基于大数据技术的农田信息采集与分析方法

大数据技术在农业领域具有广泛的应用前景,通过对农田信息进行采集与分析,可以有效提高农业生产效率和保障粮食安全。该文基于大数据技术,研究了农田信息采集与分析方法,探讨了数据预处理、特征提取与选择、模型建立与优化等方面的关键技术,并分析了方法的实际应用效果。研究结果表明,基于大数据技术的农田信息采集与分析方法能够实现对农田环境的全面监测与评估,为农业现代化发展提供有力支持。

高地隙农田信息采集机器人设计与试验

为适应水田行走和不同垄宽等复杂的农艺条件,设计了一种轮距宽度可调的高地隙四驱农田信息采集机器人。利用SolidWorks对整体结构进行设计分析和零部件选型,设计了基于GNSS和INS的组合导航与路径跟踪控制系统,并对机器人进行了水田行走性能测试和信息采集试验。结果表明,机器人四轮驱动方式具备较好的速度一致性,地隙与轮距调节机构调节到位误差率为1.33%和0.73%;直线路径跟踪的平均横向误差为6.8 cm,直角转弯的平均收敛时间为25.6 s;机器人最大行驶速度为1 m/s,单点信息采集平均耗时为24.5 s,传感器采集的各类数据均满足使用要求,该信息采集机器人可实现复杂条件下的农田信息采集工作。

改进DeepLabv3+模型无人机图像农田信息提取

自乡村振兴战略实施以来,无人机作为一种高科技工具为我国智慧农业生产发挥着重要作用。但存在信息提取的精准度不高的问题,特别是对农田边缘和小农田的信息提取精度不高。针对该问题,提出一种以GhostNet为骨干网络的改进DeepLabv3+模型的研究方法。该方法将从骨干网络中提取的特征通过特征金字塔网络(FPN)加强特征提取;将编码器中空洞空间金字塔池化模块(ASPP)的1×1卷积替换成空间感知独立自注意层并将ASPP模块中的扩张率进行一定调整,以提高农田边缘的提取精度;为进一步融合多尺度信息将解码器进行上述同样操作;在不降低模型性能的前提下,将特征堆叠(Concatenate)用特征融合(Add)进行替换,以减少模型的训练参数。实验结果表明,改进DeepLabv3+模型平均交并比(mIoU)可达94.57%,平均像素精度(mPA)可达97.16%,相比于DeepLabv3+模型分别提高了4.53%和2.93个百分点,有效提高了农田边缘和小农田的信息提取精度。

小型无人机航测在农田信息监测中的应用研究

近年来,数字化科学技术迅猛发展,数字化中国也在强有力推进中,数字产业化、产业数字化、数字化治理和数据价值化进一步深化。加之大疆、南方等多款小型无人机航测操控性、简便性和稳定性日趋成熟,机载传感设备具备了多功能、多样性、高精度和轻便性等特点,这成为了小型无人机航测在农田信息监测高效实时采集的基础。小型无人机航测的数据采集技术具有精度高、时效性强和操作成本低等特点,因而,小型无人机航测被应用于农田信息数据采集和监测。本文基于小型无人机航测技术,实现了农田信息数字化监测,为数字化农业和乡村振兴提供了有力的技术支撑。

基于无线传感器网络的农田信息采集节点设计与试验

研究基于ZigBee协议的无线传感器网络技术,结合嵌入式处理器开发了无线传感器网络节点和汇聚节点。网络节点规则分布在被监测区域,负责采集土壤水分信息,并自组成网,将信息发送给汇聚节点,实现对信息的动态显示和大容量存储;节点天线分别在0.5、1.0、1.5和2.0m4个高度下,对小麦苗期、拔节期和抽穗期3个典型的生长时期进行试验,得出无线电信号在小麦不同生长时期,最佳天线高度下的有效传输距离,为无线传感器网络在农业中的应用提供技术支持。

农田信息采集无线传感器网络节点设计

农田信息的及时准确获取是精准农业实施的基础。该文分析了几种典型无线传感器网络技术应用实例,基于当前无线传感器网络在农田信息采集中的应用现状,提出了设计体积小、工作持续时间长的农田信息采集无线传感器网络节点的必要性。基于ATmega128L单片机和CC1000射频芯片设计了无线传感器网络节点通信电路,并给出了土壤温湿度、电导率传感器、空气温湿度传感器及光照度传感器的选型和指标参数。设计了节点软件系统,描述了一种基于优先级的静态任务调度机制的实现方法,将S-MAC中的SYNC帧和RTS/CTS帧融合并加入了睡眠周期动态调度机制,并实现了全网的长周期睡眠。最后对节点进行了验证试验,给出了节点吞吐能力曲线和系统电压变化曲线,并进行了分析。试验表明,在论文给出的低功耗机制控制下,节点每秒具有6个数据包处理能力;在20个节点容量的全覆盖网络中,10min采样周期下,节点可有效持续工作150d以上,可以满足精准农业信息采集需求。

