一种基于边缘计算的果园智能监控系统的制作方法

1.本发明属于边缘计算技术领域，尤其涉及一种基于边缘计算的果园智能监控系统。


背景技术：

2.随着农业科技技术的发展，大规模化蔬果种植是如今大家倡导的一个果园发展的趋势，具有种植成本低、标准化程度高、经济效益好的优点。为了给果蔬提供更优质的生长环境，逐渐使用大棚进行种植，不仅有助于果蔬的生长，也能有效地提高果蔬的产量和质量，并能满足人们生活中对果蔬种类的需求，如冬天仍然能买西瓜，从而有效地提高了果蔬种植的经济效益。
3.另一个方面，由于大棚中的果蔬一直生长在良好的环境中，对于一些不良的环境非常不适应，因此需要对大棚内(即果园)环境进行监控，并在存在问题时进行处理。但是目前没有通过设备对果园进行自动监控的方法，现有技术中主要是依靠人工进行巡检，加之温度湿度传感器、风速测量仪等作为辅助，能让种植人员了解到果园的环境情况，并进行应对处理。但是依靠人工进行巡检，不能保证异常情况都能被及时、全面得到关注，从而导致错失宝贵的补救时间，特别是出现大风的时候，将会造成大棚的棚膜破损，一旦没及时发现或处理滞后，将会给果园带来灾难性的损失，除此外，依靠人工进行巡检处理，也给果园种植带来了不小的成本开销。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种基于边缘计算的果园智能监控系统，用于解决现有果园监控方法，人工成本高，不够智能，不能及时、全面关注异常情况问题。本发明能够根据风速测量仪和加速度计分别采集到的风速值和加速度值，利用边缘计算，智能、自动的控制独立棚膜进行充放气，保证了果园免遭大风破坏，避免了不必要的经济损失，也有效地减少了人工费用。
5.本发明实施例提供一种基于边缘计算的果园智能监控系统，用于目标果园，所述目标果园包括用于种植的棚屋和所述棚屋外的四面围栏，所述棚屋具有4个侧面，每个侧面为一个可以充放气的独立棚膜，相邻两个侧面的棚膜交接转折处设置有一个固定柱；
6.所述监控系统包括：
7.若干个风速测量仪，安装于目标果园的四面围栏上，用于实时采集目标果园四周的风速值；
8.4个加速度计，安装于目标果园的棚屋四面的固定柱上，用于实时采集目标果园四周的风的加速度值；
9.边缘计算模块，与所述风速测量仪和所述加速度计连接，用于根据所述风速测量仪采集的风速值及加速计采集的加速度值，通过边缘计算确定目标果园的棚屋的各独立棚膜的充放气状态；
10.充放气控制模块，按照所述边缘计算模块的计算结果，对相应的独立棚膜进行充放气。
11.在一可选实施例中，所述目标果园的每面围栏的上侧、下侧分别部署1个风速测量仪；
12.所述边缘计算模块，包括：
13.风力最大面获取模块，用于根据全部风速测量仪采集到的风速值，确定目标果园的四面围栏中风力最大的2个面及其对应的风力方向；
14.充放气状态计算模块，用于根据所述风力最大的2个面的两侧的加速度计采集的风的加速度值，确定所述棚屋的各独立棚膜的充放气状态。
15.在一可选实施例中，所述风力最大面获取模块，具体用于根据第一公式确定目标果园的四面围栏中风力最大的2个面及其对应的风力方向；
16.所述充放气状态计算模块，具体用于根据第二公式所述棚屋的各独立棚膜的充放气状态；
17.其中，所述第一公式为：
[0018][0019]
所述第一公式中，k0表示所述四面围栏的第k0面为所述四面围栏的四面中受到最大风速的两个面中的一个面；k1表示所述四面围栏的第k1面为所述四面围栏的四面中受到最大风速的两个面中的另一个面；v
top
(k)表示所述四面围栏的第k面上侧的风速测量仪测得的风速值；v
down
(k)表示所述四面围栏的第k面下侧的风速测量仪测得的风速值；表示将k的值从1取值到4代入括号内得到括号内取得最大值时的k值；表示在k≠k0的前提下将k的值从1取值到4代入括号内得到括号内取得最大值时的k值；f(k0)表示所述四面围栏的第k0面的风力方向值；f(k1)表示所述四面围栏的第k1面的风力方向值；
[0020]
