智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，包括抽排水設備、液位計、攝像頭、圖像處理設備和主控制器，所述抽排水設備用于對所述稻田內存水量進行抽排，所述液位計用于檢測所述稻田的水位高度，所述攝像頭用于拍攝稻田圖像，所述圖像處理設備與所述攝像頭連接以對所述稻田圖像圖像處理，所述主控制器與所述抽排水設備、所述液位計和所述圖像處理設備分別連接，基于所述圖像處理結果和所述水位高度控制所述抽排水設備的抽排操作。通過本發(fā)明，能夠根據稻田內水位高度占據整株水稻高度的浸水百分比確定稻田所需的抽排水量，并控制抽排水設備按照所需抽排水量自動完成水稻的排水灌溉。
【專利說明】智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及排水灌溉領域，尤其涉及一種智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]水稻是全球主要的種植作物之一，其種植歷史悠久，尤其是近年雜交水稻的集中研究，水稻的產量和經濟效益越來越高，為解決全球饑餓問題、維護國際社會穩(wěn)定做出突出
-Tj.士 [>貝獻。
[0003]水稻的種植方式與其他旱地農作物的種植方式不同。水稻具有喜水耐水特性，常采用淹灌方式，因此，滲漏損失水量大，灌水次數(shù)多，灌溉定額大。灌溉制度應滿足不同時期稻田淹灌水層的深度要求。由此看來,水稻對水量的要求比較苛刻,為了維持水稻的高產量，需要時刻保證水稻對水量的需求。
[0004]稻田內的存水量需要維持在一定高度，才能最適合水稻的生長，因此需要對稻田灌溉排水結合的方式，才能及時保證稻田的存水量。然而，現(xiàn)有技術中的稻田排水灌溉系統(tǒng)，往往只偏重排水或灌溉中的某一方面，忽略了另一方面，或者另一方面僅僅采用人工方式進行處理，大大降低了稻田排水灌溉系統(tǒng)的自動化程度，無法適應水稻生長各個時期對稻田存水量的不同要求。
[0005]因此，需要一種新的稻田排水灌溉系統(tǒng)，將排水或灌溉過程都進行自動化定制，能夠在存水量過多時自動排水，能夠在存水量偏少時自動灌溉，從而保證稻田水位維持在預設高度，保證水稻的正常生長。


【發(fā)明內容】

[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，通過圖像識別技術確定稻田內水位高度占據整株水稻高度的浸水百分比，從而確定稻田所需的抽排水量，并控制抽排水設備按照所需抽排水量自動完成水稻的排水灌溉，將水稻的浸水高度維持在一個合理范圍，避免水稻被淹或缺水。
[0007]根據本發(fā)明的一方面，提供了一種智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括抽排水設備、液位計、攝像頭、圖像處理設備和主控制器，所述抽排水設備用于對所述稻田內存水量進行抽排，所述液位計用于檢測所述稻田的水位高度，所述攝像頭用于拍攝稻田圖像，所述圖像處理設備與所述攝像頭連接以對所述稻田圖像圖像處理，所述主控制器與所述抽排水設備、所述液位計和所述圖像處理設備分別連接，基于所述圖像處理結果和所述水位高度控制所述抽排水設備的抽排操作。
[0008]更具體地，在所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括流量檢測儀，與所述抽排水設備連接，用于檢測所述抽排水設備抽水總量或排水總量；所述抽排水設備還包括電動機，用于根據接收到的抽水信號將所述稻田內存水量抽出，并根據接收到的排水信號停止工作；電磁閥，設置在所述稻田的灌溉水道中，用于根據接收到的抽水信號控制所述灌溉水道的關閉，還用于根據接收到的排水信號控制所述灌溉水道的打開，以控制所述灌溉水道上方的灌溉水流進入所述灌溉水道；存儲設備，用于存儲水稻上限灰度閾值和水稻下限灰度閾值，所述存儲設備還存儲了浸水位置抽排水量對照表，所述水稻上限灰度閾值和所述水稻下限灰度閾值用于將圖像中的水稻和背景分離，所述浸水位置抽排水量對照表保存了浸水百分比和抽排水量的一一對應關系；所述攝像頭為高清攝像頭，分辨率為1280X720，設置在所述稻田的上方，用于拍攝稻田圖像；所述圖像處理設備包括圖像預處理單元、圖像分割單元和水稻水面高度識別單元，所述圖像預處理單元與所述攝像頭連接，用于對所述稻田圖像依次執(zhí)行對比度增強和小波濾波以