基于实时数据的智能农业图像处理系统的实现

邓泓 杨滢婷 刘志超 彭莹琼

摘要：为了使农机能够精确、实时、快速地获取农田及作物信息，开发出基于实时数据的智能农业图像处理系统，通过该系统实现辅助农机智能作业，对农田中路径规划、农作物的自动收获，农业植保等方面提供解决方案。

关键词：实时;智能农业;图像处理

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）11-0160-02

0 引言

近年来随着我国人口结构的不断老龄化，农业作业人员的平均年龄日趋增长，农业生产面临人力不足，土地资源利用率低，作业效率低下等问题。为了推进我国的农业现代化建设，打造以农业实时数据为支撑，包括传感器、智能机器人、定位系统以及智能农业图像处理技术的现代农业系统成为国内农业生产模式转型的趋势[1]。这种农业系统可以将农业信息技术与实际生产全面结合，对农业生产进行高精度，高效率，高便捷的现代化操作，并且对农业产业结构进行合理化升级，创造更多的经济效益[2]。

当今，在计算机技术迅猛发展的背景下，计算机农业图像处理技术作为新型计算机综合性交叉学科之一，其技术特点利用计算机技术对传感器采集到的图像进行降噪、排除干扰、信息提取[3]。其本质上是利用计算机模拟人眼对农田系统进行初步的信息采集与筛选，将农田的实时图像转化成实时数据传输给农业系统。

在农业系统作业中，实时数据的时效性、精准性尤为关键，作为其系统决策的数据来源，实时图像的提取与筛选严然是一个复杂的过程，必须考虑不同作业环境下，环境因素对图像的干扰，如光线、角度、姿态位置等，因此必须采用科学合理的图像处理技术对实时数据进行处理。

1 系统框架

农业机械装载摄像机在作业过程中对检测目标进行摄影，将所拍摄的实时图片传入至农业机械搭载的无线传感装置中，无线传感装置与云端进行实时的图片信息传输，在云端服务器中对图片进行相应的图像处理操作，处理完成所获得的数据信息通过云端和无线传感装置的传输通道返回，再由无线传感装置给智能农业机械发送相关指令完成数据传递和信号转化，从而控制农业机械进行相应农业工作。客户端接收来自云端传输的指导农业机械智能化作业所需的相关信息。

系统框架分为三个部分，分别是图片采集终端、云平台、远程控制终端（客户端）对智能农机进行实时图片数据传输从而指导其作业。本系统灵活运用无线通信技术、传感器技术、图像处理技术以及控制终端集成通信技术，实现了农业机械智能化、自动化、精细化及灵活化作业性能。系统框架图如图1所示。

1.1 传感器数据采集设计

本系统的数据采集终端提供了相关的光照强度采集、农作物图像采集、行驶方向角采集，位移数据采集。其中光照强度采集使用DM7113温湿光照度一体传感器，农作物图像采集使用CMOS传感器，行驶方向角采集使用方位角传感器，位移数据采集使用KTC直线位移传感器。

1.2 终端控制设计

本系统为实现远距离数据传输，采用的是以太网技术。为了实现控制终端与云平台的通信，系统采用电阻网络R-R实现电平转换。该系统电源由高频变压器， 电源稳压电路， 滤波电容和桥式整流构成，具有稳定性高的特点。LM317三端稳压器在线性集成稳压器中相对于其他稳压器是使用比较广泛的，而且其性能稳定、价格便宜的特点使其受到大多数使用者青睐。在控制端单片机中，由于I/O口输出电流比较小， 因此无法对电机等大功率负载进行直接驱动， 需要增加一项负载驱动的功能。为了进一步的提高系统的持久耐用性， 系统隔离元件使用了光耦的方式，而晶闸管由于其体积小、器械零接触、安装方便等优点被选用作为驱动电路[4]。

1.3 移动物联网云平台的选用

本系统采用OneNET移动物联网云平台实现数据计算、存储等其他相关操作。OneNET是由中国移动打造的PaaS物联网开放平台。该平台可实现基于多类型标准协议和API开发，极大程度上可满足多设备高并发快速连接;在对终端设备的监控管理、在线调试和实施控制等方面具有优良性能;同时在数据存储方面OneNET也发挥超群，基于分布式的云存储、消息对象结构以及海量的数据调用接口对数据实现高并发的读写操作，确保数据安全。

1.4 终端-云平台数据传输

本系统的终端数据传输是通过ESP8266无线模块将接收后的图像数据信息以打包的方式发送给移动物联网云平台，采集终端和云端建立TCP连接后将指令转化成二进制或十六进制，从无线模块接收的图像数据以HTTP协议将指令包装成对象发送至云端，云端接收来自終端的图像数据再对这些数据进行转发、存储等相关操作[5]。数据传输示意图如图2所示。

1.5 远程控制终端

用户小型PC端（手机APP软件）建立网络连接后，通过ESP8266将系统采集的图像特征提取数据上传至云端，用户小型PC端（手机APP软件）可对智能农机各个作业场景下获取的图片信息进行相应的图像处理技术从而获得智能农机所需的特征信息，用户可实时发送控制命令给终端，从而实现远程控制[6]。

2 结语

基于实时数据的智能农业图像处理系统可根据农田环境和作业需求通过不同作业情况下的图像处理算法提取相应的特征信息，它能够指导农机在农田作业中达到精准、高效的作业目的[7];该系统还为客户端提供了便捷、可视化的操作界面，提升了用户的使用感;该系统不仅可在多个作业场景中应用，提供智能化解决方案，并且在智慧农业领域具备更加广泛的应用前景。

参考文献

[1] 姜忠爱，张晓辉，秦军伟.计算机图像处理技术及其在农业检测中的应用[J].农机化研究，2004（06）：234-236.

[2] 张训飞.计算机图像处理技术及其在农业工程中的应用[J].信息与电脑（理论版），2019（13）：11-12.

[3] 张书彦，张文毅，余山山，付宇超.图像处理技术在信息农业中的应用现状及发展趋势[J].江苏农业科学，2017，45（22）：9-13.

[4] 庄卫东，汪春.农机直线行走作业DGPS导航算法研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2006（06）：50-53.

[5] 郭海针，马俊龙，徐海刚.基于机器视觉的农业机械无人驾驶系统[J].农机化研究，2009，31（06）：189-191.

[6] 马训鸣.基于机器视觉的农业机械无人驾驶研究[J].西安石油大学学报（自然科学版），2004（05）：71-73.

[7] 林燕，赵雪章，齐明.基于物联网技术的智能农业大棚系统[J].湖北农机化，2019（19）：59-60.