所述第二公式为：
[0021]
[0022]
所述第二公式中，e(k0)表示所述四面围栏的第k0面对应的独立棚膜的充放气状态值；a1(k0)表示所述四面围栏的第k0面对应的独立棚膜的左侧固定柱上的加速度计测得的风的加速度值；a2(k0)表示所述四面围栏的第k0面对应的独立棚膜的右侧固定柱上的加速度计测得的风的加速度值；e(k1)表示所述四面围栏的第k1面对应的独立棚膜的充放气状态值；a1(k1)表示所述四面围栏的第k1面对应的独立棚膜的左侧固定柱上的加速度计测得的风的加速度值；a2(k1)表示所述四面围栏的第k1面对应的独立棚膜的右侧固定柱上的加速度计测得的风的加速度值；g表示重力加速度；表示所述四面围栏的四面中除第k0和k1面以外的其余两面对应的独立棚膜的充放气状态值；表示预设的固定柱的调整倾斜角度。
[0023]
在一可选实施例中，每个所述独立棚膜的四个角均设有充放气口；
[0024]
所述边缘计算模块，还包括：
[0025]
充放气速度计算模块，用于根据第三公式计算确定所述棚屋的各独立棚膜的充放气速度值；
[0026]
所述第三公式为：
[0027][0028]
所述第三公式中，w
top
(k)表示所述四面围栏的第k面对应的独立棚膜的上侧两个充放气口的充放气速度值；w
down
(k)表示所述四面围栏的第k面对应的独立棚膜的下侧两个充放气口的充放气速度值；wm表示预设的每个充放气口的最大充放气速度值。
[0029]
在一可选实施例中，所述监控系统还包括：
[0030]
报警模块，用于在所述风速测量仪采集的风速值大于预设最大风速阈值时，向用户发送风速报警信息。
[0031]
在一可选实施例中，所述监控系统还包括：
[0032]
若干个等间距设置于所述四面围栏上的第一类摄像头，所述第一类摄像头用于采集目标果园四周的图像；
[0033]
所述边缘计算模块，还用于根据所述第一类摄像头采集的目标果园四周的图像和预设越界检测算法，进行越界入侵检测，并在检测到所述四周围栏存在越界入侵事件时，向所述报警模块发送入侵报警信息；其中，所述入侵报警信息至少包括检测到越界入侵的图像及其对应的第一类摄像头安装位置点标识；所述越界检测算法用于识别所述目标果园四周的图像中的人体目标以及该人体目标的位置在预设时长内从所述四周围栏外侧移动到内侧的事件，并判断所述人体目标的位置从所述四周围栏外侧移动到内侧的移动轨迹是否经过所述目标果园的大门，若否，则确定所述四周围栏存在越界入侵事件；
[0034]
所述报警模块，还用于向用户发送所述入侵报警信息。
[0035]
在一可选实施例中，所述监控系统还包括：
[0036]
若干个分布式设置于所述棚屋内的第二类摄像头，所述第二类摄像头用于采集目标果园内的图像；
[0037]
所述边缘计算模块，还用于根据预设害虫图像识别算法，检测目标果园内的图像中是否存在害虫，是则向所述报警模块发送害虫报警信息；所述害虫报警信息至少包括检测到害虫的图像；
[0038]
所述报警模块，还用于向用户发送所述害虫报警信息。
[0039]
在一可选实施例中，所述边缘计算模块，还用于根据预设蔬果图像识别算法，识别目标果园内的图像中的蔬果的成熟度，并将识别出的蔬果成熟度及对应图像提供给用户。
[0040]
本发明提供的一种基于边缘计算的果园智能监控系统，首先通过若干个风速测量仪和4个加速度计，实时采集获得四周的风速值和风的加速度值，然后利用边缘计算确定目标果园的棚屋的各独立棚膜的充放气状态，最后自动的控制独立棚膜进行充放气。本发明能够根据风速测量仪和加速度计分别采集到的风速值和加速度值，利用边缘计算，智能、自动的控制独立棚膜进行充放气，保证了果园免遭大风破坏，避免了不必要的经济损失，也有效地减少了人工费用。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0042]
图1为本发明实施例提供的一种基于边缘计算的果园智能监控系统结构示意图。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0044]
