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專利名稱：基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置、系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)田信息實時監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)田作物產(chǎn)量實時 測量系統(tǒng)、方法及裝置。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)是中國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)。農(nóng)田信息監(jiān)測信息是組織和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要依 據(jù)，對各級政府指導(dǎo)生產(chǎn)和制定政策都至關(guān)重要。農(nóng)田生長環(huán)境和農(nóng)作物生長發(fā)育狀況等 作為農(nóng)田信息監(jiān)測的重要內(nèi)容，亦是作物產(chǎn)量評估和預(yù)報的必要前提，還可為作物災(zāi)損和 農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險評價提供數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)依據(jù)。就目前的農(nóng)田信息監(jiān)測方法來看，主要有人工定期定點觀測、自動氣象臺站、現(xiàn)場 數(shù)據(jù)采集裝置以及結(jié)合衛(wèi)星遙感技術(shù)等方法。傳統(tǒng)的人工觀測方法不但耗費人力物力，而 且將觀測結(jié)果逐級向上匯報有一定的時間滯后性。上世紀(jì)80年代從國外引進的自動氣象 站技術(shù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置技術(shù)，在農(nóng)田信息監(jiān)測領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。特別是隨 著近年來微計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，越來越多的農(nóng)業(yè)科研和生產(chǎn)部門，相繼引入并 運用了自動化數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制管理等項手段。但是，氣象臺站監(jiān)測設(shè)備并不是專門針對農(nóng) 田作物配置的，故安放位置通常距農(nóng)田較遠(yuǎn)，用其反映農(nóng)田信息存在較大偏差。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采 集裝置只能實時采集變量數(shù)值，無法看到現(xiàn)場作物實際生長的圖像。并且，大多數(shù)數(shù)據(jù)采集 裝置受數(shù)據(jù)傳輸條件的限制，數(shù)據(jù)只能存儲在采集器上，需要定時派人到現(xiàn)場下載，無法及 時獲得現(xiàn)場的第一手資料，在實際使用中未能很好地發(fā)揮出信息系統(tǒng)的現(xiàn)代化優(yōu)勢。另外， 各部門之間的協(xié)作較少，很難達(dá)到信息共享，同樣也影響了地面有效數(shù)據(jù)的可用性。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，其在大尺度農(nóng)田信息監(jiān)測中的應(yīng)用越來越廣泛和深 入。但是，由于現(xiàn)有的衛(wèi)星圖像空間分辨率相對較低以及同物異譜、異物同譜等物譜差異 的存在，導(dǎo)致遙感技術(shù)無法準(zhǔn)確獲得農(nóng)田尺度作物信息，再加上地面調(diào)查樣本的不足，都在 一定程度上影響了衛(wèi)星遙感監(jiān)測結(jié)果的精度。近年來，國內(nèi)外逐漸開展了農(nóng)田信息實時采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及裝置的研制工作。有關(guān)農(nóng)田信息采集、設(shè)備研制和遠(yuǎn)程監(jiān)控方面的技術(shù)以日本居多。經(jīng)對日本現(xiàn)有 技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，其在農(nóng)田環(huán)境(氣象信息、土壤信息)和作物生長發(fā)育狀況信息采集 方面均具有發(fā)明專利申請。其中，與農(nóng)田環(huán)境(氣象和土壤信息)相關(guān)的代表性專利有1)專利申請?zhí)?003-425471，專利名稱為基于自然供電系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測裝置(自 然工彳、> ￥ — τ駆動t石環(huán)境計測裝置)；2)專利申請?zhí)?003-333527，專利名稱為農(nóng)業(yè)信息傳輸系統(tǒng)(農(nóng)業(yè)情報配信* ^ ^ ^ ) ;3)專利申請?zhí)?001-6054，專利名稱為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟支助系統(tǒng)(農(nóng)業(yè)e ^ ^ ^支援* ^
于A )。與農(nóng)作物生長發(fā)育狀況相關(guān)的代表性專利有1)專利申請?zhí)朠CT/JP2004/007531，專利名稱為自主運行控制系統(tǒng)(自律稼働制
