一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成装置

1、一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成装置，其特征在于：
该装置由硬件设备和软件算法程序组成，硬件设备包括摄像机(1)， 视频信号处理器(2)，视频数字化仪(3)，视频控制器(4)，农药检测仪 (5)，分离成分信号处理器(6)，数字化仪(7)，采样控制器(8)，计算 机(9)，互联网接入设备(10)，该装置的结构是一个可用导线连接也可用 无线信号传输连接的结构；
硬件设备中监测信号流程是：摄像机(1)的监测信号经视频信号处理 器(2)进行预处理后，通过视频数字化仪(3)被转换成数字信号经导线 或经无线传输进入计算机(9)；
农药检测仪(5)的监测信号经分离成分信号处理器(6)进行预处理 后，通过数字化仪(7)被转换成数字信号经导线或经无线传输进入计算机 (9)，计算机(9)经互联网接入设备(10)接入互联网；
硬件设备中控制信号流程是：视频控制器(4)受计算机(9)的控制， 产生相应的控制信号控制摄像机(1)、视频信号处理器(2)和视频数字化 仪(3)的工作状态；
采样控制器(8)受计算机(9)的控制，产生相应的控制信号控制农 药检测仪(5)、分离成分信号处理器(6)和数字化仪(7)；
软件算法程序包括：农作物图象数据(11)，分离成分检测数据(12)， 多媒体数据库(13)，分离成分数据库(14)，多媒体数据预处理(15)，分 离成分数据预处理(16)，病虫害特征数据库(17)，图象特征抽取病虫害 模式识别(18)，分离成分特征抽取农药模式识别(19)，农药特征数据库 (20)，病虫害种类程度信息(21)，农药残留成分浓度信息(22)，病虫害防 治历史数据库(23)，信息融合处理(24)，农药使用历史数据库(25)，病虫 害防治知识库(26)，知识推理智能决策(27)，农药知识库(28)，农业机械 控制参数(29)，农药处方(30)，远程用户诊断咨询(31)；
其中所述的计算机(9)运行的用于农作物病虫害监测及农药处方生成 装置的软件算法程序流程包括下列步骤：
1).摄像机(1)从空中或地面对农作物的植株，包括茎、叶、花、果、 皮及害虫进行光学摄像和时序间隔的图象采集，获得的农作物图象数据 (11)存入计算机(9)的多媒体数据库(13)中；
2).农药检测仪(5)对农作物环境及表面进行农药成分和浓度检测， 获得的分离成分检测数据(12)存入计算机(9)的分离成分数据库(14)中；
3).分别启动算法程序多媒体数据预处理(15)和分离成分数据预处理 (16)，对多媒体数据库(13)和分离成分数据库(14)中的监测数据进行数据 处理，去除数据噪声、消除空缺数据；
4).启动算法程序图象特征抽取病虫害模式识别(18)，抽取农作物上 的病虫害特征，与病虫害特征数据库(17)进行特征匹配识别处理，获取病 虫害种类程度信息(21)；
5).启动算法程序分离成分特征抽取农药模式识别(19)，抽取分离成 分数据特征，与农药特征数据库(20)进行特征匹配识别处理，获取农药残 留成分浓度信息(22)；
6).启动算法程序信息融合处理(24)，依据病虫害防治历史数据库(23) 和农药使用历史数据库(25)的信息，对监测的病虫害种类程度信息(21)和 农药残留成分浓度信息(22)进行信息融合处理(24)，获取病虫害发生发展 状况抗药性综合相关信息；
7).启动算法程序知识推理智能决策(27)，依据病虫害防治知识库(26) 和农药知识库(28)中的知识，生成科学合理的病虫害防治农药处方(30)；
该农药处方(30)中含有用于控制农业机械进行的农药配比，喷洒 作业的农业机械控制参数(29)，以及可被用来进行远程用户诊断咨询(31) 的知识和信息。
2、根据权利要求1所述的农作物病虫害监测及农药处方生成装置，其 中：所述的硬件设备中摄像机(1)和农药检测仪(5)共同组成农作物病 虫害监测器的前端信号获取部分，检测数据为计算机(9)中的算法程序处 理的原始数据。