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
图1为本发明实施例提供的一种基于边缘计算的果园智能监控系统结构示意图。该系统用于目标果园，所述目标果园包括用于种植的棚屋和所述棚屋外的四面围栏，所述棚屋具有4个侧面，每个侧面为一个可以充放气的独立棚膜，相邻两个侧面的棚膜交接转折处设置有一个固定柱，参见图1，此系统包括：
[0046]
若干个风速测量仪1，安装于目标果园的四面围栏上，用于实时采集目标果园四周的风速值；
[0047]
4个加速度计2，安装于目标果园的棚屋四面的固定柱上，用于实时采集目标果园四周的风的加速度值；
[0048]
边缘计算模块3，与风速测量仪1和加速度计2连接，用于根据所述风速测量仪采集的风速值及加速计采集的加速度值，通过边缘计算确定目标果园的棚屋的各独立棚膜的充
放气状态；
[0049]
充放气控制模块4，按照边缘计算模块3的计算结果，对相应的独立棚膜进行充放气。
[0050]
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例提供的一种基于边缘计算的果园智能监控系统，首先通过若干个风速测量仪1和4个加速度计2，实时采集获得四周的风速值和风的加速度值，然后利用边缘计算确定目标果园的棚屋的各独立棚膜的充放气状态，最后自动的控制独立棚膜进行充放气。本发明能够根据风速测量仪1和加速度计2分别采集到的风速值和加速度值，利用边缘计算，智能、自动的控制独立棚膜进行充放气，保证了果园免遭大风破坏，避免了不必要的经济损失，也有效地减少了人工费用。
[0051]
作为一可选实施例，所述目标果园的每面围栏的上侧、下侧分别部署1个风速测量仪1；
[0052]
边缘计算模块3，包括：
[0053]
风力最大面获取模块，用于根据全部风速测量仪1采集到的风速值，确定目标果园的四面围栏中风力最大的2个面及其对应的风力方向；
[0054]
充放气状态计算模块，用于根据所述风力最大的2个面的两侧的加速度计2采集的风的加速度值，确定所述棚屋的各独立棚膜的充放气状态。
[0055]
上述技术方案的有益效果为：大风一般都是沿着水平方向进行移动，受大风影响的棚膜主要为两个面或者一个面，则筛选出最大风速的两个面及各个面的风力方向，便于后续对此两个面的棚膜的充放气状态进行精确的控制，进一步的，根据风的加速度值来确定棚膜的充放气状态，保证了大风吹来时才进行独立棚膜的充气，从而有效地提高了资源利用率。
[0056]
作为一可选实施例，所述风力最大面获取模块，具体用于根据第一公式确定目标果园的四面围栏中风力最大的2个面及其对应的风力方向；
[0057]
所述充放气状态计算模块，具体用于根据第二公式所述棚屋的各独立棚膜的充放气状态；
[0058]
其中，所述第一公式为：
[0059][0060]
所述第一公式中，k0表示所述四面围栏的第k0面为所述四面围栏的四面中受到最大风速的两个面中的一个面；k1表示所述四面围栏的第k1面为所述四面围栏的四面中受到最大风速的两个面中的另一个面；v
top
(k)表示所述四面围栏的第k面上侧的风速测量仪测得的风速值；v
down
(k)表示所述四面围栏的第k面下侧的风速测量仪测得的风速值；表示将k的值从1取值到4代入括号内得到括号内取得最大值时的k值；表示在k≠k0的前提下将k的值从1取值到4代入括号内得到括号内取得最大值时的k值；f(k0)表示所述四面围栏的第k0面的风力方向值；f(k1)表示所述四面围
栏的第k1面的风力方向值；
[0061]
本实施例中，若f(k0)》0或f(k1)》0，表示所述目标果园围栏的四面中的第k0或k1面的风力方向是从上向下的；若f(k0)《0或f(k1)《0，表示所述围栏的四面中的第k0或k1面的风力方向是从下向上的；若f(k0)＝0或f(k1)＝0，表示所述围栏的四面中的第k0或k1面的风力方向是水平方向的，获得到这些风力方向信息后，便于后续精确地计算独立棚膜的充放气状态。
