[发明专利]一种基于大数据的高寒牧区草原虫害监测预警系统及方法

权利要求书

1.一种基于大数据的高寒牧区草原虫害监测预警方法，其特征在于，所述基于大数据的高寒牧区草原虫害监测预警方法包括以下步骤：

步骤一，通过步进电机搭载高清摄像机采集高寒牧区草原图像，通过判断程序根据采集高寒牧区草原图像判断草原长势；并对草原虫害情况进行实时监测，获取高寒牧区草原多个采样点的虫害监测原始图像；

步骤二，通过图像处理程序对获取的草原虫害监测原始图像进行去噪处理；通过图像增强程序获取第一草原虫害监测图像，所述第一草原虫害监测图像是对原始草原虫害监测图像进行锐化处理后得到的；

步骤三，获取对比度增强参数；根据所述对比度增强参数调整步骤二得到的所述第一草原虫害监测图像的对比度，得到第二草原虫害监测图像；

步骤四，确定所述第二草原虫害监测图像的灰度草原图像与所述原始草原虫害监测图像的灰度草原图像之间的偏差是否满足参数调节条件；

步骤五，在所述第二草原虫害监测图像的灰度草原图像与所述原始草原虫害监测图像的灰度草原图像之间的偏差满足所述参数调节条件时，调节所述对比度增强参数，得到调节后的对比度增强参数；

步骤六，根据所述调节后的对比度增强参数确定最终草原虫害监测图像，所述最终草原虫害监测图像是指对所述原始草原虫害监测图像进行草原图像增强处理后得到的草原图像；对处理后的草原虫害监测图像进行分割处理，提取草原虫害特征图；

步骤七，将每个采样点的虫害原始图像输入2D卷积神经网络中进行训练，形成训练集；中央处理器利用识别程序接收所述草原虫害特征图，并将所述草原虫害特征图输入2D卷积神经网络，得到所述图像信息所对应的害虫类型；

步骤八，基于预先配置的草原虫危害症状学习模型或虫体形态学习模型对每个采样点的虫害图像进行分析，得到所述虫害图像中的虫害数量，并生成虫害记录；

步骤九，从云服务器中获取草原区的实时病虫害相关数据与历史病虫害相关数据，根据采集的病虫害相关数据中对病虫害发生的贡献度，挑选病虫害预测模型的建模因子；

步骤十，根据步骤九挑选的建模因子基于神经网络构建病虫害预测模型，并利用采集的历史病虫害相关数据对预测模型进行训练优化；

步骤十一，通过虫害预估程序调用病虫害预测模型输入实时病虫害相关数据以及历史病虫害相关数据，并根据虫害记录对草原区的病虫害等级进行预估；

步骤十二，通过声光预警装置对草原异常虫害情况进行预警，并通过杀虫装置对高寒牧区草原虫害进行灭杀；通过步进电机搭载摄像机和杀虫装置，并为高寒牧区草原虫害监测预警系统提供驱动；

步骤十三，通过云服务器集中大数据资源对采集的草原图像数据进行处理；通过云服务器存储采集高寒牧区草原图像、虫害监测原始图像、草原长势判断结果、虫害识别结果、虫害等级、虫害预警信息及灭虫情况的信息；

步骤十四，通过网络接口接通无线传感网络进行高寒牧区草原虫害监测预警数据的无线传输；通过太阳能电池板为高寒牧区草原虫害监测预警系统提供电能；通过移动终端接收草原虫害监测预警数据，并进行草原虫害监测预警系统的远程控制；

步骤十五，通过LED高清显示器显示采集高寒牧区草原图像、虫害监测原始图像、草原长势判断结果、虫害识别结果、虫害等级、虫害预警信息及灭虫情况的实时数据；

步骤三中，在第一次根据所述对比度增强参数调整所述第一草原虫害监测图像的对比度之前，所述获取对比度增强参数，包括：

确定所述原始草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像的第二平均灰度值，并获取预存的平均灰度值与对比度增强参数之间的对应关系；

在所述第二平均灰度值与所述对应关系中的平均灰度值均不相等、所述第二平均灰度值大于所述对应关系中的第i个平均灰度值、且所述第二平均灰度值小于所述对应关系中的第i+1个平均灰度值时，将所述第i个平均灰度值、所述第i个平均灰度值对应的第i个对比度增强参数、所述第i+1个平均灰度值、所述第i+1个平均灰度值对应的第i+1个对比度增强参数和所述第二平均灰度值输入预设公式，得到所述第二平均灰度值对应的所述对比度增强参数；所述i为正整数；

步骤四中，所述确定所述第二草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像与所述原始草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像之间的偏差是否满足参数调节条件，包括：

将所述原始草原虫害监测图像转换为灰度草原虫害监测图像，得到所述原始草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像；

将所述第二草原虫害监测图像转换为灰度草原虫害监测图像，得到所述第二草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像；

将所述原始草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像与所述第二草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像进行比较，得到差值草原虫害监测图像；

确定所述差值草原虫害监测图像的第一平均灰度值是否大于预设灰度值，且所述对比度增强参数的值是否大于1；

在所述第一平均灰度值大于所述预设灰度值，且所述对比度增强参数大于1时，确定所述第二草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像与所述原始草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像之间的偏差满足所述参数调节条件；

步骤六中，所述根据所述调节后的对比度增强参数确定最终草原虫害监测图像，包括：

将所述调节后的对比度增强参数作为所述对比度增强参数，再次执行所述获取对比度增强参数；根据所述对比度增强参数调整所述第一草原虫害监测图像的对比度，得到第二草原虫害监测图像；确定所述第二草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像与所述原始草原虫害监测图像的灰度草原图像之间的偏差是否满足参数调节条件的步骤；

在所述第二草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像与所述原始草原虫害监测图像的灰度草原虫害监测图像之间的偏差不满足所述参数调节条件时，对所述第二草原虫害监测图像进行去噪处理，得到所述最终草原虫害监测图像，所述去噪处理用于降低在调整对比度的过程中引入的噪声；

步骤十二中，所述通过杀虫装置对高寒牧区草原虫害进行灭杀的方法，包括：

(I)获取当前草原时段易爆发虫害的虫害类型，根据气候信息和虫害类型，获取每种虫害的活动时间；

(II)统计所有灭虫装置所反馈的每种虫害出现的概率，并筛选出概率大于10％的虫害类型；

(III)将步骤(II)筛选出的虫害类型与步骤(I)获取的虫害类型进行对比，将存在的害虫类型发送给杀虫灯，将不存在的害虫类型发送给管理人员确认其活动时间，并重新获取当前时间段的气候信息、害虫类型及每种害虫的活动时间；根据管理人员上传的害虫活动时间，将害虫类型及其活动时间发送给杀虫灯。