輸出濾波稻田圖像，所述圖像分割單元與所述圖像預處理單元和所述存儲設備分別連接，用于將所述濾波稻田圖像中灰度值在所述水稻上限灰度閾值和所述水稻下限灰度閾值之間的像素識別以組成多個水稻子圖像，所述水稻水面高度識別單元與所述圖像分割單元連接，基于每一個水稻子圖像識別每一株水稻的水面高度，還平均多株水稻的水面高度以得到平均水面高度；所述主控制器與所述抽排水設備、所述液位計、所述流量檢測儀、所述存儲設備和所述圖像處理設備分別連接，對所述液位計輸出的水位高度和所述圖像處理設備輸出的平均水面高度求和以獲得水稻高度，將所述水位高度除以所述水稻高度以獲得所述水位高度占據所述水稻高度的浸水百分比，基于所述得到的浸水百分比在所述浸水位置抽排水量對照表查找與所述得到的浸水百分比對應的抽排水量，并在所述對應抽排水量為抽水量時發(fā)出抽水信號，在所述對應抽排水量為排水量時發(fā)出排水信號；無線通信接口，與遠端的農田水利控制平臺無線連接，還與所述主控制器連接，用于將所述水位高度、所述平均水面高度、所述得到的浸水百分比和所述對應抽排水量無線發(fā)送到所述農田水利控制平臺，并接收所述農田水利控制平臺發(fā)送的控制指令，所述控制指令中包括抽排水量；供電電源，與所述主控制器連接，用于為所述系統(tǒng)內除了所述供電電源之外的設備提供電源供應，并在所述主控制器的控制下進行供電管理；其中，所述主控制器在所述流量檢測儀發(fā)送的抽水總量或排水總量等于所述對應抽排水量，停止所述抽排水設備的抽排操作，所述主控制器、所述電動機、所述存儲設備、所述供電電源都設置在所述系統(tǒng)的防水外殼內。
[0009]更具體地，在所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)中，將所述主控制器、所述存儲設備和所述供電電源集成在一塊集成電路板上。
[0010]更具體地，在所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)中，所述電動機為直流電動機。
[0011 ] 更具體地，在所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)中，所述無線通信接口為GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一種。
[0012]更具體地，在所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括串口通信接口，與所述存儲器設備連接，用于向所述存儲設備輸入所述存儲水稻上限灰度閾值、所述水稻下限灰度閾值和所述浸水位置抽排水量對照表。
[0013]更具體地，在所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)中，所述串口通信接口為RS-232串行通信接口。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]以下將結合附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，其中:
[0015]圖1為根據本發(fā)明實施方案示出的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)的結構方框圖。

【具體實施方式】
[0016]下面將參照附圖對本發(fā)明的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)的實施方案進行詳細說明。
[0017]水稻原產亞洲熱帶，在中國廣為栽種后，逐漸傳播到世界各地。按照不同的方法，水稻可以分為秈稻和粳稻、早稻和中晚稻、糯稻和非糯稻。中國科學家袁隆平對雜交水稻的研究做出了巨大貢獻，被譽為“雜交水稻之父”，雜交水稻使得水稻產量迅速增長。水稻所結稻粒去殼后稱大米、香米、稻米或米。世界上近一半人口，都以大米為食。大米的食用方法多種多樣，有米飯、米粥、米餅、米糕、米線米酒等。水稻所結子實即稻谷，去殼后稱大米或米。屬于直接經濟作物，還是世界上三分之一人類的主食。
[0018]水稻對稻田的存水量要求較高，如果水量過多，水稻透氣性差，易發(fā)生紋枯病等病害，另外，如孕穗期受澇，部分稻穗會死亡，有的雖然抽出穗，但多畸形稻、稻穗發(fā)育不全或空癟粒的穗；抽穗期受淹，植株缺氧，致使根系早衰甚至腐爛，不能吸收足夠的養(yǎng)分，造成葉片早衰，而且存水量過多實際上也是對水的一種浪費。