[0062]
所述第二公式为：
[0063][0064]
所述第二公式中，e(k0)表示所述四面围栏的第k0面对应的独立棚膜的充放气状态值；a1(k0)表示所述四面围栏的第k0面对应的独立棚膜的左侧固定柱上的加速度计测得的风的加速度值；a2(k0)表示所述四面围栏的第k0面对应的独立棚膜的右侧固定柱上的加速度计测得的风的加速度值；e(k1)表示所述四面围栏的第k1面对应的独立棚膜的充放气状态值；a1(k1)表示所述四面围栏的第k1面对应的独立棚膜的左侧固定柱上的加速度计测得的风的加速度值；a2(k1)表示所述四面围栏的第k1面对应的独立棚膜的右侧固定柱上的加速度计测得的风的加速度值；g表示重力加速度；表示所述四面围栏的四面中除第k0和k1面以外的其余两面对应的独立棚膜的充放气状态值；表示预设的固定柱的调整倾斜角度。
[0065]
本实施例中，根据第二公式计算，若某一面围栏的充放气状态值数值为1，则表示控制对应面的独立棚膜进行充气；若某一面围栏的所述充放气状态值数值为0，则表示控制对应面的独立棚膜进行放气，根据此充放气状态值，即可方便判断和控制每一面的独立棚膜的充放气。
[0066]
上述技术方案的有益效果为：利用第一公式(1)根据所述目标果园围栏的四面上各安装的两个风速测量仪1得到当前果园棚屋受到最大风速的两个面的风力方向，进而筛选出最大风速的两个面的风力方向知晓风力吹来的方向，便于后续的计算和控制；然后利用第二公式(2)根据四个面风速测量仪及加速度计判断当前棚屋受到的综合风力方向、风速大小以及风的加速度值来控制每个面的独立棚膜的充放气状态，从而只对大风力吹来的方向进行充气加固，另外两个方向不进行充气，以确保在可靠加固的状态下节约能源。
[0067]
作为一可选实施例，每个所述独立棚膜的四个角均设有充放气口；
[0068]
所述边缘计算模块3，还包括：
[0069]
充放气速度计算模块，用于根据第三公式计算确定所述棚屋的各独立棚膜的充放气速度值；
[0070]
所述第三公式为：
[0071][0072]
所述第三公式中，w
top
(k)表示所述四面围栏的第k面对应的独立棚膜的上侧两个充放气口的充放气速度值；w
down
(k)表示所述四面围栏的第k面对应的独立棚膜的下侧两个充放气口的充放气速度值；wm表示预设的每个充放气口的最大充放气速度值。
[0073]
上述技术方案的有益效果为：利用第三公式，根据当前棚屋受到的综合风力方向控制独立棚膜每个气口的鼓风机充放气速度，从而当风力方向不为水平状态时，可以将风力较大位置的气口速度增大先行快速充气，然后可以借助风力的作用将快速充气的部分推到慢速充气的部分，一是利用充气的速度差来分散吹过来的风力，二是借助风力来均匀充气部分的气体，做到一举两得的效果。
[0074]
作为一可选实施例，所述基于边缘计算的果园智能监控系统，还包括：
[0075]
报警模块，用于在所述风速测量仪1采集的风速值大于预设最大风速阈值时，向用户发送风速报警信息。
[0076]
上述技术方案的有益效果为：当所述风速测量仪采集的风速值大于预设最大风速阈值时，及时向果园用户进行报警，有助于果园用户及时了解此情况，并及时作出应对措施，避免果园遭到进一步侵害，有效地减少或避免不必要的经济损失。
[0077]
作为一可选实施例，所述基于边缘计算的果园智能监控系统，还包括：
[0078]
若干个等间距设置于所述四面围栏上的第一类摄像头，所述第一类摄像头用于采集目标果园四周的图像；
[0079]
所述边缘计算模块3，还用于根据所述第一类摄像头采集的目标果园四周的图像和预设越界检测算法，进行越界入侵检测，并在检测到所述四周围栏存在越界入侵事件时，向所述报警模块发送入侵报警信息；其中，所述入侵报警信息至少包括检测到越界入侵的图像及其对应的第一类摄像头安装位置点标识；所述越界检测算法用于识别所述目标果园四周的图像中的人体目标以及该人体目标的位置在预设时长内从所述四周围栏外侧移动到内侧的事件，并判断所述人体目标的位置从所述四周围栏外侧移动到内侧的移动轨迹是否经过所述目标果园的大门，若否，则确定所述四周围栏存在越界入侵事件；