5御〉7于Λ ).2)專利申請?zhí)?000-377551，專利名稱為遠(yuǎn)程農(nóng)業(yè)支助系統(tǒng)(遠(yuǎn)隔地農(nóng)業(yè)支援*
7 于 A )。分析和總結(jié)日本的相關(guān)專利，主要在以下幾方面存在局限(1)沒有將農(nóng)田環(huán)境信息(氣象、土壤信息)和農(nóng)作物生長發(fā)育狀況信息進行有效 地集成；(2)沒有將氣象、土壤和視頻圖像要素的采集功能、交換功能以及供電功能進行有 效地集成。(3)用戶端服務(wù)對象更多考慮的是農(nóng)戶本身，較少涉及農(nóng)業(yè)管理部門、科研院所以 及社會公眾。經(jīng)過對國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，有以下一些有代表性的相關(guān)專利文獻中國專利申請?zhí)?00510029659. 0，專利名稱為基于GPRS/GSM/GPS的大尺度農(nóng)田 墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括若干信息采集模塊、數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、遠(yuǎn)程接收及監(jiān) 控平臺模塊，由埋設(shè)在土壤中的若干傳感器采集土壤墑情信息，并通過GPRS/GSM/GPS網(wǎng)絡(luò) 通訊技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、接收和遠(yuǎn)程監(jiān)控。中國專利申請?zhí)?00520118828. 3，專利名稱為棉田環(huán)境參數(shù)實時采集與遠(yuǎn)程管理 裝置，該裝置整體結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)采集終端和集中監(jiān)控中心兩部分組成；其中，數(shù)據(jù)采集終端采 集雨量、風(fēng)速、光照、地溫和水分等數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳至集中監(jiān)控中心，由 其決策支持軟件將決策結(jié)果以SMS短信形式發(fā)送到用戶手機上，實現(xiàn)對膜下滴灌棉田水分
智能化管理。中國專利申請?zhí)?00620019802. 8，實用新型專利名稱為農(nóng)田信息采集器，本實用 新型不需要管理人員親臨測量，就能夠?qū)r(nóng)田作物的病蟲害情況等信息進行自動采集、取 得數(shù)據(jù)以指導(dǎo)管理人員進行田間管理，連接溫度、濕度傳感器后還可以對農(nóng)田中的水分、空 氣溫度、濕度、作物葉面濕度等信息進行自動采集，增加遠(yuǎn)程通信控制器即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān) 控。總體來看，國內(nèi)相關(guān)專利存在以下幾方面局限(1)沒有將可監(jiān)測農(nóng)作物生長發(fā)育狀況的視頻圖像功能引入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域；(2)沒有實現(xiàn)氣象信息、土壤信息和農(nóng)作物生長發(fā)育狀況信息的有效集成；(3)未能根據(jù)對農(nóng)作物生長發(fā)育狀況的視頻圖像以及農(nóng)作物生長發(fā)育狀況信息的 監(jiān)測，提供對農(nóng)田作物畝產(chǎn)量的自動測算。由于以上現(xiàn)有技術(shù)的局限，使得無論是農(nóng)業(yè)專家、決策者還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者，在面對 農(nóng)業(yè)環(huán)境的變遷、農(nóng)作物長勢、農(nóng)業(yè)災(zāi)害的預(yù)防和控制、災(zāi)害損失與風(fēng)險評價以及減災(zāi)應(yīng)對 措施的制定時，難以高速、高效地做出響應(yīng)決策。因此，研究基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量的實時測量系統(tǒng)、方法及裝置，不僅能夠有 效地彌補其它監(jiān)測手段的不足，而且可以大大降低測算所需的人力物力及提高農(nóng)作物產(chǎn)量 測量的精度，并實現(xiàn)農(nóng)田信息有效共享，以服務(wù)于各層次農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)的需要。不僅如 此，基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量的實時測量系統(tǒng)還能利用網(wǎng)絡(luò)傳輸跨越地域的 限制，讓用戶及時了解農(nóng)田環(huán)境、作物數(shù)據(jù)以及產(chǎn)量信息，并將實時監(jiān)測的圖像及時地傳遞 回監(jiān)控中心，給人以身臨其境的感覺，從而對農(nóng)作物產(chǎn)量既提供自動、準(zhǔn)確的測算手段也能提供出視覺上的佐證。在這一點上，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的掌控，特別是針對農(nóng)業(yè)環(huán)境的變遷、作 物長勢、農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)防和控制、災(zāi)害損失與風(fēng)險評價以及減災(zāi)應(yīng)對措施的正確制定等，均具 有十分重要的應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于視頻技術(shù)的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量系 統(tǒng)、方法及裝置，能夠根據(jù)對農(nóng)田作物的視頻圖像信息實時自動地測算作物產(chǎn)量。