一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及农业施肥控制领域，公开了一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法和系统，该方法包括采集农作物根部图像，构建

【技术实现步骤摘要】
一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法和系统


[0001]本专利技术涉及农业施肥控制领域，具体为一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法和系统
。

技术介绍

[0002]在农业生产中，科学合理的施肥是提高农作物产量和质量的关键因素之一
。
传统的农业施肥方法通常是根据农民的经验和经验规则来判断施肥量，或者使用手动控制的方式来进行施肥，然而，这种方法存在着施肥量不准确
、
浪费资源
、
施肥效率低下
、
环境污染等问题，随着农业技术的发展，人们对提高施肥效率和减少施肥成本的需求越来越迫切
。
[0003]例如申请公开号为
CN115968623A
的中国专利公开了一种可控制施肥深度的施肥机及方法，该施肥机包含一个支架，支架固定连接一组支撑杆，一组支撑杆分别固定连接存储桶，存储桶固定连通出料管，存储桶的底板设置有一组均匀分布的直槽，每个所述直槽内分别设置有四个圆杆，每个圆杆分别固定连接存储桶，存储桶通过电机支架固定连接电机，电机的输出轴固定连接上侧转盘
。
该专利技术能够根据植物高度，调节施肥位置，但是无法调节施肥速率；过快的施肥速率会使液态肥料过量堆积在植株的根区，导致根部受损；除此之外，还会造成肥料的浪费，增加农民的成本，并可能对环境造成污染
。
[0004]又如申请公开号为
CN109287219A
的中国专利公开了一种施肥机用侧深施肥控制装置，该装置包括选择型多组离合联动控制的插秧机主体和控制器，插秧机主体的上面设有发电机和电瓶，插秧机主体的上面前端处设有离合机构，离合机构上面设有施肥机构，施肥软管的一端穿过离合机构且与施肥机构相连，施肥软管的另一端连接设有位于插秧机主体移动方向前端处的插秧部件，插秧部件的下面设有侧深施肥部件，插秧部件远离插秧机主体的侧面上设有插秧插嘴
。
该装置能够对农作物均匀施肥，尽管均匀施肥旨在确保每个植株都获得适量的养分，但由于农作物在生长过程中可能存在差异，一些植株可能对施肥更为敏感，导致这些植株过度吸收养分，而其他植株则未能充分利用养分，这时就需要一种能够调节施肥速率，对农作物进行个性化施肥的控制方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法和系统，以解决上述
技术介绍
中提出的现有的的问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，包括以下具体步骤：
[0007]采集农作物根部图像，构建
AI
模型，确定所需肥料类型和农作物主根长度；
[0008]实时监测农作物根部土壤湿度和施肥机行进速度；
[0009]根据肥料类型
、
农作物根部土壤湿度以及施肥机行进速度，确定施肥速率；
[0010]根据施肥速率，对农作物进行施肥；
[0011]记录每次施肥时间
、
肥料类型
、
农作物主根长度以及农作物根部土壤湿度；
[0012]将施肥速率传输到远程监控中心，监控施肥机的运行状态
。
[0013]本专利技术的进一步改进在于，采集农作物根部图像，构建
AI
模型，确定所需肥料类型和农作物主根长度通过深度学习模块实现；深度学习模块包含根部图像采集单元
、
根部图像滤波单元以及模式识别单元；
[0014]其中，根部图像采集单元包含一个地下图像仪，通过地下图像仪采集农作物根部的图像；根部图像滤波单元对农作物根部的图像进行滤波处理；模式识别单元对滤波完毕的农作物根部图像进行分类和分割，确定农作物所需肥料类型和农作物主根长度
。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，滤波处理包含以下具体过程：
[0016]（
a
）令地下图像仪采集到的农作物根部图像为
,
的尺寸为，其中和分别表示的长和宽，脉冲噪声和无噪声图像共同组成农作物根部图像；
[0017]（
b
）将农作物根部图像进行奇异值分解，奇异值分解公式如下：
[0018][0019]其中，和分别表示无噪声图像和脉冲噪声在垂直方向上的特征向量；和分别表示无噪声图像和脉冲噪声的奇异值；和分别表示无噪声图像和脉冲噪声在水平方向上的特征向量；表示零元素；
[0020]（
c
）对农作物根部图像进行阶重构，表示无噪声图像的秩，令重构后的图像为，的计算公式如下：
[0021][0022]其中，表示无噪声图像在垂直方向上的特征向量；表示无噪声图像的奇异值；表示无噪声图像在水平方向上的特征向量的转置
。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，模式识别单元对滤波完毕的农作物根部图像进行分类和分割，确定农作物所需肥料类型和农作物主根长度包含以下具体过程：
[0024]（1）根据农作物根部图像特征，标记农作物所需肥料类型，肥料类型包括氮肥
、
磷肥
、
钾肥；
[0025]（2）利用标记完毕的农作物根部图像，构建并训练
AI
模型，确定农作物所需肥料类型和农作物主根长度
。
[0026]本专利技术的进一步改进在于，
AI
模型包含编码器和解码器；其中，编码器根据农作物的根部图像特征，评估农作物所需肥料类型；解码器对农作物根部图像进行语义分割确定农作物主根长度
。
[0027]本专利技术的进一步改进在于，解码器对农作物根部图像进行语义分割确定农作物的主根长度包含以下过程：
[0028]（
a
）将农作物主根从语义分割完毕的农作物根部图像中分离，得到农作物主根图像；
[0029]（
b
