基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，包括多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)設(shè)置在一個(gè)農(nóng)田分區(qū)內(nèi)，用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的作物干旱程度，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)與所述多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)無線連接，基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的作物干旱程度確定對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉流量。通過本實(shí)用新型，能夠基于農(nóng)田作物干旱程度的第一手?jǐn)?shù)據(jù)確定每一塊農(nóng)田的預(yù)定灌溉水量，提高了農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
【專利說明】基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)田水利領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)受到世界各地的普遍關(guān)注，隨著農(nóng)業(yè)就業(yè)人口的減少和水資源的匱乏，農(nóng)田自動(dòng)灌溉面臨的良好的發(fā)展契機(jī)，達(dá)到減少勞動(dòng)力和節(jié)水的目的。尤其是水資源嚴(yán)重短缺的農(nóng)業(yè)國(guó)家，一般來說，農(nóng)業(yè)用水占去了總用水量的大部分，最近各國(guó)的頻發(fā)的大范圍干旱，為人們節(jié)約用水敲響了警鐘。因此高效的自動(dòng)化控制灌溉技術(shù)不但能夠有效的節(jié)水節(jié)能，同時(shí)也是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志。
[0003]然而現(xiàn)有的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)采用的灌溉模式有兩種，一種是依靠農(nóng)業(yè)水利管理人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來控制灌溉，而憑經(jīng)驗(yàn)控制灌溉不能根據(jù)土壤含水量及作物的需水量來科學(xué)地進(jìn)行灌溉控制，勢(shì)必會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，另一種是采用濕度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤含水量，根據(jù)土壤含水量來控制灌溉水量，而這種灌溉方式未依靠作物干旱程度的第一手?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)控制，獲得的灌溉水量必有誤差，精度不高。
[0004]因此，需要一種新的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，能夠直接獲取被灌溉對(duì)象即農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況，從而分析出其干旱程度，基于獲得的干旱程度確定對(duì)應(yīng)農(nóng)作物的灌溉水量，提高自動(dòng)灌溉的準(zhǔn)確性，在保證農(nóng)作物得到合理灌溉的同時(shí)，達(dá)到節(jié)約水資源的目的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，引入圖像采集設(shè)備和圖像分析設(shè)備，對(duì)被灌溉的農(nóng)作物進(jìn)行拍攝，獲得作物圖像，根據(jù)干旱時(shí)作物偏白的狀況，對(duì)作物圖像中白像素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定農(nóng)作物的干旱程度，并引入無線通信模式和水量實(shí)時(shí)控制模式完成基于干旱程度控制灌溉的控制過程，控制方式更簡(jiǎn)單、直接、有效。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)設(shè)置在一個(gè)農(nóng)田分區(qū)內(nèi)，用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的作物干旱程度，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)與所述多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)無線連接，基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的作物干旱程度確定對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉流量。
[0007]更具體地，在所述基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)還包括現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)作物上限灰度閾值和作物下限灰度閾值，所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)了干旱程度對(duì)照表，所述作物上限灰度閾值和所述作物下限灰度閾值用于將圖像中的作物和背景分離，所述干旱程度對(duì)照表保存了白像素百分比和作物干旱程度的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；圖像采集器，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的上方，用于采集對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的農(nóng)田圖像；圖像處理器，分別連接所述圖像采集器和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器，包括中值濾波單元、圖像分割單元、圖像二值化單元、統(tǒng)計(jì)單元和干旱程度確定單元，所述中值濾波單元與所述圖像采集器連接，用于對(duì)所述農(nóng)田圖像進(jìn)行中值濾波以輸出濾波圖像，所述圖像分割單元與所述中值濾波單元和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器分別連接，用于將所述濾波圖像中灰度值在所述作物上限灰度閾值和所述作物下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成作物子圖像，所述圖像二值化單元與所述圖像分割單元連接，用于將所述作物子圖像二值化以輸出二值化作物圖像，所述統(tǒng)計(jì)單元與所述圖像二值化單元連接，用于統(tǒng)計(jì)所述二值化作物圖像中灰度值為255的像素?cái)?shù)量占據(jù)所述二值化作物圖像總像素?cái)?shù)量的白像素百分比，所述干旱程度確定單元與所述統(tǒng)計(jì)單元和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器分別連接，用于基于所述統(tǒng)計(jì)單元輸出的白像素百分比在所述干旱程度對(duì)照表中查找對(duì)應(yīng)的作物干旱程度；電磁閥，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道中，基于接收到的電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)分別控制所述灌溉水道的打開和關(guān)閉，以決定所述灌溉水道上方的灌溉水流是否能夠進(jìn)入所述灌溉水道；灌溉流量計(jì)，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道中，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述灌溉水道的已流入水量；現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口，與所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