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量 裝置，包括控制模塊和云臺，云臺上裝配有視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀，其中云臺，用于通過上下移動傳動其上的視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀隨之上下移 動，且通過旋轉(zhuǎn)運動調(diào)整視頻傳感器的方向；視頻傳感器，用于上下移動直至對準(zhǔn)農(nóng)作物測量對象的頂部，通過云臺的轉(zhuǎn)動將 方向?qū)?zhǔn)農(nóng)作物中一個測量對象，再根據(jù)云臺的轉(zhuǎn)動將方向?qū)?zhǔn)農(nóng)作物中另一個測量對 象；測距儀，用于測量視頻傳感器對準(zhǔn)的測量對象的高度，并測量與測量對象之間的 水平距離；羅盤儀，用于在視頻傳感器從一個測量對象移動到另一測量對象時測出云臺水平 旋轉(zhuǎn)的角度，即測距儀與兩個測量對象間的水平距離的夾角；控制模塊，用于根據(jù)視頻傳感器拍攝的視頻圖像操控云臺的上下移動或旋轉(zhuǎn)；采 集并保存測距儀以及羅盤儀各自實時測量的參數(shù)，并將采集的參數(shù)打包后遠(yuǎn)程傳輸。優(yōu)選地，該裝置還包括電機和支架及其上的機械傳動裝置，其中電機，分別與控制模塊和支架上的機械傳動裝置連接，用于在控制模塊的控制下 帶動支架上的機械傳動裝置做升降運動；支架上的機械傳動裝置，用于通過升降運動帶動云臺上下移動。優(yōu)選地，控制模塊根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺的控制指令采集并保存測距儀及羅盤儀各 自實時測量的多組參數(shù)，并將打包的多組參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給服務(wù)器端控制平臺。優(yōu)選地，云臺為全向云臺，在控制模塊的控制下進行俯仰90度、水平360度的轉(zhuǎn)動；
視頻傳感器通過一個或多個攝像機實現(xiàn)；測距儀通過激光測距儀或紅外測距儀實現(xiàn)；羅盤儀通過電子羅盤實現(xiàn)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量 系統(tǒng)，包括通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置和服務(wù)器端控制平臺，其中農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置，用于采集及保存對農(nóng)作物測量對象測量的高度參數(shù)和 間距相關(guān)參數(shù)，然后將采集的參數(shù)打包，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸給服務(wù)器端控制平臺；服務(wù)器端控制平臺，用于根據(jù)收到參數(shù)計算出農(nóng)作物測量對象的平均高度和平均 間距，并由此計算出農(nóng)作物單位產(chǎn)量。優(yōu)選地，農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置包括控制模塊和云臺，云臺上裝配有視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀，其中云臺，用于通過上下移動傳動其上的視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀隨之上下移 動，且通過旋轉(zhuǎn)運動調(diào)整視頻傳感器的方向；視頻傳感器，用于上下移動直至對準(zhǔn)農(nóng)作物測量對象的頂部，通過云臺的轉(zhuǎn)動將 方向?qū)?zhǔn)農(nóng)作物中一個測量對象，再根據(jù)云臺的轉(zhuǎn)動將方向?qū)?zhǔn)農(nóng)作物中另一個測量對 象；測距儀，用于測量視頻傳感器對準(zhǔn)的測量對象的高度，并測量與該測量對象之間 的水平距離；羅盤儀，用于在視頻傳感器從一個測量對象移動到另一測量對象時測出云臺水平 旋轉(zhuǎn)的角度，即測距儀與兩個測量對象間的水平距離的夾角；控制模塊，用于根據(jù)視頻傳感器拍攝的視頻圖像操控云臺的上下移動或旋轉(zhuǎn)；采 集并保存測距儀及羅盤儀各自實時測量的參數(shù)，并將采集的參數(shù)打包后遠(yuǎn)程傳輸。優(yōu)選地，控制模塊根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺的控制指令采集并保存測距儀及羅盤儀各 自實時測量的多組參數(shù)，并將打包的多組參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給服務(wù)器端控制平臺。優(yōu)選地，農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置還包括電機和支架及其上的機械傳動裝置，其 中電機，分別與控制模塊和支架上的機械傳動裝置連接，用于在控制模塊的控制下 帶動支架上的機械傳動裝置做升降運動；支架上的機械傳動裝置，用于通過升降運動帶動云臺上下移動。優(yōu)選地，遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)包括無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和/或互聯(lián)網(wǎng)。