濕度傳感器、稱重傳感器連接到生長環(huán)境參數(shù)采集模塊。
[0030]植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊采集植株在不同視覺的外觀幾何形態(tài)。在監(jiān)測平臺上設(shè)有四臺工業(yè)相機，分別以水平、垂直、水平45°和垂直45°方向放置，用于拍攝植株在四個不同視覺的外觀幾何形態(tài)。工業(yè)相機連接到植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊上。
[0031]本實施例中，控制模塊為工控機。工控機的輸出連接顯示器。生長環(huán)境參數(shù)采集模塊以及植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊連接到工控機。
[0032]在監(jiān)測平臺的監(jiān)測部分的四周設(shè)置有LED燈光源(圖中未示意)，對夜晚拍照進行補光。
[0033]生長環(huán)境參數(shù)采集模塊、植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊和控制模塊安放在支撐平臺(圖中未示意)上，支撐平臺安裝有滾輪，可以實現(xiàn)平臺放置場所和位置的方便變更。
[0034]生長環(huán)境參數(shù)采集模塊、植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊和控制模塊通過能源供給模塊提供工作用電。
[0035]在實際應(yīng)用時，如圖2所示，在監(jiān)測平臺的監(jiān)測部分安放好稱重傳感器，將實驗穴盤放置在稱重傳感器上，將土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器插入穴盤，放置好空氣溫度傳感器和空氣濕度傳感器，并將各傳感器與生長環(huán)境參數(shù)采集模塊相連，LED燈光源也連接在生長環(huán)境參數(shù)采集模塊上，將生長環(huán)境參數(shù)采集模塊連接在工控機上，然后將四個工業(yè)相機分別與植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊連接，植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊與工控機連接。在上述各設(shè)備正確安裝好后，啟動工控機，在信息采集完畢后，分析數(shù)據(jù)建立模型。
[0036]圖3所示為本發(fā)明方法的映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。輸入層為各傳感器數(shù)據(jù)，中間隱藏層為模型分析過程，輸出層為植株生長態(tài)勢，如葉片面積、植株高度、兩葉片間夾角等。
[0037]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施例來對本發(fā)明所作進一步詳細說明，所以不能將本發(fā)明局限在上述這些說明中。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的構(gòu)思基礎(chǔ)上所做的推演和替換都應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，包括監(jiān)測平臺，其特征在于，所述監(jiān)測平臺主要由生長環(huán)境參數(shù)采集模塊、植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊和控制模塊組成，所述生長環(huán)境參數(shù)采集模塊和植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊采集得到的數(shù)據(jù)和圖像輸入到控制模塊，控制模塊輸出端連接顯示器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，其特征在于，所述生長環(huán)境參數(shù)采集模塊采集空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，其特征在于，所述監(jiān)測平臺上放置稱重傳感器，實驗穴盤安放在稱重傳感器上，所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器放置在實驗穴盤上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，其特征在于，所述植株外觀幾何形態(tài)圖像采集模塊采集植株在不同視覺的外觀幾何形態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，其特征在于，所述監(jiān)測平臺上設(shè)有四臺工業(yè)相機，分別以水平、垂直、水平45°和垂直45°方向放置，用于拍攝植株在四個不同視覺的外觀幾何形態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，其特征在于，所述控制模塊為工控機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，其特征在于，所述監(jiān)測平臺設(shè)置有LED燈光源，對夜晚拍照進行補光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析裝置，其特征在于，所述支撐平臺安裝有滾輪。
9.一種環(huán)境與植株生長態(tài)勢協(xié)同監(jiān)測分析方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至8所述的系統(tǒng)，采集綠葉植株生長過程中的環(huán)境溫、濕度和土壤溫、濕度以及植株穴盤重量數(shù)據(jù)，并基于機器視覺方法同步監(jiān)測植株外觀幾何形態(tài)及其變化，建立植株生長過程中外觀形態(tài)與環(huán)境、土壤狀態(tài)之間的關(guān)系模型，實現(xiàn)通過監(jiān)測植株外觀的方式快速分析適于植株生長的環(huán)境與土壤特性，為研究植株的生長與環(huán)境參數(shù)脅迫響應(yīng)關(guān)系提供所需數(shù)據(jù)與模型。
【文檔編號】G01D21/02GK103697937SQ201310658904
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】劉成良, 陳冉, 貢亮, 趙源深, 劉佰鑫, 黃亦翔 申請人:上海交通大學(xué)