基于嵌入式ZigBee技术的农田信息服务系统设计

针对目前农田信息采集装置功耗大、成本高、定点和移动采集不能同时进行的问题,设计了一套基于嵌入式ZigBee技术的农田信息服务系统。ZigBee无线传感器模块实现农田信息的无线采集;基于ARM9和DSP的嵌入式移动终端使田间生产者随时了解农田信息;WebGIS农田信息管理系统能同时获得各种农田信息,帮助管理者与决策者作出农田决策。最后通过实验对系统进行了验证。

基于ARM和DSP的农田信息实时采集终端设计

提出了一种基于ARM和DSP的农田信息实时采集终端设计方案,主处理器选用S3C2440,协处理器选用TMS320C6713,在设计的农田信息采集电路基础上设计了HPI驱动程序。利用Multisim对模拟信号采集电路进行放大倍数可调的仿真验证。并将采集到的农田经纬度、图像、土壤温度、土壤含水率、光照强度等信息进行编码。试验表明,该系统能够实时可靠地采集和上传多个传感器信息。延时试验表明,在GPRS网络延时比较严重的时间段容易出现图像显示不完全的现象。

基于GPS和PDA的移动智能农田信息采集系统开发

根据精细农业发展的需要,开发了移动智能农田信息采集系统。系统以掌上电脑(PDA)为平台,集成了ZigBee协调器模块、GPSOEM模块和GPRS模块。ZigBee协调器模块用于管理农田无线传感器网络,通过农田无线传感器网络采集农田信息,应用无线节点进行数据的采集;GPS模块用于采集并管理各采样点的位置信息,并通过虚拟差分站VRS接收GPS位置的差分信息以提高定位精度;GPRS模块用于在申请差分信息和与上位机通讯时建立远程无限网络连接。使用VC语言开发了嵌入式应用模块,实现了无线传感器的农田信息、GPS的原定位信息与差分信息的移动接收以及GPRS模块的控制管理。试验表明,系统各部分工作良好,达到了设计要求。

农田信息传输方式现状及研究进展

综述了国内外农田信息传输方式的现状和发展趋势。根据信号传输介质农田信息传输方式可分类为有线通信方式和无线通信方式。在有线通信方式之中,CAN总线通信方式和基于掌上电脑的通信方式是其主要形式,已被应用于农业机械多传感器集成和农田信息采集;无线通信方式可分类为长距离通信(GSM,GPRS等)和短距离通信(蓝牙、ZIGBEE、RFID等)。GSM,GPRS借助于移动通讯网络,实现了农业信息远程采集与设备远程监控。蓝牙、ZIGBEE和RFID则在温室环境监控、农业物流识别以及农产品溯源等方面显示出巨大潜力。未来农田信息系统的发展趋势将是嵌入式系统管理与控制网络化。

四旋翼无人机在农田信息获取中的应用

低空无人机将成为实时、快速监测农情变化的重要平台。为此,简述了精准农业体系中基于四旋翼无人机的农田信息获取系统的功能模型及其特点,分析了国内外四旋翼无人机及农田信息获取技术的发展现状,总结了该信息获取系统涉及的若干关键技术,进而展望了其发展趋势。分析认为,随着飞行控制和无线信息传输等子系统的逐渐完善,低空农田信息获取系统将逐步满足精准农业的技术要求,推动农业数字化的迅速发展。

基于ARM和Android的通用化农田信息检测终端研究

为了提高复杂、多样的农田信息检测效果,运用通用化设计概念和高性能硬、软件技术方案,设计了一种便携式、可配置的农田信息检测终端。采用主流的ARM Cortex-A8嵌入式处理器与Android操作系统相结合的一体化架构,集成AD、232、485、USB传感器接口,按键、触摸屏、液晶屏人机交互模块,SD卡、USB、3G、Wi Fi、Bluetooth数据交换模块,北斗/GPS双模定位模块以及电源/电量计模块,定制、移植核心驱动程序和HAL库层、JNI接口层。测试及应用试验表明,检测终端可选择配接或同时配接模拟/数字式、电流/电压型以及视频/图像摄像头等多种类型传感器,实现对土壤及大气参数、作物图像和地理信息的采集,并具有多种模式的数据展示和交换功能;模拟信号检测误差小于0.669 5%,3G无线通信下载速率达1 248 Kb/s,整机最大功耗小于3.6 W,检测终端外观尺寸152 mm×83 mm×34 mm,整机质量仅330 g。该检测终端易于配置或二次开发,使用方便,满足农田信息的全面、高效和精准检测需求。

农田信息无线远程采集和处理系统的研究

针对农田信息采集的特点,提出了一种用无线通讯技术即GSM技术进行农田信息采集的测量系统,系统包括GPS接收机、水分传感器、土壤水分快速定位测量仪、GSM无线通讯模块及计算机.能实现将测量仪采集到的农田信息以GSM短消息的形式实时发送到实验室的功能,解决了野外信息存储的有限性和移动测量的不便性等问题.试验证明,该测量系统不仅可行,而且数据通讯距离几乎不受限制,从而为农田信息的无线测量提供了一种可行的方法.

