[发明专利]一种智慧农业种植农作物生长全周期全动态监测管理系统

权利要求书

1.一种智慧农业种植农作物生长全周期全动态监测管理系统，其特征在于：包括区域划分模块、图像获取模块、图像处理模块、特征分析模块、重量检测模块、重量分析模块、营养液取样模块、营养液检测模块、分析服务器、存储数据库和显示模块；

所述区域划分模块用于对待检测水培农作物的种植区域进行划分，将待检测水培农作物的种植区域按照空间网格的等分方式划分为若干面积相同的子区域，并对若干子区域按照顺序依次进行编号，编号分别为1,2,...,i,...,n，并将若干子区域编号发送至图像获取模块；

所述图像获取模块与区域划分模块连接，包括若干高清摄像头，分别安装在各种植子区域内，且每个种植子区域内都安装一个高清摄像头，用于接收区域划分模块发送的若干子区域编号，通过高清摄像头获取各种植子区域内种植的水培农作物生长外表的图像，将获取的各种植子区域内种植的水培农作物生长外表的图像发送至图像处理模块；

所述图像处理模块与图像获取模块连接，用于接收图像获取模块发送的各种植子区域内种植的水培农作物生长外表的图像，将接收的各水培农作物生长外表图像进行图像分割，选取包裹各水培农作物生长外表的最小区域，强化最小区域的图像高频分量，获取各水培农作物生长外表轮廓清晰的增强图像，将获取的各增强图像发送至特征分析模块；

所述特征分析模块与图像处理模块连接，用于接收图像处理模块发送的各水培农作物生长外表轮廓清晰的增强图像，对各水培农作物生长外表轮廓清晰的增强图像进行特征提取，并提取存储数据库中存储的各生长阶段水培农作物的外表图像特征，将提取的各增强图像特征与存储的各生长阶段水培农作物的外表图像特征进行对比，统计该增强图像特征与存储的各生长阶段水培农作物的外表图像特征的相似度，筛选相似度最大的水培农作物生长阶段外表图像，统计各增强图像对应的水培农作物生长阶段，将各增强图像对应的水培农作物生长阶段分别发送至重量分析模块和分析服务器；

所述重量检测模块包括若干重量传感器，其中若干重量传感器分别安装在各子区域中种植的水培农作物下面，且各种植子区域与若干重量传感器一一对应，用于对各子区域中水培农作物的重量进行实时检测，统计各子区域中水培农作物的重量，构成各子区域中水培农作物的重量集合G_n(g₁,g₂,...,g_i,...,g_n)，g_i表示为第i个子区域中水培农作物的重量，将各子区域中水培农作物的重量集合发送至重量分析模块；

所述重量分析模块分别与特征分析模块和重量检测模块连接，用于接收特征分析模块发送的各增强图像对应的水培农作物生长阶段，同时接收重量检测模块发送的各子区域中水培农作物的重量集合，提取存储数据库中存储的各生长阶段水培农作物的标准重量，将各子区域中水培农作物的重量与对应的生长阶段水培农作物的标准重量进行对比，得到各子区域中水培农作物的重量差值集合ΔG_nR(Δg₁R,Δg₂R,...,Δg_iR,...,Δg_nR)，Δg_iR表示为第i个子区域中第R个生长阶段的水培农作物的重量与对应的生长阶段水培农作物的标准重量对比差值，R＝R₁,R₂,R₃,R₄,R₅,R₆，R₁表示为水培农作物生长对应的萌芽阶段，R₂表示为水培农作物生长对应的芽发育阶段，R₃表示为水培农作物生长对应的前期生长阶段，R₄表示为水培农作物生长对应的中期生长阶段，R₅表示为水培农作物生长对应的后期生长阶段，R₆表示为水培农作物生长对应的成熟阶段，将各子区域中水培农作物的重量差值集合发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与特征分析模块和重量分析模块连接，用于接收特征分析模块发送的各增强图像对应的水培农作物生长阶段，同时接收重量分析模块发送的各子区域中水培农作物的重量差值集合，对接收的各子区域中水培农作物的重量差值进行分析，若某子区域中水培农作物的重量差值大于或等于零，表明该子区域中水培农作物生长良好，若某子区域中水培农作物的重量差值小于零，表明该子区域中水培农作物生长不良，统计生长不良的水培农作物所在的子区域，构成各生长不良的水培农作物所在的子区域集合A_mR(a₁R,a₂R,...,a_jR,...,a_mR),m≤n，a_jR表示为第j个生长不良的第R个生长阶段水培农作物所在的子区域，将各生长不良的水培农作物所在的子区域集合发送至营养液取样模块；