3、根据权利要求1所述的一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成 装置，其中：所述的软件算法程序中图象特征抽取病虫害模式识别(18)， 即图象特征抽取算法程序是对农作物的序列图象，进行形状、尺寸、纹理 和颜色的特征抽取处理，抽取农作物上的病虫害特征信息，病虫害模式识 别算法程序将病虫害特征信息与病虫害特征数据库(17)进行特征匹配识 别处理，获取病虫害种类程度信息(21)。
4、根据权利要求1所述的一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成装置， 其中：所述的软件算法程序中分离成分特征抽取农药模式识别(19)，即分 离成分特征抽取算法程序对有机萃取，物理激发与富集，升温有机物成分 分离一些过程获得的数据进行特征抽取处理，农药模式识别算法程序将抽 取的分离成分特征与农药特征数据库(20)进行特征匹配识别处理，获取 农药残留成分浓度信息(22)。
5、根据权利要求1所述的一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成 装置，其中：所述的软件算法程序信息融合处理(24)，是依据病虫害防治 历史数据库(23)和农药使用历史数据库(25)的历史经验信息，对监测 的病虫害种类程度信息(21)和农药残留成分浓度信息(22)进行数据分 类、挖掘和相关分析处理，获取病虫害发生、发展状况以及抗药性综合信 息。
6、根据权利要求1所述的一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成 装置，其中：所述的软件算法程序知识推理智能决策(27)，即知识推理算 法程序是对经信息融合处理(24)获取的病虫害发生、发展状况以及抗药 性综合相关信息，依据病虫害防治知识库(26)和农药知识库(28)中的 知识，逻辑推导出病虫害防治农药处方，并智能决策生成科学合理的农药 处方(30)。

技术领域\n本发明涉及信息检测技术应用领域，特别涉及一种由计算机控制并处 理的用于农作物病虫害监测及农药处方生成装置。\n背景技术\n现有的农作物病虫害监测主要是靠人的实地观察进行，发生的病虫害 种类和程度的识别以及包含农药配比、喷洒方法等技术内容应用于病虫害 防治的农药处方方案，主要是依赖技术书籍和历史经验由人来决策，监测 和决策的结果因人而异，因此病虫害的防治效果差，不利于农业现代化、 产业化和绿色化的发展方向。如何利用信息技术实现科学的农作物病虫害 监测及防治，则是急待解决的技术问题。\n信息技术是农业科技革命的先导，农业信息技术对于加速我国传统农 业的改造，提高农业生产效益和品质，提高农业管理和经营决策水平，促 进农业持续、稳定发展，具有重要的意义，有着巨大的应用空间和广阔的 发展前景。本专利集成应用信息技术，研究一种农作物病虫害监测及农药 处方生成装置，为绿色农业、设施农业和精确农业提供新的技术装置和科 学手段。\n发明内容\n本发明的目的是针对实现农作物病虫害监测和防治的科学化和自动化 所急待解决的技术问题，提供一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成 装置，达到农作物病虫害的自动监测和科学防治的目的。\n本发明的技术方案是：一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成装 置，其特征在于：该装置由硬件设备和软件算法程序组成，硬件设备包括 摄像机，视频信号处理器，视频数字化仪，视频控制器，农药检测仪，分 离成分信号处理器，数字化仪，采样控制器，计算机，互联网接入设备， 该装置的结构是一个可用导线连接也可用无线信号传输连接的结构。\n硬件设备中监测信号流程是：摄像机的监测信号经视频信号处理器进 行预处理后，通过视频数字化仪被转换成数字信号经导线或经无线传输进 入计算机；\n农药检测仪的监测信号经分离成分信号处理器进行预处理后，通过数 字化仪被转换成数字信号经导线或经无线传输进入计算机，计算机经互联 网接入设备接入互联网。\n硬件设备中控制信号流程是：视频控制器受计算机的控制，产生相应 的控制信号控制摄像机、视频信号处理器和视频数字化仪的工作状态；\n采样控制器受计算机的控制，产生相应的控制信号控制农药检测仪、 分离成分信号处理器和数字化仪。