線通信接口無線連接，還與所述圖像處理器、所述電磁閥和所述灌溉流量計(jì)分別連接，用于無線發(fā)送所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，無線接收電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)；所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程無線通信接口，與每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口無線連接，用于無線接收所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，無線發(fā)送電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)；遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)預(yù)設(shè)干旱程度閾值，還用于存儲(chǔ)水量對(duì)照表，所述水量對(duì)照表保持了作物干旱程度和預(yù)定灌溉水量的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；處理器，與所述遠(yuǎn)程無線通信接口和所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器分別連接，針對(duì)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)，當(dāng)接收到的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度大于等于所述預(yù)設(shè)干旱程度閾值時(shí)，發(fā)出電磁閥打開信號(hào)，并基于所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度在所述水量對(duì)照表中查找對(duì)應(yīng)的預(yù)定灌溉水量，并在接收到的所述已流入水量與所述對(duì)應(yīng)的預(yù)定灌溉水量匹配時(shí)，發(fā)出電磁閥關(guān)閉信號(hào)；顯示器，與所述處理器連接，用于實(shí)時(shí)顯示每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，還基于電磁閥打開信號(hào)或電磁閥關(guān)閉信號(hào)實(shí)時(shí)顯示每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的電磁閥的動(dòng)態(tài)開關(guān)模擬圖；其中，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)設(shè)置在當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利管理部門的監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)，所述現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口和所述遠(yuǎn)程無線通信接口的通信標(biāo)準(zhǔn)相同，都為GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一種，所述圖像二值化單元輸出的二值化作物圖像中的像素灰度值為O或255，灰度值為O的像素為黑像素，灰度值為255的像素為白像素。
[0008]更具體地，在所述基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，所述顯示器基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度，顯示所有農(nóng)田分區(qū)的干旱動(dòng)態(tài)模擬圖，所述顯示器還基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的所述已流入水量，顯示所有農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道動(dòng)態(tài)模擬圖。
[0009]更具體地，在所述基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，所述顯示器為液晶顯示器，其尺寸為19英寸5:4顯示比例，其分辨率為1280X1024。
[0010]更具體地，在所述基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)還包括串行通信接口，與所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器連接，用于向所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器輸入所述作物上限灰度閾值、所述作物下限灰度閾值和所述干旱程度對(duì)照表。
[0011]更具體地，在所述基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)還包括用戶輸入設(shè)備，與所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器連接，用于向所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器輸入所述預(yù)設(shè)干旱程度閾值和所述水量對(duì)照表。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0013]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案示出的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0014]圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案示出的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]農(nóng)田水利，指的是發(fā)展灌溉排水，調(diào)節(jié)地區(qū)水情，改善農(nóng)田水分狀況，防治旱、澇、鹽、堿災(zāi)害，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的綜合性科學(xué)技術(shù)。農(nóng)田水利又稱為灌溉和排水，即irrigat1n and drainage，其涉及到水力學(xué)、土木工程學(xué)、農(nóng)學(xué)、土壤學(xué)，以及水文、氣象、水文地質(zhì)及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)等學(xué)科。
[0017]農(nóng)田水利的任務(wù)是，通過工程技術(shù)措施對(duì)農(nóng)業(yè)水資源進(jìn)行攔蓄、調(diào)控、分配和使用，并結(jié)合農(nóng)業(yè)技術(shù)措施進(jìn)行改土培肥，擴(kuò)大土地利用，以達(dá)到農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。農(nóng)田水利采取以農(nóng)業(yè)增產(chǎn)為目的的水利工程措施，即通過興建和運(yùn)用各種水利工程措施，調(diào)節(jié)、改善農(nóng)田水分狀況和地區(qū)水利條件，提高抵御天災(zāi)的能力，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，使之有利于農(nóng)作物的生產(chǎn)。農(nóng)田水利的原理與實(shí)踐，防治灌溉土地鹽堿化、沼澤化和水土流失，研宄水利土壤環(huán)境的改善，以及咸水、廢污水的改造與利用等技術(shù)措施。農(nóng)田水利與農(nóng)業(yè)發(fā)展有密切的關(guān)系，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成敗在很大程度上決定于農(nóng)田水利事業(yè)的興衰。
[0018]在實(shí)際運(yùn)用中，最常見的是農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，當(dāng)前的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)集中了電磁控制、流量檢測(cè)等技術(shù)手段，根據(jù)管理人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)或依靠農(nóng)田土壤濕度檢測(cè)，確定每一塊農(nóng)田的灌溉水量，雖然在一定程度上具有合理灌溉、有效節(jié)水的技術(shù)效果，但由于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)有限、土壤濕度檢測(cè)非農(nóng)作物一手?jǐn)?shù)據(jù)，灌溉的精度不夠高。
