一种多功能智慧植物生长监测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种多功能智慧植物生长监测系统，包括：光谱数据监测模块，用于获取待测植物的光谱数据；生长环境数据监测模块，用于获取待测植物的生长环境数据；植物图像采集模块，用于获取待测植物的图像数据；主控模块，用于根据光谱数据和生长环境参数数据计算得到植被指数，并根据图像数据进行图像分割，得到植物的结构参数；无线通信模块，用于将植被指数和结构参数发送至监测云端，以进行对待测植物的云端实时监测

【技术实现步骤摘要】
一种多功能智慧植物生长监测系统


[0001]本专利技术涉及智慧植物监测
，特别是涉及一种多功能智慧植物生长监测系统
。

技术介绍

[0002]植物生长是一个复杂
、
变化的过程，植物生长状态容易受到太阳光
、
温度
、
湿度等环境影响，因此对植物生长环境中的表示环境影响因素的生理参数
、
生长环境参数的测量和分析是有必要的
。
[0003]随着科学技术的进步，在相关技术中已经出现依靠高精度的光学测量仪器进行生理参数测量的技术方案，这种方案测量精度高，测量光谱波段多
。
但是这种方法获取数据困难，测量过程中容易对植物造成伤害，仅适用于监测单株植物或小范围植物生长指数的情况，无法应对大范围植物生长监测的要求
。
而利用遥感卫星等技术手段测量生理参数的技术方案虽然解决了大范围植物生长监测的问题，但是仍然存在获取数据精度低
、
传送困难等问题
。
同时，由于数据获取困难的原因，相关技术中往往忽略生长环境参数对植物生长的影响；或获取的生长环境参数精度不高，导致无法正确判断生长环境参数对植物生长的影响
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种多功能智慧植物生长监测系统
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种多功能智慧植物生长监测系统，包括：
[0007]光谱数据监测模块，用于获取待测植物的光谱数据；
[0008]生长环境数据监测模块，用于获取所述待测植物的生长环境数据；
[0009]植物图像采集模块，用于获取所述待测植物的图像数据；
[0010]主控模块，用于根据所述光谱数据和所述生长环境参数数据计算得到植被指数，并根据所述图像数据进行图像分割，得到植物的结构参数；
[0011]无线通信模块，用于将所述植被指数和所述结构参数发送至监测云端，以进行对所述待测植物的云端实时监测
。
[0012]优选地，所述生长环境数据监测模块布置在所述待测植物的生长区域内；所述生长环境数据监测模块包括有效辐射传感器
、
光照强度传感器
、
气温传感器
、
气压传感器
、
湿度传感器
、
风向传感器
、
风速传感器中的一种或多种
。
[0013]优选地，所述光谱数据监测模块设置在所述待测植物的冠层上方
。
[0014]优选地，所述主控模块包括：
[0015]反射率计算单元，用于根据所述光谱数据计算光谱反射率；
[0016]第一指数确定单元，用于根据所述光谱反射率，通过植被指数模型，计算得到初始
植被指数；
[0017]第二指数确定单元，用于根据所述生长环境参数数据，通过植被指数修正模型对所述初始植被指数进行修正，得到所述植被指数
。
[0018]优选地，所述植被指数模型的计算公式为：
[0019][0020]Z0为修正后的植被指数，
Z
i
为初步计算得到的植被指数，
N
为植物发育历期，为发育平均温度，
C
为发育起点温度，
T
为植物当前冠层温度，
T
max
为最高冠层温度，
T
min
为最低冠层温度，
a
为植物光合量子效率，
I
为光合有效辐射，
P
max
为最大光合速率，
SWC
为土壤含水率，
RH
为空气相对湿度，
C0为修正常量，
C1、C2、C3、C4均为修正系数
。
[0021]优选地，所述主控模块还包括：
[0022]构建单元，用于构建包括多个子神经网络的混合神经网络模型；
[0023]训练单元，用于采集至少一张植物图像作为训练图像样本
,
根据所述训练图像样本标注对应植物的类别和叶片骨架，并根据标注后的所述训练图像样本对所述混合神经网络模型进行训练；