[0080]
所述报警模块，还用于向用户发送所述入侵报警信息。
[0081]
上述技术方案的有益效果为：通过摄像头，实时采集目标果园四周的图像信息，接着使用边缘计算模块根据预设越界检测算法，检测所述果园四周的图像信息中是否存在入侵行为，如果出现入侵行为，则进行及时的报警，能够实现果园的智能防入侵监控，有效地防止了小偷偷窃果蔬，避免了果园的经济损失。
[0082]
作为一可选实施例，所述基于边缘计算的果园智能监控系统，还包括：
[0083]
若干个分布式设置于所述棚屋内的第二类摄像头，所述第二类摄像头用于采集目
标果园内的图像；
[0084]
所述边缘计算模块3，还用于根据预设害虫图像识别算法，检测目标果园内的图像中是否存在害虫，是则向所述报警模块发送害虫报警信息；所述害虫报警信息至少包括检测到害虫的图像；
[0085]
所述报警模块，还用于向用户发送所述害虫报警信息。
[0086]
上述技术方案的有益效果为：通过摄像头，实时采集目标果园内图像信息，接着使用边缘计算模块，根据预设害虫图像识别算法，检测所述果园内的图像信息中是否存在害虫，如果有害虫则进行及时的报警，便于果园管理人员及时进行除害虫，避免了害虫对果蔬的影响；其中，所述预设害虫图像识别算法，可以通过对各种害虫图片大数据进行神经网络训练得到。
[0087]
作为一可选实施例，所述基于边缘计算的果园智能监控系统，所述边缘计算模块，还用于根据预设蔬果图像识别算法，识别目标果园内的图像中的蔬果的成熟度，并将识别出的蔬果成熟度及对应图像提供给用户。
[0088]
上述技术方案的有益效果为：可以根据预先收集的各种成熟度的果蔬图片大数据信息，通过神经网络训练得到果蔬成熟度识别模型作为蔬果图像识别算法，然后将蔬果图像识别算法设置于边缘计算模块内，让边缘计算模块识别目标果园内的图像中的蔬果的成熟度，并将此成熟度的信息发送给用户，便于制定出最合理的采摘或保护时间，有助于提高经济收益。
[0089]
从上述实施例的内容可知，在目标果园监控摄像头和其他传感器中添加边缘计算模块，获取种植地和棚屋地区的监控情况，包括大门、棚屋和室外的围栏，可以实现室外的越界检测、蔬果成熟度检测，便于结合天气预测系统给出最合理的采摘或保护时间；另外，在所述围栏的四面均各安装有两个风速测量仪，根据四个面风速测量仪判断当前棚屋受到最大风速的两个面的风力方向以及风速大小，所述棚屋的周围四面均为独立棚膜结构，每个面的棚膜内外均设置网状铁网作为所述棚屋的整体骨架结构，每个侧面的折角位置还各设置有一个固定柱，每个固定柱上均设置有加速度计，每个面的独立棚膜都可以控制其充气和放气，其中，充气的原因是为了加固棚屋的内外铁网呈紧绷状态抵御较严重的大风雨雪和冰雹，放气的原因是为了让外部阳光可以充足的照射进棚内，使棚内的蔬果得到充分的光合作用，根据四个面风速测量仪判断当前棚屋受到最大风速的两个面，周围的固定柱上加速度计的数值来控制每个面的独立棚膜的充放气状态，所述每个面的独立棚膜的四个角均设置有充放气气口，根据四个面风速测量仪判断当前棚屋受到最大风速的两个面的风力方向，控制独立棚膜每个气口的鼓风机充放气速度，实现了智能、自动的对果园环境进行控制，有利于提高果蔬的产量，减少人工成本。
[0090]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的方法的装置。
[0091]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的方法。
[0092]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的方法的步骤。
[0093]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。