[0019]同時，如果水量過少，將會降低光合能力，影響幼穗發(fā)育，影響枝梗的發(fā)育，增加穎花的退化和不孕，稻株根系活力下降。孕穗初期受旱抑制枝梗、穎花原基分化，每穗粒數(shù)少，孕穗中期缺水使內外穎和雌雄蕊發(fā)育不良。減數(shù)分裂期缺水造成穎花大量退化，粒數(shù)減少，結實率下降。抽穗期缺水造成抽穗開花困難，不僅抽穗不齊、包頸白穗多、降低結實率，還會直接造成抽不出穗，嚴重影響水稻的產量。
[0020]本發(fā)明的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，能夠通過自動識別當前稻田內水位高度占據整株水稻高度的浸水百分比，并根據預設的浸水百分比和抽排水量的一一對應關系，查詢到稻田所需的抽排水量，從而控制抽排水設備按照所需抽排水量自動完成水稻的排水灌溉，將稻田水位一致保持在讓水稻正常生長的最佳位置。
[0021]圖1為根據本發(fā)明實施方案示出的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)的結構方框圖，所述系統(tǒng)包括抽排水設備1、液位計2、攝像頭3、圖像處理設備4和主控制器5，所述抽排水設備I用于對所述稻田內存水量進行抽排，所述液位計2用于檢測所述稻田的水位高度，所述攝像頭3用于拍攝稻田圖像，所述圖像處理設備4與所述攝像頭3連接以對所述稻田圖像圖像處理，所述主控制器5與所述抽排水設備1、所述液位計2、所述攝像頭3和所述圖像處理設備4分別連接以啟動或關閉所述抽排水設備1、所述液位計2、所述攝像頭3和所述圖像處理設備4，還基于所述圖像處理結果和所述水位高度控制所述抽排水設備I的抽排操作。
[0022]接著，對本發(fā)明的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)的結構進行更具體的說明。
[0023]所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)還包括流量檢測儀，與所述抽排水設備I連接，用于檢測所述抽排水設備I抽水總量或排水總量。
[0024]所述抽排水設備I還包括電動機，用于根據接收到的抽水信號將所述稻田內存水量抽出，并根據接收到的排水信號停止工作；電磁閥，設置在所述稻田的灌溉水道中，用于根據接收到的抽水信號控制所述灌溉水道的關閉，還用于根據接收到的排水信號控制所述灌溉水道的打開，以控制所述灌溉水道上方的灌溉水流進入所述灌溉水道。
[0025]所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)還包括存儲設備，用于存儲水稻上限灰度閾值和水稻下限灰度閾值，所述存儲設備還存儲了浸水位置抽排水量對照表，所述水稻上限灰度閾值和所述水稻下限灰度閾值用于將圖像中的水稻和背景分離，所述浸水位置抽排水量對照表保存了浸水百分比和抽排水量的對應關系。
[0026]所述攝像頭3為高清攝像頭，分辨率為1280X720，設置在所述稻田的上方，用于拍攝稻田圖像。
[0027]所述圖像處理設備4包括圖像預處理單元、圖像分割單元和水稻水面高度識別單元，所述圖像預處理單元與所述攝像頭3連接，用于對所述稻田圖像依次執(zhí)行對比度增強和小波濾波以輸出濾波稻田圖像，所述圖像分割單元與所述圖像預處理單元和所述存儲設備分別連接，用于將所述濾波稻田圖像中灰度值在所述水稻上限灰度閾值和所述水稻下限灰度閾值之間的像素識別以組成多個水稻子圖像，所述水稻水面高度識別單元與所述圖像分割單元連接，基于每一個水稻子圖像識別每一株水稻的水面高度，還平均多株水稻的水面高度以得到平均水面高度。
[0028]所述主控制器5與所述抽排水設備1、所述液位計2、所述流量檢測儀、所述存儲設備和所述圖像處理設備4分別連接，對所述液位計2輸出的水位高度和所述圖像處理設備4輸出的平均水面高度求和以獲得水稻高度，將所述水位高度除以所述水稻高度以獲得所述水位高度占據所述水稻高度的浸水百分比，基于所述得到的浸水百分比在所述浸水位置抽排水量對照表查找與所述得到的浸水百分比對應的抽排水量，并在所述對應抽排水量為抽水量時發(fā)出抽水信號，在所述對應抽排水量為排水量時發(fā)出排水信號。