\n软件算法程序包括：农作物图象数据，分离成分检测数据，多媒体数 据库，分离成分数据库，多媒体数据预处理，分离成分数据预处理，病虫 害特征数据库，图象特征抽取病虫害模式识别，分离成分特征抽取农药模 式识别，农药特征数据库，病虫害种类程度信息，农药残留成分浓度信息， 病虫害防治历史数据库，信息融合处理，农药使用历史数据库，病虫害防 治知识库，知识推理智能决策，农药知识库，农业机械控制参数，农药处 方，远程用户诊断咨询；\n其中所述的计算机运行的用于农作物病虫害监测及农药处方生成装置 的软件算法程序流程包括下列步骤：\n1).摄像机(1)从空中或地面对农作物的植株，包括茎、叶、花、果、 皮及害虫进行光学摄像和时序间隔的图象采集，获得的农作物图象数据存 入计算机的多媒体数据库中；\n2).农药检测仪对农作物环境及表面进行农药成分和浓度检测，获得 的分离成分检测数据存入计算机的分离成分数据库中；\n3).分别启动算法程序多媒体数据预处理和分离成分数据预处理，对 多媒体数据库和分离成分数据库中的监测数据进行数据处理，去除数据噪 声、消除空缺数据；\n4).启动算法程序图象特征抽取病虫害模式识别，抽取农作物上的病 虫害特征，与病虫害特征数据库进行特征匹配识别处理，获取病虫害种类 程度信息；\n5).启动算法程序分离成分特征抽取农药模式识别，抽取分离成分数 据特征，与农药特征数据库进行特征匹配识别处理，获取农药残留成分浓 度信息；\n6).启动算法程序信息融合处理，依据病虫害防治历史数据库和农药 使用历史数据库的信息，对监测的病虫害种类程度信息和农药残留成分浓 度信息进行信息融合处理，获取病虫害发生发展状况抗药性综合相关信息；\n7).启动算法程序知识推理智能决策，依据病虫害防治知识库和农药 知识库中的知识，生成科学合理的病虫害防治农药处方；\n该农药处方中含有用于控制农业机械进行的农药配比，喷洒作业的 农业机械控制参数，以及可被用来进行远程用户诊断咨询的知识和信息。\n所述的硬件设备中摄像机和农药检测仪共同组成农作物病虫害监测器 的前端信号获取部分，检测数据为计算机中的算法程序处理的原始数据。\n所述的软件算法程序中图象特征抽取病虫害模式识别，即图象特征抽 取算法程序是对农作物的序列图象，进行形状、尺寸、纹理和颜色的特征 抽取处理，抽取农作物上的病虫害特征信息，病虫害模式识别算法程序将 病虫害特征信息与病虫害特征数据库进行特征匹配识别处理，获取病虫害 种类程度信息。\n所述的软件算法程序中分离成分特征抽取农药模式识别，即分离成分 特征抽取算法程序对有机萃取，物理激发与富集，升温有机物成分分离一 些过程获得的数据进行特征抽取处理，农药模式识别算法程序将抽取的分 离成分特征与农药特征数据库进行特征匹配识别处理，获取农药残留成分 浓度信息。\n所述的软件算法程序信息融合处理，是依据病虫害防治历史数据库和 农药使用历史数据库的历史经验信息，对监测的病虫害种类程度信息和农 药残留成分浓度信息进行数据分类、挖掘和相关分析处理，获取病虫害发 生、发展状况以及抗药性综合信息。\n所述的软件算法程序知识推理智能决策，即知识推理算法程序是对经 信息融合处理获取的病虫害发生、发展状况以及抗药性综合相关信息，依 据病虫害防治知识库和农药知识库中的知识，逻辑推导出病虫害防治农药 处方，并智能决策生成科学合理的农药处方。\n本发明的有益效果是：应用一种用于农作物病虫害监测及农药处方生 成装置，用户可使用该系统进行农作物病虫害的实时监测并生成农药喷洒 处方，实现基于互联网的远程病虫害监测和诊断，病虫害防治方法咨询， 还可以提供基于处方作业的相关农业机械自动作业所需的智能控制参数。 这对于解决目前我国农业生产上普遍存在的病虫害防治不科学、农药使用 不当等病虫害防治误区和难点是一种有效方法，对实行绿色农业和农业产 业化有重用的促进作用。\n附图说明\n图1是表示一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成装置结构的示 意图；\n图2是一种用于农作物病虫害监测及农药处方生成装置的计算机算法 程序流程框图。\n具体实施方式\n如图1所示，农作物病虫害监测及农药处方生成装置的硬件设备包括摄 像机1，视频信号处理器2，视频数字化仪3，视频控制器4，农药检测仪5， 分离成分信号处理器6，数字化仪7，采样控制器8，计算机9和互联网接入 设备10，该装置的结构是一个可用导线连接也可用无线信号传输连接的分 散性结构。