）根据农作物主根图像，获取主根根顶到主根根尖的像素距离；
[0030]（
c
）将主根根顶到主根根尖的像素距离转化为主根根顶到主根根尖的实际距离
，的计算公式如下：
[0031][0032]其中，表示主根根顶到主根根尖的像素距离
,
表示农作物根部图像的分辨率参数
。
[0033]本专利技术的进一步改进在于，实时监测农作物根部土壤湿度和施肥机行进速度通过数据监测模块实现；数据监测模块包括传感器单元和信号处理单元；
[0034]其中，传感器单元包括土壤湿度传感器和光电编码器；土壤湿度传感器测量农作物根部土壤湿度；光电编码器测量施肥机行进速度；
[0035]信号处理单元将土壤湿度传感器输出的模拟信号转化为原始数字信号，并对原始数字信号进行滤波处理
。
[0036]本专利技术的进一步改进在于，信号处理单元将土壤湿度传感器输出的模拟信号转化为原始数字信号，并对原始数字信号进行滤波处理包含以下过程：
[0037]（本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：包括以下具体步骤：采集农作物根部图像，构建
AI
模型，确定所需肥料类型和农作物主根长度；实时监测农作物根部土壤湿度和施肥机行进速度；根据肥料类型
、
农作物根部土壤湿度以及施肥机行进速度，确定施肥速率；根据施肥速率，对农作物进行施肥；记录每次施肥时间
、
肥料类型
、
农作物主根长度以及农作物根部土壤湿度；将施肥速率传输到远程监控中心，监控施肥机的运行状态
。2.
根据权利要求1所述的一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：采集农作物根部图像，构建
AI
模型，确定所需肥料类型和农作物主根长度通过深度学习模块实现；深度学习模块包含根部图像采集单元
、
根部图像滤波单元以及模式识别单元；其中，根部图像采集单元包含一个地下图像仪，通过地下图像仪采集农作物根部的图像；根部图像滤波单元对农作物根部的图像进行滤波处理；模式识别单元对滤波完毕的农作物根部图像进行分类和分割，确定农作物所需肥料类型和农作物主根长度
。3.
根据权利要求2所述的一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：所述滤波处理包含以下具体过程：（
a
）令地下图像仪采集到的农作物根部图像为
,
的尺寸为，其中和分别表示的长和宽，脉冲噪声和无噪声图像共同组成农作物根部图像；（
b
）将农作物根部图像进行奇异值分解，奇异值分解公式如下：；其中，和分别表示无噪声图像和脉冲噪声在垂直方向上的特征向量；和分别表示无噪声图像和脉冲噪声的奇异值；和分别表示无噪声图像和脉冲噪声在水平方向上的特征向量；表示零元素；（
c
）对农作物根部图像进行阶重构，表示无噪声图像的秩，令重构后的图像为，的计算公式如下：；其中，表示无噪声图像在垂直方向上的特征向量；表示无噪声图像的奇异值；表示无噪声图像在水平方向上的特征向量的转置
。4.
根据权利要求3所述的一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：所述模式识别单元对滤波完毕的农作物根部图像进行分类和分割，确定农作物所需肥料类型和农作物主根长度包含以下具体过程：（1）根据农作物根部图像特征，标记农作物所需肥料类型，肥料类型包括氮肥
、
磷肥
、
钾肥；（2）利用标记完毕的农作物根部图像，构建并训练
AI
模型，确定农作物所需肥料类型和农作物主根长度
。5.
根据权利要求4所述的一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：所述
AI
模型包含编码器和解码器；其中，编码器根据农作物的根部图像特征，评估农作物所需肥料类型；解码器对农作物根部图像进行语义分割确定农作物主根长度
。6.
根据权利要求5所述的一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：所述解码器对农作物根部图像进行语义分割确定农作物的主根长度包含以下过程：（
a
）将农作物主根从语义分割完毕的农作物根部图像中分离，得到农作物主根图像；（
b
）根据农作物主根图像，获取主根根顶到主根根尖的像素距离；（
c
）将主根根顶到主根根尖的像素距离转化为主根根顶到主根根尖的实际距离，的计算公式如下：；其中，表示主根根顶到主根根尖的像素距离
,
表示农作物根部图像的分辨率参数
。7.
根据权利要求1所述的一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：所述实时监测农作物根部土壤湿度和施肥机行进速度通过数据监测模块实现；数据监测模块包括传感器单元和信号处理单元；其中，传感器单元包括土壤湿度传感器和光电编码器；土壤湿度传感器测量农作物根部土壤湿度；光电编码器测量施肥机行进速度；信号处理单元将土壤湿度传感器输出的模拟信号转化为原始数字信号，并对原始数字信号进行滤波处理
。8.
根据权利要求7所述的一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：所述信号处理单元将土壤湿度传感器输出的模拟信号转化为原始数字信号，并对原始数字信号进行滤波处理包含以下过程： （
a
）对土壤湿度传感器输出的模拟信号进行采样
,
得到采样后的模拟信号； （
b
）对采样后的模拟信号使用
ADC
转化器进行量化处理得到原始数字信号； （
c
）对原始数字信号进行滤波处理
。9.
根据权利要求8所述的一种农业侧深施肥机的施肥速率控制方法，其特征在于：所述对...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟为国，鲁伟，
申请(专利权)人：江苏苏启智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：