[0019]本實(shí)用新型的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，能夠通過圖像處理技術(shù)科學(xué)判斷農(nóng)作物的干旱程度，并通過無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的收發(fā)，實(shí)現(xiàn)分布式灌溉管理的同時(shí)，達(dá)到最佳的灌溉效果。
[0020]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案示出的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖，所述系統(tǒng)將被監(jiān)測(cè)的農(nóng)田劃分為多塊農(nóng)田分區(qū)，例如，將每畝地作為一個(gè)農(nóng)田分區(qū)，所述系統(tǒng)包括η個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I和計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2，n為大于I的自然數(shù)，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I設(shè)置在一個(gè)農(nóng)田分區(qū)內(nèi)，用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的作物干旱程度，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2與所述η個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I無線連接，基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的作物干旱程度確定對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉流量。
[0021]接著，對(duì)本實(shí)用新型的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更具體的說明。
[0022]如圖2所示，在所述農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I包括現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器16，用于存儲(chǔ)作物上限灰度閾值和作物下限灰度閾值，所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器16還存儲(chǔ)了干旱程度對(duì)照表，所述作物上限灰度閾值和所述作物下限灰度閾值用于將圖像中的作物和背景分離，所述干旱程度對(duì)照表保存了白像素百分比和作物干旱程度的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0023]每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I還包括圖像采集器11，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的上方，用于采集對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的農(nóng)田圖像；圖像處理器12，分別連接所述圖像采集器11和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器16，包括中值濾波單元、圖像分割單元、圖像二值化單元、統(tǒng)計(jì)單元和干旱程度確定單元，所述中值濾波單元與所述圖像采集器11連接，用于對(duì)所述農(nóng)田圖像進(jìn)行中值濾波以輸出濾波圖像，所述圖像分割單元與所述中值濾波單元和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器16分別連接，用于將所述濾波圖像中灰度值在所述作物上限灰度閾值和所述作物下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成作物子圖像，所述圖像二值化單元與所述圖像分割單元連接，用于將所述作物子圖像二值化以輸出二值化作物圖像，所述統(tǒng)計(jì)單元與所述圖像二值化單元連接，用于統(tǒng)計(jì)所述二值化作物圖像中灰度值為255的像素?cái)?shù)量占據(jù)所述二值化作物圖像總像素?cái)?shù)量的白像素百分比，所述干旱程度確定單元與所述統(tǒng)計(jì)單元和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器16分別連接，用于基于所述統(tǒng)計(jì)單元輸出的白像素百分比在所述干旱程度對(duì)照表中查找對(duì)應(yīng)的作物干旱程度。
[0024]每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I還包括電磁閥13，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道中，基于接收到的電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)分別控制所述灌溉水道的打開和關(guān)閉，以決定所述灌溉水道上方的灌溉水流是否能夠進(jìn)入所述灌溉水道。
[0025]每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I還包括灌溉流量計(jì)14，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道中，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述灌溉水道的已流入水量。
[0026]每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I還包括現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口 15，與所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2的遠(yuǎn)程無線通信接口無線連接，還與所述圖像處理器12、所述電磁閥13和所述灌溉流量計(jì)14分別連接，用于無線發(fā)送所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，無線接收電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)。
[0027]所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2包括遠(yuǎn)程無線通信接口，與每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口 15無線連接，用于無線接收所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，無線發(fā)送電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)。
[0028]所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2還包括遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)預(yù)設(shè)干旱程度閾值，還用于存儲(chǔ)水量對(duì)照表，所述水量對(duì)照表保持了作物干旱程度和預(yù)定灌溉水量的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系O
