基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法及系统

技术特征：
1.基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，包括：获取香菇菌棒特征数据集合；将所述香菇菌棒特征数据集合输入至预先训练好的成熟度预测模型中，得到香菇菌棒成熟度识别结果；其中所述成熟度预测模型是基于香菇菌棒特征样本集合，以及按照香菇菌棒数据分类标签，对卷积门控循环单元训练得到的；其中，所述香菇菌棒成熟度识别装置包括：菌棒内部温度传感器、菌棒环境采集设备、无线基站和云平台；所述菌棒内部温度传感器设置于香菇菌棒上，用于采集菌棒内部温度数据；所述菌棒环境采集设备设置于养菌房内，用于采集菌棒外部环境数据；所述无线基站分别与所述菌棒内部温度传感器和所述菌棒环境采集设备相连接，用于接收所述菌棒内部温度数据和所述菌棒外部环境数据；所述云平台与所述无线基站相连接，用于根据所述菌棒内部温度数据和所述菌棒外部环境数据输出香菇菌棒成熟度识别结果，并将所述香菇菌棒成熟度识别结果发送至终端设备。2.根据权利要求1所述的基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，所述成熟度预测模型，通过以下步骤获得：通过菌棒内部温度无损测量方法获取菌棒内部温度样本集合，并获取菌棒外部环境样本集合；将所述菌棒内部温度样本集合和所述菌棒外部环境样本集合按照数据维度与时间维度，构造特征数据时间序列；利用生化测定法对所述特征数据时间序列进行测定，得到所述香菇菌棒数据分类标签；将标注对应香菇菌棒数据分类标签的所述特征数据时间序列进行分类，生成用于训练的若干个数据集；获取由所述卷积门控循环单元作为网络初始模型；将所述若干个数据集输入所述网络初始模型进行训练，得到所述成熟度预测模型。3.根据权利要求2所述的基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，所述通过菌棒内部温度无损测量方法获取菌棒内部温度样本集合，包括：获取菌棒平均直径、菌棒中的超声波能量幅值衰减特征和超声波发射频率；基于所述菌棒平均直径、所述超声波能量幅值衰减特征和所述超声波发射频率，确定能穿透所述菌棒平均直径的超声波发射功率；基于所述超声波发射功率，获取菌棒中的超声波平均速度；利用所述超声波平均速度与菌棒介质温度的关联关系，确定所述菌棒内部温度样本集合。4.根据权利要求2所述的基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，所述将所述菌棒内部温度样本集合和所述菌棒外部环境样本集合按照数据维度与时间维度，构造特征数据时间序列，包括：将所述菌棒内部温度样本集合和所述菌棒外部环境样本集合进行串联，形成串联样本集合；
根据预设时间步长提取所述串联样本集合，输出所述特征数据时间序列。5.根据权利要求2所述的基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，所述将所述若干个数据集输入所述网络初始模型进行训练，得到所述成熟度预测模型，包括：将所述若干个数据集经过预处理后，输入至所述网络初始模型的输入层；由与所述输入层相连接的卷积层对预处理后的所述若干个数据集进行预设高维特征提取，并利用最大池化对预设高维特征进行降维，得到全局特征向量；将所述全局特征向量输入门控循环单元层进行学习，采用预设激活函数对经过学习的所述全局特征向量进行处理，将输出值进行反归一化得到所述成熟度预测模型。6.根据权利要求1所述的基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，所述菌棒内部温度传感器包括接收换能器、信号放大电路、滤波电路、超声波检测与发生单元、微控制器、功率放大电路和发送换能器；所述微控制器、所述超声波检测与发生单元、所述功率放大电路和所述发送换能器顺次相连接；所述超声波检测与发生单元将生成的超声波信号发送至所述功率放大电路进行放大，将放大的超声波信号发送至所述发送换能器，所述发送换能器贯穿连接于菌棒中间位置；所述接收换能器、所述信号放大电路、所述滤波电路、所述超声波检测与发生单元和所述微控制器顺次相连接；所述接收换能器贯穿连接于菌棒中间位置，所述接收换能器接收菌棒中的超声波信号后，发送至所述信号放大电路进行信号幅度放大，再经过所述滤波电路进行噪声滤除，将超声波信号发送至所述超声波检测与发生单元，获得超声波速度，将所述超声波速度由预设数字通信接口传输至所述微控制器，由所述微控制器通过预设网络接口进行数据上传。