優(yōu)選地，間距相關(guān)參數(shù)包括測距儀與兩個測量對象間的水平距離及其夾角；服務(wù)器端控制平臺根據(jù)測距儀與兩個測量對象間的水平距離及其夾角，通過三角 函數(shù)計算出兩個不同測量對象之間的間距；根據(jù)多組的測量對象的高度計算出測量對象的 平均高度；根據(jù)多組的測距儀與兩個測量對象間的水平距離及其夾角，計算出測量對象之 間的平均間距；將測量對象的平均高度和測量對象之間的平均間距與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的基 礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合，計算出農(nóng)作物的單位株產(chǎn)量和/或單位畝產(chǎn)量，并顯示在控制平臺上，同時存 儲在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量 方法，涉及通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置和服務(wù)器端控制平臺，該方法包 括農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置采集及保存對農(nóng)作物測量對象測量的高度參數(shù)和間距 相關(guān)參數(shù)，然后將采集的參數(shù)打包，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸給服務(wù)器端控制平臺；服務(wù)器端控制平臺根據(jù)收到參數(shù)計算出農(nóng)作物測量對象的平均高度和平均間距， 并由此計算出農(nóng)作物單位產(chǎn)量。優(yōu)選地，農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置采集及保存對農(nóng)作物測量對象測量的高度參數(shù) 和間距相關(guān)參數(shù)，具體包括根據(jù)視頻傳感器拍攝的視頻圖像操控云臺，通過云臺的上下移動或旋轉(zhuǎn)，傳動視頻傳感器上下移動到農(nóng)作物其中一測量對象的頂部位置；通過云臺上的測距儀測量記錄該測量對象的高度，并測量記錄測距儀與該測量對 象之間的水平距離；操控云臺水平轉(zhuǎn)動，使視頻傳感器對準(zhǔn)另一測量對象，由測距儀測量記錄測距儀 與該測量對象之間的水平距離，同時通過云臺上的羅盤儀測量并記錄云臺水平轉(zhuǎn)動角度， 即測距儀與兩個測量對象間的水平距離的夾角；采集并保存測量對象的高度以及作為間距相關(guān)參數(shù)的測距儀與兩個測量對象間 的水平距離及其夾角。優(yōu)選地，農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺的控制指令，采集并保存測 量對象的高度以及測距儀與兩個測量對象間的水平距離及其夾角的多組參數(shù)，并將打包的 多組參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給服務(wù)器端控制平臺；服務(wù)器端控制平臺根據(jù)作為間距相關(guān)參數(shù)的測距儀與兩個測量對象間的水平距 離及其夾角，通過三角函數(shù)計算出兩個不同測量對象之間的間距；根據(jù)多組的所述測量對 象的高度計算出測量對象的平均高度；根據(jù)多組的測距儀與兩個測量對象間的水平距離 及其夾角，計算出測量對象之間的平均間距；將測量對象的平均高度和測量對象之間的平 均間距與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合，計算出農(nóng)作物的單位株產(chǎn)量和/或單位畝產(chǎn) 量，并顯示在控制平臺及存儲在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。優(yōu)選地，農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置通過操控電機帶動支架上的機械傳動裝置做升降運動， 通過該升降運動帶動云臺上下移動。采用本發(fā)明的基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量的實時測量系統(tǒng)、裝置及方法，不僅能 夠有效地彌補其它監(jiān)測手段的不足，而且可以大大降低測算農(nóng)作物產(chǎn)量所需的人力物力及 提高測算精度，由此實現(xiàn)農(nóng)田信息有效共享，以服務(wù)于各層次農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)的需要。


圖1為本發(fā)明的基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量的實時測量裝置的現(xiàn)場安裝配置示 意圖，其中圖1中各部分說明如下1-支架，2-云臺(內(nèi)含電子羅盤)，3-視頻傳感器，4-測距儀，5-電機，6-控制模塊，7-測量對象(作物)；圖2為本發(fā)明的基于視頻技術(shù)的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置及其系統(tǒng)實施例的結(jié) 構(gòu)框圖3為本發(fā)明的用于實時測量農(nóng)作物產(chǎn)量的相關(guān)參數(shù)獲取示意圖； 圖4為本發(fā)明的基于視頻技術(shù)的農(nóng)作物產(chǎn)量的實時測量方法實施例流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量系統(tǒng)、方法及裝置，其發(fā)明構(gòu)思是， 