所述营养液取样模块与分析服务器连接，包括液体取样器，用于接收分析服务器发送的各生长不良的水培农作物所在的子区域集合，通过液体取样器对接收的各生长不良的水培农作物所在子区域内营养液成分进行取样，构成各取样子区域内营养液样本集合表示为第j个取样子区域中第R个生长阶段的水培农作物所需营养液样本，将各取样子区域内营养液样本集合发送至营养液检测模块；

所述营养液检测模块与营养液检测模块连接，包括营养液检测仪，用于接收营养液取样模块发送的各取样子区域内营养液样本集合，通过营养液检测仪检测各取样子区域内营养液样本中的氮含量、磷含量、钾含量、钙含量和镁含量，依次构成各取样子区域内营养液样本中各成分含量集合表示为第j个取样子区域中第R个生长阶段的水培农作物所需营养液样本中第L种营养成分含量，L＝L₁,L₂,L₃,L₄,L₅，L₁表示为营养液样本中氮成分,L₂表示为营养液样本中磷成分，L₃表示为营养液样本中钾成分，L₄表示为营养液样本中钙成分，L₅表示为营养液样本中镁成分，并将各取样子区域内营养液样本中各成分含量集合发送至分析服务器；

所述分析服务器与营养液检测模块连接，用于接收营养液检测模块发送的各取样子区域内营养液样本中各成分含量集合，提取存储数据库中存储的各生长阶段水培农作物所需营养液各成分含量的标准范围，将各取样子区域内营养液样本中各成分含量与对应的生长阶段水培农作物所需营养液各成分含量的标准范围进行对比，若某取样子区域内营养液样本中各成分含量处于对应的生长阶段水培农作物所需要营养液各成分含量的标准范围之内，表明该取样子区域的营养液均衡，若某取样子区域内营养液样本中某成分含量处于对应的生长阶段水培农作物所需要营养液该成分含量的标准范围之外，表明该取样子区域的营养液不均衡，统计营养液样本中部分成分含量不均衡的取样子区域编号，将营养液样本中部分成分含量不均衡的取样子区域编号发送至显示模块；

同时，分析服务器提取存储数据库中存储的各生长阶段水培农作物所需营养液各成分对应的生长影响比例权重系数，计算各生长阶段水培农作物生长影响系数，并将各生长阶段水培农作物生长影响系数发送至显示模块；

所述存储数据库分别与特征分析模块、重量分析模块和分析服务器连接，用于存储各生长阶段水培农作物的外表图像特征，水培农作物的各生长阶段分别为萌芽阶段、芽发育阶段、前期生长阶段、中期生长阶段、后期生长阶段和成熟阶段，存储各生长阶段水培农作物的标准重量，并存储各生长阶段水培农作物所需营养液中标准氮含量范围、磷含量范围、钾含量范围、钙含量范围和镁含量范围，同时存储各生长阶段水培农作物所需营养液各成分对应的生长影响比例权重系数,依次分别为λ_NR、λ_PR、λ_KR、λ_CaR、λ_MgR,λ_NR,λ_PR,λ_KR,λ_CaR,λ_MgR分别表示为第R个生长阶段中氮元素、磷元素、钾元素、钙元素和镁元素对应的生长影响比例权重系数；

所述显示模块与分析服务器连接，用于接收分析服务器发送的营养液样本中部分成分含量不均衡的取样子区域编号和各生长阶段水培农作物生长影响系数，并进行显示，同时相关人员根据显示的取样子区域编号对对应编号的子区域内营养液的成分进行均衡调配。