【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及農(nóng)業(yè)，尤其涉及一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，農(nóng)作物病害的防治已成為確保農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)；傳統(tǒng)的病害監(jiān)測與防治方法通常依賴人工巡查和經(jīng)驗(yàn)判斷，工作效率低、響應(yīng)速度慢，且難以實(shí)現(xiàn)對病害的實(shí)時(shí)監(jiān)控和準(zhǔn)確預(yù)警；同時(shí)，農(nóng)田環(huán)境因素如氣溫、濕度、光照強(qiáng)度等對病害的發(fā)生和發(fā)展具有顯著影響，傳統(tǒng)方法難以充分考慮這些因素，導(dǎo)致病害防治措施往往無法及時(shí)采取，進(jìn)而影響農(nóng)作物的健康生長和產(chǎn)量。
2、然而，現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品病害監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)大多數(shù)依賴單一的監(jiān)測數(shù)據(jù)源，且數(shù)據(jù)處理和預(yù)警的算法較為簡單，未能充分利用多種傳感器數(shù)據(jù)和先進(jìn)的分析算法進(jìn)行綜合評估和預(yù)測；這導(dǎo)致病害監(jiān)測的準(zhǔn)確性較低，且缺乏針對不同氣候、環(huán)境和作物生長狀態(tài)下病害風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)預(yù)警。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于上述目的，本專利技術(shù)提供了一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。
2、一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，包括環(huán)境監(jiān)測模塊、作物生長監(jiān)測模塊、病害檢測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及預(yù)警生成模塊；其中：
3、環(huán)境監(jiān)測模塊：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測農(nóng)田的環(huán)境參數(shù)，包括溫濕度、土壤酸堿度、光照強(qiáng)度；
4、作物生長監(jiān)測模塊：用于采集作物的生長狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括葉面積、植株高度和生長速度；
5、病害檢測模塊：用于通過紅外成像技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測作物的病害信息，包括農(nóng)作物表面病斑、腐爛或蟲害現(xiàn)象；
6、數(shù)據(jù)分析模塊：用于接收來自環(huán)境監(jiān)測模塊、作物生長監(jiān)測模塊
7、預(yù)警生成模塊：根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊提供的病害風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果，生成相應(yīng)的病害預(yù)警信息，并將預(yù)警信息傳輸至農(nóng)場管理人員的終端設(shè)備。
8、可選的，所述環(huán)境監(jiān)測模塊包括溫濕度傳感單元、土壤酸堿度傳感單元、光照強(qiáng)度傳感單元以及數(shù)據(jù)處理單元；其中：
9、溫濕度傳感單元：用于實(shí)時(shí)采集農(nóng)田空氣中的溫度和濕度數(shù)據(jù)，所述傳感單元包括溫度傳感器和濕度傳感器，分別用于測量環(huán)境溫度和相對濕度；
10、土壤酸堿度傳感單元：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測農(nóng)田土壤的酸堿度，所述傳感單元包括ph傳感器，能夠準(zhǔn)確測量土壤中的ph值；
11、光照強(qiáng)度傳感單元：用于實(shí)時(shí)檢測農(nóng)田的光照強(qiáng)度，所述傳感單元包括光照傳感器，能夠測量光照強(qiáng)度；
12、數(shù)據(jù)處理單元：用于接收來自溫濕度傳感單元、土壤酸堿度傳感單元及光照強(qiáng)度傳感單元的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)過濾、校準(zhǔn)及格式轉(zhuǎn)換，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊。
13、可選的，所述作物生長監(jiān)測模塊包括葉面積監(jiān)測單元、植株高度監(jiān)測單元以及生長速度監(jiān)測單元；其中：
14、葉面積監(jiān)測單元：用于實(shí)時(shí)采集作物葉面積數(shù)據(jù)，該監(jiān)測單元包括高分辨率圖像采集設(shè)備，通過拍攝作物葉片的圖像并利用圖像處理算法計(jì)算作物的葉面積；葉面積的計(jì)算公式為：?，其中，?為葉面積，?和?分別為第?個(gè)葉片的長度和寬度，?為葉片數(shù)量；
15、植株高度監(jiān)測單元：用于實(shí)時(shí)測量作物植株的高度，該監(jiān)測單元包括激光測距儀或超聲波傳感器，通過發(fā)射信號并測量反射信號的時(shí)間差來精確測定作物的高度；作物高度的計(jì)算公式為：?，其中，?為作物的高度，?為聲波或光信號的傳播速度，?為信號往返的時(shí)間；
16、生長速度監(jiān)測單元：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測作物的生長速度，該監(jiān)測單元通過周期性采集作物的高度，葉面積的生長數(shù)據(jù)，并結(jié)合采集的時(shí)間信息，計(jì)算作物的生長速度；生長速度的計(jì)算公式為：?，其中，?為作物的生長速度，?和?分別為作物在時(shí)間和?時(shí)的葉面積，?為時(shí)間間隔。
17、可選的，所述病害檢測模塊包括紅外成像單元、圖像處理單元以及病害識別單元；其中：
18、紅外成像單元：包括高分辨率紅外相機(jī)，用于捕捉作物表面的熱分布圖像；
19、圖像處理單元：用于對來自紅外成像單元的紅外圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；所述單元包括圖像增強(qiáng)子單元和圖像分割子單元；
20、圖像增強(qiáng)子單元：用于通過調(diào)整對比度和亮度，提高病害區(qū)域的可見性；
21、圖像分割子單元：用于采用邊緣檢測算法，將作物表面與背景分離，提取病斑、腐爛或蟲害區(qū)域的輪廓數(shù)據(jù)，生成病害區(qū)域的二值圖像；
22、病害識別單元：用于分析圖像處理單元輸出的二值圖像數(shù)據(jù)，識別并分類作物的病害信息；所述單元包括特征提取子單元和分類子單元；
23、特征提取子單元：用于通過提取病斑的面積、形狀、邊緣銳利度的特征參數(shù)；