農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置根據(jù)從遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺接收的控制指令，對農(nóng)作物測量對 象進行高度和間距相關(guān)參數(shù)的實時測量，然后將實時測量的參數(shù)打包，通過遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)傳 輸給遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺，由遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺根據(jù)收到的參數(shù)計算出農(nóng)作物測量對象的平均高度和平均間距，并由此計算出農(nóng)作物單位畝產(chǎn)量。以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)地闡述。以下例舉的實 施例僅僅用于說明和解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對本發(fā)明技術(shù)方案的限制。如圖1所示，是本發(fā)明提供的基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置實施例的 現(xiàn)場安裝配置，該測量裝置在支架1上配置有內(nèi)含羅盤儀的云臺2，通過電機5和支架1上 的機械傳動裝置上下升降云臺2，由此使得裝配在云臺2上的視頻傳感器3 (即視頻鏡頭) 上下移動，直至鏡頭高于農(nóng)作物測量對象7 ；視頻傳感器3同時受云臺2的旋轉(zhuǎn)角度的控制 水平旋轉(zhuǎn)使鏡頭能對準(zhǔn)不同的測量對象，云臺2內(nèi)配置的羅盤儀用于測量視頻鏡頭水平旋 轉(zhuǎn)的角度；視頻傳感器3下方配置一測距儀4，用于測量其與地的垂直距離(即測量對象7 的高度)和其與測量對象7水平距離。支架1上裝配的控制模塊用于根據(jù)遠(yuǎn)程控制指令控 制測量裝置中各部分工作，分別實時采集和保存視頻視頻傳感器3拍攝的視頻圖像以及測 距儀和電子羅盤對測量對象7實時測量的參數(shù)，并將實時采集的視頻圖像和參數(shù)進行遠(yuǎn)程 傳輸。如圖2所示，本發(fā)明的基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置實施例和系統(tǒng)實 施例的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)包括通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置和服務(wù)器端控 制平臺，其中農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置，用于采集及保存對農(nóng)作物測量對象實時測量的高度參 數(shù)和間距相關(guān)參數(shù)，然后將采集的高度參數(shù)和間距相關(guān)參數(shù)打包，通過所述遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸 給所述服務(wù)器端控制平臺；服務(wù)器端控制平臺，用于根據(jù)收到的農(nóng)作物測量對象的高度和間距相關(guān)參數(shù)計算 出農(nóng)作物測量對象的平均高度和平均間距，并由此計算出農(nóng)作物單位畝產(chǎn)量。農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置根據(jù)遠(yuǎn)程的服務(wù)器端控制平臺的控制指令實時測量農(nóng) 作物測量對象的高度和間距相關(guān)參數(shù)。上述遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)包括無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和/或互聯(lián)網(wǎng)。圖2所示的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置包括依次連接的控制模塊、電機、支架及其 上的機械傳動裝置以及云臺，在云臺上裝配有視頻傳感器(也稱視頻鏡頭)、測距儀以及羅 盤儀，其中電機，用于在控制模塊的控制下帶動支架上的機械傳動裝置做升降運動；支架上的機械傳動裝置，用于通過做升降運動帶動云臺上下移動；云臺，用于通過上下移動傳動其上的視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀隨之上下移 動，且在控制模塊的控制下開啟視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀工作，并通過旋轉(zhuǎn)運動調(diào)整 視頻鏡頭的方向；上述云臺為全向云臺，能夠在控制模塊的控制下進行俯仰90度、水平360度的轉(zhuǎn) 動。關(guān)于云臺的上下移動，除了通過支架上的機械傳動裝置(譬如齒輪減速傳動或渦輪蝸 桿傳動)帶動外，也可以通過云臺本身的上下轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。視頻傳感器，用于通過云臺的傳動上下移動直至鏡頭對準(zhǔn)農(nóng)作物測量對象的頂 部，通過云臺的轉(zhuǎn)動將鏡頭對準(zhǔn)農(nóng)作物中一個測量對象，再根據(jù)云臺的轉(zhuǎn)動將鏡頭對準(zhǔn)農(nóng) 作物中另一個測量對象；上述視頻傳感器通過一個或多個攝像鏡頭實現(xiàn)。
10