基于虚拟仪器的农田信息采集与处理系统

基于虚拟仪器技术开发了精细农业空间信息及属性信息的快速采集与实时处理系统.该系统由传感器、全球定位系统(GPS)接收机、数据采集(DAQ)卡与计算机等组成.软件平台的设计采用LabVIEW.利用多种传感器采集农田的属性信息,输出信号经数据采集卡传输到计算机;利用全球定位系统获取空间信息,经由串行端口接入计算机,由软件平台分析和处理.结果表明,该系统可实时同步地测量和分析农田的多源信息,并利用数据库系统管理测量数据,测量项目易于扩充,为精细农业田间信息快速采集和处理设备的开发以及与地理信息系统(GIS)、管理信息系统(MIS)的联结奠定了基础.

面向农田信息采集的数字照片空间标识索引方法

针对精准农业多源信息采集管理应用的实际需求,提出一种基于时间阈值的数字照片自动空间位置标识方法和基于空间位置的数字照片索引及热链接方法。利用该方法开发了面向精准农业的农田空间多媒体信息采集管理软件,软件将数字照片采集、空间标识、快速索引、热链接表达和数据转换等环节作为一个完整的流程处理,支持普通数码照相机配合手持GPS设备、GPS数码相机和具有定位拍照功能手持设备等多种数据采集方式下的空间多媒体数据采集、空间位置标识索引和数据交换,实现了地理信息系统环境下的数字照片动态索引和关联,并给出了匹配照片时间阈值ε的取值范围。通过精准农业农田基础设施空间多媒体数据采集融合实际应用,验证了该方法的有效性和实用性。

小型无人机在农田信息监测系统中的应用

根据我国国情,分析了目前农田信息监测领域中获取遥感信息的主要方式及其存在问题,指出了发展以小型无人机为平台的新型低空遥感系统是对传统农田信息获取方式的有力补充。同时,对国内外无人机发展历程与现状进行了分析,简述了小型无人机在农田信息监测系统中应用的特点、意义和关键技术;最后展望了小型无人机在农田监测系统应用中应解决的关键问题。

基于GSM和GIS的农田信息远程采集与决策系统

介绍了一种服务于田间固定观测点信息远程采集与决策的系统,系统由传感器、无线移动通信网络和地理信息系统构成远程信息采集端与信息服务中心,它们之间通过GSM公共网实现消息传递;最后探讨了基于土壤特性分区的固定信息采集点布局设计和基于组件技术的GIS与专业应用模型的无缝集成。

农田信息采集单多跳共存LEACH算法

针对农田环境信息量丰富的特点,提出一种基于LEACH算法的改进型无线传感器网络路由算法——LEACH-SMC。在LEACH-SMC算法的稳态阶段,簇头节点到基站间通信采用临界距离来判断和选择多跳或单跳方式,在多跳方式中采用基于最小能量消耗的路由方式。应用M atlab对LEACH-SMC算法和LEACH算法进行仿真对比分析,结果表明,LEACH-SMC算法能提高网络有效覆盖面积并延长整个网络的寿命。

基于掌上电脑的农田信息快速采集与处理系统的研究

为了解决精细农业中空间信息及属性信息的快速获取与分析处理问题,提出并实现了基于掌上电脑的农田信息快速采集与实时处理系统。分析了具体实现系统功能的若干关键技术,如地理信息系统(GIS)、空间索引、WindowsCE数据库技术、采样控制等因硬件环境的不同而产生的问题及相应的解决方案,又针对农场环境下的特殊性,提出并实现了一个面向对象的农场模型,以便于更好的描述农场环境及更方便的确定采样方案。作为一种实时系统,该系统可结合全球定位系统(GPS)和各种传感器,快速地测量和分析农田信息。应用该系统对两种GPS(Ag132与MAP330)进行了精度比较试验,快速而方便地证实了Ag132有更好的精确性与稳定性,更适于农业生产要求。试验的过程与结果也间接表明了该系统具有较好的实用性,为精细农业田间信息快速采集和处理设备的研制与开发奠定了基础。

遥操作农田信息采集机器人控制系统研究

提出了一种基于遥操作机器人的农田信息采集方法,设计了新型农田信息采集机器人的控制系统并制造了移动机器人样机。主控计算机与车载网络摄像机构成无线局域网,实现视觉图像传输。在遥操作模式下,操作人员通过计算机导航软件控制机器人的动作,实现遥控导航和信号采集,可为精确农业提供原始数据。试验结果表明,机器人工作可靠性高、稳定性好。