24、分類子單元：用于根據(jù)提取的特征參數(shù)對病害類型進(jìn)行分類識別，判斷病斑、腐爛或蟲害的具體種類，并將識別結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊。
25、可選的，所述數(shù)據(jù)分析模塊包括數(shù)據(jù)整合單元、決策樹分析單元、風(fēng)險(xiǎn)評估單元以及趨勢預(yù)測單元；其中：
26、數(shù)據(jù)整合單元：用于接收來自環(huán)境監(jiān)測模塊、作物生長監(jiān)測模塊及病害檢測模塊的所有數(shù)據(jù)，并將不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一格式化和整合，形成綜合性的農(nóng)田數(shù)據(jù)集；
27、決策樹分析單元：用于對整合后的農(nóng)田數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，采用決策樹算法構(gòu)建多層決策樹模型，基于環(huán)境參數(shù)、作物生長狀態(tài)數(shù)據(jù)和病害信息的多個(gè)條件，評估當(dāng)前病害風(fēng)險(xiǎn)；
28、風(fēng)險(xiǎn)評估單元：用于根據(jù)決策樹分析單元的輸出結(jié)果，對病害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評估，計(jì)算病害發(fā)生的概率值，并生成風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告；
29、趨勢預(yù)測單元：用于基于當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測病害的發(fā)展趨勢，利用多層決策樹模型的分支路徑，分析不同環(huán)境和作物生長條件下病害潛在的發(fā)展方向和嚴(yán)重程度，提供未來一段時(shí)間內(nèi)的病害發(fā)展預(yù)測。
30、可選的，所述決策樹分析單元包括：
31、決策樹構(gòu)建子單元：用于根據(jù)來自數(shù)據(jù)整合單元的農(nóng)田數(shù)據(jù)集，通過決策樹算法構(gòu)建多層決策樹模型，具體構(gòu)建過程包括以下步驟：
32、選擇分裂特征：通過計(jì)算各環(huán)境參數(shù)、作物生長狀態(tài)數(shù)據(jù)和病害信息的信息增益，選擇最佳分裂特征；信息增益的計(jì)算公式為：
33、，其中，?為數(shù)據(jù)集，?為特征，?為特征?的某個(gè)取值對應(yīng)的子集，?為數(shù)據(jù)集?的信息熵；
34、節(jié)點(diǎn)分裂：根據(jù)選定的特征和其閾值?，將數(shù)據(jù)集?分裂為子集?和?，使得每個(gè)子集在該特征上的值滿足?或?；
35、遞歸構(gòu)建：對每個(gè)子集?和?遞歸執(zhí)行特征選擇和節(jié)點(diǎn)分裂步驟，直到滿足停止條件；
36、模型生成：完成上述步驟后，構(gòu)建完成的多層決策樹模型用于對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分類識別；
37、病害風(fēng)險(xiǎn)評估子單元：用于基于構(gòu)建的決策樹模型，結(jié)合當(dāng)前環(huán)境參數(shù)、作物生長狀態(tài)數(shù)據(jù)和病害信息，評估當(dāng)前病害風(fēng)險(xiǎn)；評估步驟包括：
38、輸入數(shù)據(jù)：接收當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)、作物生長狀態(tài)數(shù)據(jù)和病害信息作為輸入特征；
39、路徑遍歷：根據(jù)輸入特征，通過決策樹模型從根節(jié)點(diǎn)開始，依次判斷每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括環(huán)境監(jiān)測模塊、作物生長監(jiān)測模塊、病害檢測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及預(yù)警生成模塊；其中：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境監(jiān)測模塊包括溫濕度傳感單元、土壤酸堿度傳感單元、光照強(qiáng)度傳感單元以及數(shù)據(jù)處理單元；其中：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述作物生長監(jiān)測模塊包括葉面積監(jiān)測單元、植株高度監(jiān)測單元以及生長速度監(jiān)測單元；其中：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述病害檢測模塊包括紅外成像單元、圖像處理單元以及病害識別單元；其中：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述決策樹分析單元包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)險(xiǎn)評估單元包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述趨勢預(yù)測單元包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述信息傳輸單元包括網(wǎng)絡(luò)通信接口子單元和數(shù)據(jù)傳輸子單元；其中：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括環(huán)境監(jiān)測模塊、作物生長監(jiān)測模塊、病害檢測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及預(yù)警生成模塊；其中：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境監(jiān)測模塊包括溫濕度傳感單元、土壤酸堿度傳感單元、光照強(qiáng)度傳感單元以及數(shù)據(jù)處理單元；其中：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述作物生長監(jiān)測模塊包括葉面積監(jiān)測單元、植株高度監(jiān)測單元以及生長速度監(jiān)測單元；其中：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品病害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述病害檢測模塊包括紅外成像單元、圖像處理單元以及病害識...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李文靜，王赫，于凱雯，李振博，王丹鳳，
申請(專利權(quán))人：山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心山東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展研究中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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