測距儀，用于測量視頻傳感器對準(zhǔn)的測量對象的高度，并測量與測量對象的水平 距離；測距儀對測量對象的高度H及其與兩個測量對象的水平距離L1、L2的測量請參見 圖3。測距儀可以通過激光測距儀或紅外測距儀實現(xiàn)。羅盤儀，用于在視頻傳感器從一個測量對象移動到另一測量對象時測出云臺水平 旋轉(zhuǎn)的角度；羅盤儀對云臺水平旋轉(zhuǎn)的角度的測量，即水平距離Ll與L2之間的夾角α，請參見 圖3。羅盤儀可以通過一電子羅盤實現(xiàn)。顯然，根據(jù)以上測距儀與不同測量對象的水平距離L1、L2以及Ll與L2之間的夾 角α，即三角形的兩條邊Li、L2以及這兩邊的夾角α，能夠通過三角函數(shù)計算出三角形的 另一條邊，即兩個不同測量對象之間的間距d，d = f(Ll，L2，α )，其中f為三角函數(shù)符號。 因此參數(shù)(L1，L2，α)統(tǒng)稱為農(nóng)作物測量對象的間距相關(guān)參數(shù)。控制模塊，用于根據(jù)視頻傳感器拍攝的視頻圖像操控云臺的上下移動或旋轉(zhuǎn)；采 集并保存測距儀以及羅盤儀實時測量的參數(shù)，并將采集的參數(shù)打包后遠(yuǎn)程傳輸。控制模塊根據(jù)遠(yuǎn)程的服務(wù)器端控制平臺的控制指令采集并保存測距儀以及羅盤 儀實時測量的參數(shù)，并將采集參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給服務(wù)器端控制平臺。服務(wù)器端控制平臺根據(jù)收到的農(nóng)作物測量對象的高度和間距相關(guān)參數(shù)計算出農(nóng) 作物測量對象的平均高度和平均間距，并由此計算出農(nóng)作物單位畝產(chǎn)量UOutput = G (Hto, (!〒《)，其中G為計算函數(shù)。因此，服務(wù)器端控制平臺在控制指令中要指明需要的農(nóng)作物產(chǎn) 量實時測量裝置實時測量的參數(shù)組的組數(shù)。在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中有農(nóng)業(yè)專家提供的針對不同地點、不同農(nóng)作物以及相同農(nóng)作物 的不同品種的單株產(chǎn)量與株高度的函數(shù)關(guān)系Gl和畝產(chǎn)量與株高度、株間距以及單株產(chǎn)量 的函數(shù)關(guān)系G2。用數(shù)據(jù)庫中這些數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，與測量前端站點實時測量的參 數(shù)數(shù)據(jù)(Hpydira)相結(jié)合，運算出相對的當(dāng)年的畝產(chǎn)量。同時，長期有效地實時監(jiān)測著農(nóng) 作物的長勢，用實時測量的數(shù)據(jù)與歷史的數(shù)據(jù)進行此對，由此為專家提供了大量有價值的 資料，為國家實現(xiàn)規(guī)范化種植起到了相應(yīng)的積極促進作用。本發(fā)明根據(jù)上述基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置和系統(tǒng)實施例，還相應(yīng) 地基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量方法實施例，其流程是在測量裝置收到的遠(yuǎn)程控制 指令后執(zhí)行的，如圖4所示，包括如下步驟401 操控云臺的上下移動，使云臺升降傳動視頻傳感器上下移動到測量對象的頂 部位置；根據(jù)視頻傳感器拍攝的視頻圖像來操控云臺的上下移動。402 通過云臺開啟測距儀，測量并記錄其與地面的垂直距離，即該測量對象的高 度H，然后測量并記錄其與測量對象之間的水平距離Ll ；403:操控云臺水平轉(zhuǎn)動，使視頻傳感器對準(zhǔn)另一測量對象，通過測距儀測量并記 錄其與該測量對象之間的水平距離L2，同時通過云臺開啟電子羅盤測量并記錄云臺水平轉(zhuǎn) 動角度α ；
404 采集并保存測距儀記錄的參數(shù)數(shù)據(jù)(H，Li，L2)以及電子羅盤記錄的參數(shù)數(shù) 據(jù)⑷；405:判斷是否達(dá)到遠(yuǎn)程控制指令中的參數(shù)數(shù)據(jù)組組數(shù)要求，是則執(zhí)行下列步驟， 否則返回步驟401執(zhí)行；406 通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)將實時獲取的多組的測量參數(shù)數(shù)據(jù)(H，Li，L2， α)打包打包，并向遠(yuǎn)程的服務(wù)器端控制平臺傳輸；407 服務(wù)器端控制平臺接收到多組測量參數(shù)數(shù)據(jù)(H，Li，L2，α)，根據(jù)多組H計 算其平均值，根據(jù)(L1，L2，α)計算測量對象的間距(1 = €仏1，1^2，α)，根據(jù)多組(Li，L2， α )計算的多個間距d的平均值；最后根據(jù)H均值和d均值計算出農(nóng)作物每畝產(chǎn)量，并顯示 在控制平臺上。采用本發(fā)明提供的基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量的實時測量系統(tǒng)、裝置及方法，不 僅能夠有效地彌補其它監(jiān)測手段的不足，而且可以大大降低測算農(nóng)作物產(chǎn)量所需的人力物 力并提高測算精度，并實現(xiàn)農(nóng)田信息有效共享，以服務(wù)于各層次農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)的需要。