[0024]分割单元，用于将所述待测植物的图像数据输入训练后的所述混合神经网络模型，训练后的所述混合神经网络模型输出所述植物图像分割结果和植物叶片骨架提取结果；
[0025]统计计算单元，用于根据所述植物图像分割结果和所述植物叶片骨架提取结果进行计算，得到所述结构参数；所述结构参数包括叶面积指数
、
叶面积体密度
、
叶间隙
、
叶倾角分布和植株株高
。
[0026]优选地，还包括：
[0027]水分模拟模块，用于基于三维可视化模拟模型，根据所述植被指数和所述结构参数构建植物生长模拟动画；
[0028]渲染模型，用于根据所述植物生长模拟动画进行渲染漫游，得到真实效果视频
。
[0029]优选地，所述根据三维可视化模拟模型构建植物生长模拟动画的工具为
Cinema 4D。
[0030]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0031]本专利技术提供了一种多功能智慧植物生长监测系统，包括：光谱数据监测模块，用于获取待测植物的光谱数据；生长环境数据监测模块，用于获取所述待测植物的生长环境数据；植物图像采集模块，用于获取所述待测植物的图像数据；主控模块，用于根据所述光谱数据和所述生长环境参数数据计算得到植被指数，并根据所述图像数据进行图像分割，得到植物的结构参数；无线通信模块，用于将所述植被指数和所述结构参数发送至监测云端，以进行对所述待测植物的云端实时监测
。
本专利技术不仅能够通过光谱数据和生长环境数据实现对植物的植被指数的实时监测，还能够通过图像数据精准的对植物进行图像分割，得到生长参数数据，并且还能够通过云端实现在线监控功能
。
本专利技术能够提高植物生长监测的智能化程度，并且提高监测精度
。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0033]图1为本专利技术实施例提供的系统模块结构示意图
。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多功能智慧植物生长监测系统，其特征在于，包括：光谱数据监测模块，用于获取待测植物的光谱数据；生长环境数据监测模块，用于获取所述待测植物的生长环境数据；植物图像采集模块，用于获取所述待测植物的图像数据；主控模块，用于根据所述光谱数据和所述生长环境参数数据计算得到植被指数，并根据所述图像数据进行图像分割，得到植物的结构参数；无线通信模块，用于将所述植被指数和所述结构参数发送至监测云端，以进行对所述待测植物的云端实时监测
。2.
根据权利要求1所述的多功能智慧植物生长监测系统，其特征在于，所述生长环境数据监测模块布置在所述待测植物的生长区域内；所述生长环境数据监测模块包括有效辐射传感器
、
光照强度传感器
、
气温传感器
、
气压传感器
、
湿度传感器
、
风向传感器
、
风速传感器中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的多功能智慧植物生长监测系统，其特征在于，所述光谱数据监测模块设置在所述待测植物的冠层上方
。4.
根据权利要求1所述的多功能智慧植物生长监测系统，其特征在于，所述主控模块包括：反射率计算单元，用于根据所述光谱数据计算光谱反射率；第一指数确定单元，用于根据所述光谱反射率，通过植被指数模型，计算得到初始植被指数；第二指数确定单元，用于根据所述生长环境参数数据，通过植被指数修正模型对所述初始植被指数进行修正，得到所述植被指数
。5.
根据权利要求4所述的多功能智慧植物生长监测系统，其特征在于，所述植被指数模型的计算公式为：
Z0为修正后的植被指数，
Z
i
为初步计算得到的植被指数，
N
为植物发育历期，为发育平均温度，
C
为发育起点温度，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑笑，葛晓敏，胡亚萍，陈水飞，周旭，吴翼，丁晖，
申请(专利权)人：生态环境部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：