[0029]所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)還包括無線通信接口，與遠端的農田水利控制平臺無線連接，還與所述主控制器5連接，用于將所述水位高度、所述平均水面高度、所述得到的浸水百分比和所述對應抽排水量無線發(fā)送到所述農田水利控制平臺，并接收所述農田水利控制平臺發(fā)送的控制指令，所述控制指令中包括抽排水量。
[0030]所述智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)還包括供電電源，與所述主控制器5連接，用于為所述系統(tǒng)內除了所述供電電源之外的設備提供電源供應，并在所述主控制器5的控制下進行供電管理。
[0031]其中，所述主控制器5在所述流量檢測儀發(fā)送的抽水總量或排水總量等于所述對應抽排水量，停止所述抽排水設備I的抽排操作，所述主控制器5、所述電動機、所述存儲設備、所述供電電源都設置在所述系統(tǒng)的防水外殼內。
[0032]其中，可選擇將所述主控制器5、所述存儲設備和所述供電電源集成在一塊集成電路板上，所述電動機可選為直流電動機，所述無線通信接口可選為GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一種，所述系統(tǒng)還可以包括串口通信接口，與所述存儲器設備連接，用于向所述存儲設備輸入所述存儲水稻上限灰度閾值、所述水稻下限灰度閾值和所述浸水位置抽排水量對照表，所述串口通信接口優(yōu)選為RS-232串行通信接口。
[0033]另外，串行通信接口標準經過使用和發(fā)展，目前已經有幾種，但都是在RS-232標準的基礎上經過改進而形成的。RS-232C標準是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。他適合于數(shù)據傳輸速率在O?20000b/s范圍內的通信。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電氣特性都作了明確規(guī)定。由于通信設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備，因此，他作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。
[0034]RS-232-C 是美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA (Electronic Industry Associat1n)制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。
[0035]RS-232-C 標準規(guī)定的數(shù)據傳輸速率為 50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。RS-232-C標準規(guī)定，驅動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m ;若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內的通信。
[0036]采用本發(fā)明的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，針對現(xiàn)有技術無法同時對水稻實現(xiàn)排水自動化和灌溉自動化導致自動化程度較低的技術問題，為了將稻田水位維持在保證水稻正常生長的合理范圍內，通過圖像識別技術確定當前稻田內水位高度占據整株水稻高度的浸水百分比，進一步確定稻田所需的抽排水量，并控制抽排水設備按照所需抽排水量自動完成水稻的排水灌溉，提高了水稻排水灌溉系統(tǒng)的智能化水平。
[0037]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，所述系統(tǒng)設置在稻田內，其特征在于，所述系統(tǒng)包括抽排水設備、液位計、攝像頭、圖像處理設備和主控制器，所述抽排水設備用于對所述稻田內存水量進行抽排，所述液位計用于檢測所述稻田的水位高度，所述攝像頭用于拍攝稻田圖像，所述圖像處理設備與所述攝像頭連接以對所述稻田圖像圖像處理，所述主控制器與所述抽排水設備、所述液位計和所述圖像處理設備分別連接，基于所述圖像處理結果和所述水位高度控制所述抽排水設備的抽排操作。