\n硬件设备的监测信号流程是：摄像机1的监测信号经视频信号处理器2 进行预处理后，通过视频数字化仪3被转换成数字信号经导线或经无线传 输进入计算机9；农药检测仪5的监测信号经分离成分信号处理器6进行预 处理后，通过数字化仪7被转换成数字信号经导线或经无线传输进入计算 机9，计算机9经互联网接入设备10接入互联网。\n硬件设备的控制信号流程是：所述的视频控制器4受计算机9的控制， 产生相应的控制信号控制摄像机1、视频信号处理器2和视频数字化仪3的 工作状态；所述的采样控制器8受计算机9的控制，产生相应的控制信号 控制农药检测仪5、分离成分信号处理器6和数字化仪7的工作状态。\n如图2所示，农作物病虫害监测和农药处方生成装置的软件算法程序 包括农作物图象数据11，分离成分检测数据12，多媒体数据库13，分离成 分数据库14，多媒体数据预处理15，分离成分数据预处理16，病虫害特征 数据库17，图象特征抽取病虫害模式识别18，分离成分特征抽取农药模式 识别19，农药特征数据库20，病虫害种类程度信息21，农药残留成分浓 度信息22，病虫害防治历史数据库23，信息融合处理24，农药使用历史 数据库25，病虫害防治知识库26，知识推理智能决策27，农药知识库28， 农业机械控制参数29，农药处方30，远程用户诊断咨询31。\n所述的计算机9运行的用于农作物病虫害监测及农药处方生成装置的 软件算法程序流程特征在于包括下列步骤：\n(1)摄像机1从空中或地面对农作物的植株，包括茎、叶、花、果、 皮及害虫进行光学摄像和时序间隔的图象采集，获得的农作物图象数据11 存入计算机9的多媒体数据库13中；\n(2)农药检测仪5对农作物环境及表面进行农药成分和浓度检测，获 得的分离成分检测数据12存入计算机9的分离成分数据库14中；\n(3)分别启动算法程序多媒体数据预处理15和分离成分数据预处理 16，对多媒体数据库13和分离成分数据库14中的监测数据进行数据处理， 去除数据噪声、消除空缺数据等；\n(4)启动算法程序图象特征抽取病虫害模式识别18，抽取农作物上的 病虫害特征，与病虫害特征数据库17进行特征匹配识别处理，获取病虫害 种类程度信息21；\n(5)启动算法程序分离成分特征抽取农药模式识别19，抽取分离成分 数据特征，与农药特征数据库20进行特征匹配识别处理，获取农药残留成 分浓度信息22；\n(6)启动算法程序信息融合处理24，依据病虫害防治历史数据库23 和农药使用历史数据库25的信息，对监测的病虫害种类程度信息21和农 药残留成分浓度信息22进行信息融合处理24，获取病虫害发生发展状况 抗药性等综合相关信息；\n(7)启动算法程序知识推理智能决策27，依据病虫害防治知识库26 和农药知识库28中的知识，生成最佳科学合理的病虫害防治农药处方30；\n(8)该农药处方30中含有用于控制农业机械进行最优农药配比，喷洒 作业的农业机械控制参数29，以及可被用于进行远程用户诊断咨询31的知 识和信息。\n所述的硬件设备中摄像机1和农药检测仪5共同组成农作物病虫害监 测器的前端信号获取部分，检测数据为计算机9中的算法程序处理的原始 数据。\n所述的软件算法程序中图象特征抽取病虫害模式识别18，即图象特征 抽取算法程序是对农作物的序列图象，进行形状、尺寸、纹理和颜色的特 征抽取处理，抽取农作物上的病虫害特征信息，病虫害模式识别算法程序 将病虫害特征信息与病虫害特征数据库17进行特征匹配识别处理，获取病 虫害种类程度信息21。\n所述的软件算法程序中分离成分特征抽取农药模式识别19，即分离成 分特征抽取算法程序对有机萃取，物理激发与富集，升温有机物成分分离 一些过程获得的数据进行特征抽取处理，农药模式识别算法程序将抽取的 分离成分特征与农药特征数据库20进行特征匹配识别处理，获取农药残留 成分浓度信息22。\n所述的软件算法程序信息融合处理24，是依据病虫害防治历史数据库 23和农药使用历史数据库25的历史经验信息，对监测的病虫害种类程度信 息21和农药残留成分浓度信息22进行数据分类、挖掘和相关分析处理， 获取病虫害发生、发展状况以及抗药性综合信息。\n所述的软件算法程序知识推理智能决策27，即知识推理算法程序是对 经信息融合处理24获取的病虫害发生、发展状况以及抗药性综合相关信息， 依据病虫害防治知识库26和农药知识库28中的知识，逻辑推导出病虫害 防治农药处方，并智能决策生成科学合理的农药处方30。