[0029]所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2還包括處理器，與所述遠(yuǎn)程無線通信接口和所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器分別連接，針對(duì)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)1，當(dāng)接收到的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度大于等于所述預(yù)設(shè)干旱程度閾值時(shí)，發(fā)出電磁閥打開信號(hào)，并基于所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度在所述水量對(duì)照表中查找對(duì)應(yīng)的預(yù)定灌溉水量，并在接收到的所述已流入水量與所述對(duì)應(yīng)的預(yù)定灌溉水量匹配時(shí)，發(fā)出電磁閥關(guān)閉信號(hào)。
[0030]所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2還包括顯示器，與所述處理器連接，用于實(shí)時(shí)顯示每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，還基于電磁閥打開信號(hào)或電磁閥關(guān)閉信號(hào)實(shí)時(shí)顯不每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I的電磁閥的動(dòng)態(tài)開關(guān)模擬圖。
[0031]其中，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2設(shè)置在當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利管理部門的監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)，所述現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口 15和所述遠(yuǎn)程無線通信接口的通信標(biāo)準(zhǔn)相同，都為GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一種，所述圖像二值化單元輸出的二值化作物圖像中的像素灰度值為O或255，灰度值為O的像素為黑像素，灰度值為255的像素為白像素。
[0032]其中，在所述農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，所述顯示器基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度，顯示所有農(nóng)田分區(qū)的干旱動(dòng)態(tài)模擬圖，所述顯示器還基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I的所述已流入水量，顯示所有農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道動(dòng)態(tài)模擬圖，所述顯示器可選為液晶顯示器，其尺寸為19英寸5:4顯示比例，其分辨率為1280 X 1024，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)I還可以包括串行通信接口，與所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器16連接，用于向所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器16輸入所述作物上限灰度閾值、所述作物下限灰度閾值和所述干旱程度對(duì)照表，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)2還可以包括用戶輸入設(shè)備，與所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器連接，用于向所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器輸入所述預(yù)設(shè)干旱程度閾值和所述水量對(duì)照表。
[0033]另外，農(nóng)田水利的主要作用是灌溉和排水，兼及中小型河道整治，塘壩水庫(kù)及圩垸建設(shè)，低產(chǎn)田水利土壤改良，農(nóng)田水土保持、土地整治以及農(nóng)牧供水等。由于各農(nóng)業(yè)地區(qū)的自然條件和生產(chǎn)方式千差萬(wàn)別，需要進(jìn)行農(nóng)業(yè)水利區(qū)劃和相應(yīng)的灌排系統(tǒng)規(guī)劃。農(nóng)田水利還包括一些具有明顯地區(qū)特征的類型，如中國(guó)的黃淮海平原旱澇堿綜合治理、鹽堿地改良、圩區(qū)水利、牧區(qū)水利和墾荒水利等。在干旱、半干旱地區(qū)，灌溉是主要的。
[0034]灌溉，指的是用人工設(shè)施將水輸送到農(nóng)業(yè)土地上，補(bǔ)充土壤水分，改善作物生長(zhǎng)發(fā)育條件稱為灌溉。在特定情況下，灌溉還可減少霜凍危害，改善土壤耕作性能，稀釋土壤鹽分，改善田間小氣候。根據(jù)灌溉水源和灌溉水質(zhì)的不同，可分為地表水灌溉、地下水灌溉、地表水地下水聯(lián)合運(yùn)用，以及污水灌溉、咸水灌溉、肥水灌溉、引洪淤灌等。根據(jù)灌水技術(shù)，可分為地面灌溉、地下灌溉、噴灌、微灌(包括滴灌、微噴灌等)、局部灌溉和節(jié)水灌溉等。為實(shí)現(xiàn)科學(xué)用水，應(yīng)根據(jù)作物需水量和需水時(shí)間、有效降雨量、土壤水狀況以及水文情況，選定灌溉保證率，制定灌溉制度。
[0035]另外，電磁閥，即Electromagnetic valve，是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。
[0036]電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個(gè)孔連接不同的油管，腔中間是活塞，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來開啟或關(guān)閉不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動(dòng)油缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
[0037]采用本實(shí)用新型的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)過于依賴人工經(jīng)驗(yàn)或依靠土壤濕度的非直接數(shù)據(jù)導(dǎo)致的灌溉水量控制精度不高的技術(shù)問題，引入圖像采集和處理技術(shù)直接獲取被灌溉作物的干旱程度，基于干旱程度查找對(duì)應(yīng)的灌溉水量，同時(shí)通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的有效收發(fā)，從而在有效節(jié)水的同時(shí)，提高灌溉控制的準(zhǔn)確性。
[0038]可以理解的是，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本實(shí)用新型。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)設(shè)置在一個(gè)農(nóng)田分區(qū)內(nèi)，用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的作物干旱程度，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)與所述多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)無線連接，基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的作物干旱程度確定對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉流量。