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的包含范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置，包括控制模塊和云臺，所述云臺上 裝配有視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀，其中所述云臺，用于通過上下移動傳動其上的所述視頻傳感器、所述測距儀以及所述羅盤 儀隨之上下移動，且通過旋轉(zhuǎn)運動調(diào)整所述視頻傳感器的方向；所述視頻傳感器，用于上下移動直至對準(zhǔn)農(nóng)作物測量對象的頂部，通過所述云臺的轉(zhuǎn) 動將方向?qū)?zhǔn)所述農(nóng)作物中一個測量對象，再根據(jù)所述云臺的轉(zhuǎn)動將方向?qū)?zhǔn)所述農(nóng)作物 中另一個測量對象；所述測距儀，用于測量所述視頻傳感器對準(zhǔn)的所述測量對象的高度，并測量與所述測 量對象之間的水平距離；所述羅盤儀，用于在所述視頻傳感器從一個測量對象移動到另一測量對象時測出所述 云臺水平旋轉(zhuǎn)的角度，即所述測距儀與兩個測量對象間的水平距離的夾角；所述控制模塊，用于根據(jù)所述視頻傳感器拍攝的視頻圖像操控所述云臺的上下移動或 旋轉(zhuǎn)；采集并保存所述測距儀以及所述羅盤儀各自實時測量的參數(shù)，并將采集的參數(shù)打包 后遠(yuǎn)程傳輸。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括電機和支架及其上的機械傳動裝 置，其中所述電機，分別與所述控制模塊和支架上的機械傳動裝置連接，用于在控制模塊的控 制下帶動支架上的機械傳動裝置做升降運動；所述支架上的機械傳動裝置，用于通過所述升降運動帶動所述云臺上下移動。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺的控制指令采集并保存所述測距儀及所述 羅盤儀各自實時測量的多組參數(shù)，并將打包的多組參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給所述服務(wù)器端控制平臺。
4.按照權(quán)利要求1至3任一項所述的裝置，其特征在于，所述云臺為全向云臺，在所述控制模塊的控制下進行俯仰90度、水平360度的轉(zhuǎn)動； 所述視頻傳感器通過一個或多個攝像機實現(xiàn)； 所述測距儀通過激光測距儀或紅外測距儀實現(xiàn)； 所述羅盤儀通過電子羅盤實現(xiàn)。
5.一種基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量系統(tǒng)，包括通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接的農(nóng)作物產(chǎn) 量實時測量裝置和服務(wù)器端控制平臺，其中所述農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置，用于采集及保存對農(nóng)作物測量對象測量的高度參數(shù) 和間距相關(guān)參數(shù)，然后將采集的參數(shù)打包，通過所述遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸給所述服務(wù)器端控制平 臺；所述服務(wù)器端控制平臺，用于根據(jù)收到所述參數(shù)計算出所述農(nóng)作物測量對象的平均高 度和平均間距，并由此計算出所述農(nóng)作物單位產(chǎn)量。
6.按照權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置包括控制 模塊和云臺，所述云臺上裝配有視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀，其中所述云臺，用于通過上下移動傳動其上的所述視頻傳感器、所述測距儀以及所述羅盤 儀隨之上下移動，且通過旋轉(zhuǎn)運動調(diào)整所述視頻傳感器的方向；所述視頻傳感器，用于上下移動直至對準(zhǔn)所述農(nóng)作物測量對象的頂部，通過所述云臺 的轉(zhuǎn)動將方向?qū)?zhǔn)所述農(nóng)作物中一個測量對象，再根據(jù)所述云臺的轉(zhuǎn)動將方向?qū)?zhǔn)所述農(nóng) 作物中另一個測量對象；所述測距儀，用于測量所述視頻傳感器對準(zhǔn)的所述測量對象的高度，并測量與所述測 量對象之間的水平距離；所述羅盤儀，用于在所述視頻傳感器從一個測量對象移動到另一測量對象時測出所述 云臺水平旋轉(zhuǎn)的角度，即所述測距儀與兩個測量對象間的水平距離的夾角；所述控制模塊，用于根據(jù)所述視頻傳感器拍攝的視頻圖像操控所述云臺的上下移動或 旋轉(zhuǎn)；采集并保存所述測距儀及所述羅盤儀各自實時測量的參數(shù)，并將采集的參數(shù)打包后 遠(yuǎn)程傳輸。
7.按照權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺的控制指令采集并保存所述測距儀及所述 羅盤儀各自實時測量的多組參數(shù)，并將打包的多組參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給所述服務(wù)器端控制平臺。
8.按照權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置還包括電 機和支架及其上的機械傳動裝置，其中所述電機，分別與所述控制模塊和支架上的機械傳動裝置連接，用于在控制模塊的控 制下帶動支架上的機械傳動裝置做升降運動；所述支架上的機械傳動裝置，用于通過所述升降運動帶動所述云臺上下移動。
9.按照權(quán)利要求5至8任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)包括無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和/或互聯(lián)網(wǎng)。
