當(dāng)今世界環(huán)境污染、能源枯竭、耕地面積減少等問(wèn)題都在影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn),要養(yǎng)活中國(guó)13億的龐大人口,就要提高農(nóng)業(yè)糧食產(chǎn)量。本文提出了一種基于人工智能的水稻精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng),該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)獲取水稻農(nóng)田信息,智能監(jiān)測(cè)水稻的生長(zhǎng)環(huán)境,以便及時(shí)采取措施,提高水稻的產(chǎn)量,節(jié)省人力物力。本文系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)采用四層物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu),同時(shí)結(jié)合人工智能的圖像處理分析技術(shù),實(shí)現(xiàn)從農(nóng)田采集數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析的功能。數(shù)據(jù)采集功能通過(guò)不同類型的傳感器完成,采集的信息分為兩類,一類是氣象信息,一類是圖像與GPS信息。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)農(nóng)田內(nèi)部傳輸以及互聯(lián)網(wǎng)傳輸兩個(gè)過(guò)程,傳送到云存儲(chǔ)平臺(tái)。農(nóng)田內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸依賴田間數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn),該模塊上裝無(wú)線接收模塊,可以接收氣象傳感器發(fā)出的無(wú)線信號(hào)。在田間數(shù)據(jù)傳輸模塊上搭建FTP服務(wù)器,將接收到的氣象數(shù)據(jù)做分類存儲(chǔ),將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊作為FTP客戶端,兩者之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的田間遠(yuǎn)距離傳輸。互聯(lián)網(wǎng)傳輸通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn),該模塊上設(shè)有4G單元,能接入4G網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)上傳到云存儲(chǔ)平臺(tái)。在任意裝有酷痞物聯(lián)客戶端的終端,通過(guò)賬號(hào)與密碼獲取權(quán)限,就可以查看數(shù)據(jù),真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)分析包括圖像處理與分類兩步。圖像數(shù)據(jù)會(huì)借助OpenCV進(jìn)行分割以及特征提取等操作,然后送入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器進(jìn)行分類,得出水稻病蟲(chóng)害種類。在PC客戶端,將上述氣象數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)以及分類結(jié)果在軟件交互界面上進(jìn)行系統(tǒng)化的顯示。用戶登陸客戶端軟件系統(tǒng)可查看傳感器采集的數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果等信息。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊能正常將所有數(shù)據(jù)分類上傳,在PC端能下載這些數(shù)據(jù),圖像數(shù)據(jù)處理分類過(guò)程正常。但是由于單一分類器的分類結(jié)果不穩(wěn)定,正確率達(dá)不到要求,最終引入隨機(jī)森林算法的思想,基于多個(gè)模型的分類結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出最終結(jié)果,使分類的正確率達(dá)到96.32%。最后對(duì)客戶端應(yīng)用程序的工作過(guò)程進(jìn)行了測(cè)試,數(shù)據(jù)調(diào)用與數(shù)據(jù)顯示功能均正常。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP18;S511
【部分圖文】：

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 水稻精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的構(gòu)建將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的方式通常是利用不同的傳感器做為節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)用于監(jiān)控，通過(guò)不同類型的傳感器來(lái)感知農(nóng)田的環(huán)境信息，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物實(shí)際生長(zhǎng)情況的目的，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)田異常情況，定位發(fā)生問(wèn)題的具體位置，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。通過(guò)這種方法使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)從以人為中心的、依賴單個(gè)機(jī)械的生產(chǎn)模式慢慢轉(zhuǎn)向以信息及應(yīng)用軟件為中心的、局部自動(dòng)化的生產(chǎn)模式。2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)本文通過(guò)溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)向風(fēng)速傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、大氣壓強(qiáng)傳感器、雨量傳感器以及CO2氣體濃度傳感器等設(shè)備感知土壤的溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、光照強(qiáng)度、大氣壓強(qiáng)、降雨量以及 CO2 濃度等農(nóng)田環(huán)境信息，通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖 2-1 為整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2.2 農(nóng)田環(huán)境信息感知層傳感器選擇感知層由不同功能的不同類型的傳感器組成，傳感器分為氣象信息傳感器、圖像信息傳感器與 GPS 傳感器三類。2.2.1 氣象信息傳感器氣象數(shù)據(jù)傳感器包括土壤溫濕度傳感器，風(fēng)向風(fēng)速傳感器，光照強(qiáng)度傳感器，大氣壓強(qiáng)傳感器，農(nóng)田雨量傳感器以及 CO2 氣體濃度傳感器八種。下圖 2-2 為氣象傳感器的實(shí)物圖。a) 土壤溫度 b) 土壤濕度 c) 風(fēng)向 d) 風(fēng)速a) soil temperature b) soil moisture c) wind direction d) wind speed

信號(hào)輸出：脈沖型單干簧管通傳感器利用非色散紅外的原理來(lái)檢測(cè)空氣及無(wú)氧氣的依賴性。它內(nèi)置溫度補(bǔ)償功能方式。是高性能、高靈敏度、高分辨率的快、線性輸出、抗干擾等特點(diǎn)。測(cè)量范圍：出：電流型，范圍：4～20mA，氣體流速與 GPS 傳感器器選用的是高清室外攝像頭，支持無(wú)線數(shù)攝像頭。它的有效監(jiān)控距離最高可達(dá) 40mm 四種參數(shù)可供調(diào)節(jié)，清晰度有 720p 與 1B。最大圖像尺寸可達(dá)1920×1080，數(shù)據(jù)傳輸式，可以連接網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊發(fā)出 WiFi 信號(hào)它的焦距可調(diào)，可以拍攝不同距離的水稻度。攝像頭可以 360 度旋轉(zhuǎn)，擴(kuò)大了拍攝。

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本文編號(hào)：2812927