2.如權(quán)利要求1所述的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于: 每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)還包括 現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)作物上限灰度閾值和作物下限灰度閾值，所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)了干旱程度對(duì)照表，所述作物上限灰度閾值和所述作物下限灰度閾值用于將圖像中的作物和背景分離，所述干旱程度對(duì)照表保存了白像素百分比和作物干旱程度的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系; 圖像采集器，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的上方，用于采集對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的農(nóng)田圖像； 圖像處理器，分別連接所述圖像采集器和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器，包括中值濾波單元、圖像分割單元、圖像二值化單元、統(tǒng)計(jì)單元和干旱程度確定單元，所述中值濾波單元與所述圖像采集器連接，用于對(duì)所述農(nóng)田圖像進(jìn)行中值濾波以輸出濾波圖像，所述圖像分割單元與所述中值濾波單元和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器分別連接，用于將所述濾波圖像中灰度值在所述作物上限灰度閾值和所述作物下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成作物子圖像，所述圖像二值化單元與所述圖像分割單元連接，用于將所述作物子圖像二值化以輸出二值化作物圖像，所述統(tǒng)計(jì)單元與所述圖像二值化單元連接，用于統(tǒng)計(jì)所述二值化作物圖像中灰度值為255的像素?cái)?shù)量占據(jù)所述二值化作物圖像總像素?cái)?shù)量的白像素百分比，所述干旱程度確定單元與所述統(tǒng)計(jì)單元和所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器分別連接，用于基于所述統(tǒng)計(jì)單元輸出的白像素百分比在所述干旱程度對(duì)照表中查找對(duì)應(yīng)的作物干旱程度； 電磁閥，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道中，基于接收到的電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)分別控制所述灌溉水道的打開和關(guān)閉，以決定所述灌溉水道上方的灌溉水流是否能夠進(jìn)入所述灌溉水道； 灌溉流量計(jì)，設(shè)置在對(duì)應(yīng)農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道中，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述灌溉水道的已流入水量； 現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口，與所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線通信接口無線連接，還與所述圖像處理器、所述電磁閥和所述灌溉流量計(jì)分別連接，用于無線發(fā)送所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，無線接收電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)； 所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)還包括 遠(yuǎn)程無線通信接口，與每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口無線連接，用于無線接收所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，無線發(fā)送電磁閥打開信號(hào)和電磁閥關(guān)閉信號(hào)； 遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)預(yù)設(shè)干旱程度閾值，還用于存儲(chǔ)水量對(duì)照表，所述水量對(duì)照表保持了作物干旱程度和預(yù)定灌溉水量的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系； 處理器，與所述遠(yuǎn)程無線通信接口和所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器分別連接，針對(duì)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)，當(dāng)接收到的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度大于等于所述預(yù)設(shè)干旱程度閾值時(shí)，發(fā)出電磁閥打開信號(hào)，并基于所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度在所述水量對(duì)照表中查找對(duì)應(yīng)的預(yù)定灌溉水量，并在接收到的所述已流入水量與所述對(duì)應(yīng)的預(yù)定灌溉水量匹配時(shí)，發(fā)出電磁閥關(guān)閉信號(hào); 顯示器，與所述處理器連接，用于實(shí)時(shí)顯示每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度和所述已流入水量，還基于電磁閥打開信號(hào)或電磁閥關(guān)閉信號(hào)實(shí)時(shí)顯示每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的電磁閥的動(dòng)態(tài)開關(guān)模擬圖； 其中，所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)設(shè)置在當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利管理部門的監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)，所述現(xiàn)場(chǎng)無線通信接口和所述遠(yuǎn)程無線通信接口的通信標(biāo)準(zhǔn)相同，都為GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一種，所述圖像二值化單元輸出的二值化作物圖像中的像素灰度值為O或255，灰度值為O的像素為黑像素，灰度值為255的像素為白像素。
3.如權(quán)利要求2所述的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于: 所述顯示器基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的所述對(duì)應(yīng)的作物干旱程度，顯示所有農(nóng)田分區(qū)的干旱動(dòng)態(tài)模擬圖，所述顯示器還基于每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)的所述已流入水量，顯示所有農(nóng)田分區(qū)的灌溉水道動(dòng)態(tài)模擬圖。
4.如權(quán)利要求3所述的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示器為液晶顯示器，其尺寸為19英寸5:4顯示比例，其分辨率為1280X1024。
5.如權(quán)利要求2所述的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于: 每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)還包括串行通信接口，與所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器連接，用于向所述現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)器輸入所述作物上限灰度閾值、所述作物下限灰度閾值和所述干旱程度對(duì)照表。
6.如權(quán)利要求2所述的基于圖像采集的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于: 所述計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)還包括用戶輸入設(shè)備，與所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器連接，用于向所述遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器輸入所述預(yù)設(shè)干旱程度閾值和所述水量對(duì)照表。
【文檔編號(hào)】A01G25/16GK204191297SQ201420654439
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:無錫北斗星通信息科技有限公司