10.按照權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述間距相關(guān)參數(shù)包括所述測距儀與兩 個測量對象間的水平距離及其夾角；所述服務(wù)器端控制平臺根據(jù)所述測距儀與兩個測量對象間的水平距離及其夾角，通過 三角函數(shù)計算出兩個不同測量對象之間的間距；根據(jù)多組的所述測量對象的高度計算出所 述測量對象的平均高度；根據(jù)多組的所述測距儀與兩個測量對象間的水平距離及其夾角， 計算出所述測量對象之間的平均間距；將所述測量對象的平均高度和所述測量對象之間的 平均間距與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合，計算出所述農(nóng)作物的單位株產(chǎn)量和/或單位 畝產(chǎn)量，并顯示在所述控制平臺上，同時存儲在所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。
11.一種基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量方法，涉及通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接的農(nóng)作物 產(chǎn)量實時測量裝置和服務(wù)器端控制平臺，該方法包括所述農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置采集及保存對農(nóng)作物測量對象測量的高度參數(shù)和間距 相關(guān)參數(shù)，然后將采集的參數(shù)打包，通過所述遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸給所述服務(wù)器端控制平臺；所述服務(wù)器端控制平臺根據(jù)收到所述參數(shù)計算出所述農(nóng)作物測量對象的平均高度和 平均間距，并由此計算出所述農(nóng)作物單位產(chǎn)量。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置采集及 保存對農(nóng)作物測量對象測量的高度參數(shù)和間距相關(guān)參數(shù)，具體包括根據(jù)視頻傳感器拍攝的視頻圖像操控云臺，通過所述云臺的上下移動或旋轉(zhuǎn)，傳動所 述視頻傳感器上下移動到農(nóng)作物其中一測量對象的頂部位置；通過所述云臺上的測距儀測量記錄該測量對象的高度，并測量記錄所述測距儀與該測 量對象之間的水平距離；操控所述云臺水平轉(zhuǎn)動，使所述視頻傳感器對準(zhǔn)另一測量對象，由所述測距儀測量記 錄所述測距儀與該測量對象之間的水平距離，同時通過所述云臺上的羅盤儀測量并記錄所 述云臺水平轉(zhuǎn)動角度，即所述測距儀與兩個測量對象間的水平距離的夾角；采集并保存所述測量對象的高度以及作為所述間距相關(guān)參數(shù)的所述測距儀與兩個測 量對象間的水平距離及其夾角。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器端控制平臺的控制指令采集并保存所 述測量對象的高度以及所述測距儀與兩個測量對象間的水平距離及其夾角的多組參數(shù)，并 將打包的多組參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給所述服務(wù)器端控制平臺；所述服務(wù)器端控制平臺根據(jù)作為所述間距相關(guān)參數(shù)的所述測距儀與兩個測量對象間 的水平距離及其夾角，通過三角函數(shù)計算出兩個不同測量對象之間的間距；根據(jù)多組的所 述測量對象的高度計算出所述測量對象的平均高度；根據(jù)多組的所述測距儀與兩個測量 對象間的水平距離及其夾角，計算出所述測量對象之間的平均間距；將所述測量對象的平 均高度和所述測量對象之間的平均間距與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合，計算出所述農(nóng) 作物的單位株產(chǎn)量和/或單位畝產(chǎn)量，并顯示在所述控制平臺及存儲在所述服務(wù)器數(shù)據(jù)庫 中。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置通過操控電機帶動支架上的機械傳動裝置做升降運動， 通過該升降運動帶動所述云臺上下移動。
全文摘要
基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的農(nóng)作物產(chǎn)量實時測量裝置、系統(tǒng)及方法，在裝置中云臺上下移動傳動視頻傳感器、測距儀以及羅盤儀隨之上下移動，且通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整視頻傳感器的方向；視頻傳感器上下移動直至對準(zhǔn)作物測量對象的頂部，通過轉(zhuǎn)動將方向?qū)?zhǔn)作物中一測量對象，再通過轉(zhuǎn)動將方向?qū)?zhǔn)作物中另一測量對象；測距儀測量測量對象的高度，并測量與測量對象之間的水平距離；羅盤儀測出測距儀與兩個測量對象間的水平距離的夾角；控制模塊根據(jù)視頻圖像操控云臺上下移動或旋轉(zhuǎn)；采集并保存測距儀及羅盤儀實時測量的參數(shù)，并將采集的參數(shù)打包后遠(yuǎn)程傳輸。本發(fā)明有效地降低了人力物力及提高了測算精度，實現(xiàn)了農(nóng)田信息的有效共享。
文檔編號G01D21/00GK102072745SQ200910223968
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者李志海, 李茂松 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所, 北京上智恒達(dá)科技有限公司