7.根据权利要求1所述的基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，所述菌棒环境采集设备包括微控制器、空气温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、光照强度传感器、传输单元和供电单元；所述微控制器分别与所述空气温湿度传感器、所述二氧化碳浓度传感器、所述光照强度传感器和所述传输单元相连接；所述空气温湿度传感器用于采集空气中的温度数据和湿度数据，所述二氧化碳浓度传感器用于采集空气中的二氧化碳浓度数据，所述光照强度传感器用于采集光照强度数据；所述传输单元用于按照预设周期向所述无线基站传输所述温度数据、所述湿度数据、所述二氧化碳浓度数据和所述光照强度数据；所述供电单元分别向所述微控制器、所述空气温湿度传感器、所述二氧化碳浓度传感器、所述光照强度传感器和所述传输单元进行供电。8.根据权利要求1所述的基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，所述无线基站包括微控制器、近场传输单元、存储单元和远程传输单元；所述微控制器分别与所述近场传输单元、所述存储单元和所述远程传输单元相连接；所述近场传输单元包括远距离无线电lora接收单元和lora发射单元，所述lora接收单元用于接收所述菌棒内部温度数据和所述菌棒外部环境数据，所述lora发射单元用于向所述菌棒环境采集设备发送反馈信息；
所述存储单元用于存储所述菌棒内部温度数据和所述菌棒外部环境数据；所述远程传输单元用于向所述云平台传输所述菌棒内部温度数据和所述菌棒外部环境数据。9.根据权利要求1所述的基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法，其特征在于，所述云平台包括接入网关层、设备与数据管理层、数据分析与模型管理系统和数据存储系统；所述数据分析与模型管理系统分别与所述接入网关层、所述设备与数据管理层和所述数据存储系统相连接；所述接入网关层用于与所述无线基站相连接；所述设备与数据管理层用于设备管理，并推送香菇菌棒成熟度识别结果至终端设备；所述数据分析与模型管理系统用于执行所述香菇菌棒成熟度识别方法；所述数据存储系统用于存储备份中间数据和结果数据。10.基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取香菇菌棒特征数据集合；识别模块，用于将所述香菇菌棒特征数据集合输入至预先训练好的成熟度预测模型中，得到香菇菌棒成熟度识别结果；其中所述成熟度预测模型是基于香菇菌棒特征样本集合，以及按照香菇菌棒数据分类标签，对卷积门控循环单元训练得到的。

技术总结
本发明提供一种基于成熟度识别装置的香菇菌棒成熟度识别方法及系统，属于农业信息化技术领域，方法包括：获取香菇菌棒特征数据集合；将所述香菇菌棒特征数据集合输入至预先训练好的成熟度预测模型中，得到香菇菌棒成熟度识别结果；其中所述成熟度预测模型是基于香菇菌棒特征样本集合，以及按照香菇菌棒数据分类标签，对卷积门控循环单元训练得到的。系统包括：菌棒内部温度传感器、菌棒环境采集设备、无线基站和云平台。本发明通过提出香菇菌棒成熟度无损识别方法，并构建香菇菌棒成熟度识别系统，采用超声波温度测量以及利用多源数据信息深度融合的香菇菌棒菌丝体成熟度识别模型，有效地提高了成熟度的识别准确度和识别效率。效地提高了成熟度的识别准确度和识别效率。效地提高了成熟度的识别准确度和识别效率。


技术研发人员：王明飞 郑文刚 张馨 王利春 单飞飞 李文龙 王德群 曲青林
受保护的技术使用者：北京市农林科学院智能装备技术研究中心
技术研发日：2022.11.07
技术公布日：2023/2/3