2.如權利要求1所述的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 流量檢測儀，與所述抽排水設備連接，用于檢測所述抽排水設備抽水總量或排水總量； 所述抽排水設備還包括 電動機，用于根據接收到的抽水信號將所述稻田內存水量抽出，并根據接收到的排水信號停止工作； 電磁閥，設置在所述稻田的灌溉水道中，用于根據接收到的抽水信號控制所述灌溉水道的關閉，還用于根據接收到的排水信號控制所述灌溉水道的打開，以控制所述灌溉水道上方的灌溉水流進入所述灌溉水道； 存儲設備，用于存儲水稻上限灰度閾值和水稻下限灰度閾值，所述存儲設備還存儲了浸水位置抽排水量對照表，所述水稻上限灰度閾值和所述水稻下限灰度閾值用于將圖像中的水稻和背景分離，所述浸水位置抽排水量對照表保存了浸水百分比和抽排水量的一一對應關系； 所述攝像頭為高清攝像頭，分辨率為1280X720，設置在所述稻田的上方，用于拍攝稻田圖像； 所述圖像處理設備包括圖像預處理單元、圖像分割單元和水稻水面高度識別單元，所述圖像預處理單元與所述攝像頭連接，用于對所述稻田圖像依次執(zhí)行對比度增強和小波濾波以輸出濾波稻田圖像，所述圖像分割單元與所述圖像預處理單元和所述存儲設備分別連接，用于將所述濾波稻田圖像中灰度值在所述水稻上限灰度閾值和所述水稻下限灰度閾值之間的像素識別以組成多個水稻子圖像，所述水稻水面高度識別單元與所述圖像分割單元連接，基于每一個水稻子圖像識別每一株水稻的水面高度，還平均多株水稻的水面高度以得到平均水面高度； 所述主控制器與所述抽排水設備、所述液位計、所述流量檢測儀、所述存儲設備和所述圖像處理設備分別連接，對所述液位計輸出的水位高度和所述圖像處理設備輸出的平均水面高度求和以獲得水稻高度，將所述水位高度除以所述水稻高度以獲得所述水位高度占據所述水稻高度的浸水百分比，基于所述得到的浸水百分比在所述浸水位置抽排水量對照表查找與所述得到的浸水百分比對應的抽排水量，并在所述對應抽排水量為抽水量時發(fā)出抽水信號，在所述對應抽排水量為排水量時發(fā)出排水信號； 無線通信接口，與遠端的農田水利控制平臺無線連接，還與所述主控制器連接，用于將所述水位高度、所述平均水面高度、所述得到的浸水百分比和所述對應抽排水量無線發(fā)送到所述農田水利控制平臺，并接收所述農田水利控制平臺發(fā)送的控制指令，所述控制指令中包括抽排水量； 供電電源，與所述主控制器連接，用于為所述系統(tǒng)內除了所述供電電源之外的設備提供電源供應，并在所述主控制器的控制下進行供電管理； 其中，所述主控制器在所述流量檢測儀發(fā)送的抽水總量或排水總量等于所述對應抽排水量，停止所述抽排水設備的抽排操作； 其中，所述主控制器、所述電動機、所述存儲設備、所述供電電源都設置在所述系統(tǒng)的防水外殼內。
3.如權利要求2所述的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，其特征在于: 將所述主控制器、所述存儲設備和所述供電電源集成在一塊集成電路板上。
4.如權利要求2所述的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，其特征在于: 所述電動機為直流電動機。
5.如權利要求2所述的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，其特征在于: 所述無線通信接口為通信接口、36通信接口或％通信接口中的一種。
6.如權利要求2所述的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 串口通信接口，與所述存儲器設備連接，用于向所述存儲設備輸入所述存儲水稻上限灰度閾值、所述水稻下限灰度閾值和所述浸水位置抽排水量對照表。
7.如權利要求6所述的智能化水稻排水灌溉系統(tǒng)，其特征在于: 所述串口通信接口為1^-232串行通信接口。
【文檔編號】E02B11/00GK104351021SQ201410614750
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權日:2014年11月4日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:無錫北斗星通信息科技有限公司