CN105892360A - 基于ar的温室远程监控系统及其喷灌控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于AR的温室远程监控系统及其喷灌控制方法，包括：无线传感模块、喷灌模块、网关和控制模块，其中：无线传感模块、喷灌模块、网关和控制模块设置于温室内，网关将无线传感模块温室内采集到的各参数信息汇总传输至AR设备，通过AR设备上显示各项参数信息、图表、视频，并进行3D场景重现；AR设备根据各参数信息将喷灌模块的控制指令通过网关传输至控制模块，控制模块根据控制指令远程控制温室内的喷灌模块，从而改变无线传感模块采集到的参数信息；本发明采用AR技术进行温室的远程监控，直观准确，便于用户根据显示的内容控制温室内的各参数值变化。

Description

基于AR的温室远程监控系统及其喷灌控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种温室远程监控领域的技术，具体是一种基于AR的温室远程监控系统及其喷灌控制方法。

背景技术

目前，温室大棚的大规模运用解决了农作物季节性生长的问题，使得某些季节性蔬菜一年四季都有供应。现在的农业大棚内的远程监控技术都是监控温室内对农作物生长极为重要的环境因子，如温度、光照强度和土壤湿度，并在此基础上结合农作物自身生长对环境的需求状况通过一些相关的控制设备来改变环境参数，以此来达到控制的目的。

随着移动互联网及多种平台技术的迅猛发展，兴起了基于移动手机端的远程监控系统，这其中有基于Android平台的、基于IOS平台的，使得监控随时随地都可以进行。这极大地提高了生产效率，节约了人力资源成本。但是，使用Android、IOS或者其他平台的解决方案，都是对着手机屏幕或者电脑显示器进行操作，而且平台仅提供一些数据或者视频，然后由操作者根据这些数据来进行环境因子的控制，无法直观详细了解温室内的情况。

AR(Augmented Reality，增强现实)技术，是利用计算机生成一种逼真的视、听、力、触和动等感觉的虚拟环境，通过各种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户和环境直接进行自然交互的技术。利用这样一种全新的人机交互技术，可以模拟真实的现场景观，是以交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面。该技术所带来的是能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且还可以突破空间、时间以及其他客观限制，体验到现实世界中无法亲身经历的体验。目前AR技术研发较好的是谷歌的Google Glass和微软的Hollens。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103075982A，公布日2013.5.1，公开了一种温室草莓冠层三维重构与测量装置及方法，包括一设置在温室桁架上的行走机构，行走机构的控制端连接电控箱的一输出端，电控箱的输入端连接超声波传感器组；电控箱的另一输出端连接上位机，超声波传感器组将采集到的温室草莓植株的冠层轮廓点三维坐标数据经电控箱传输至上位机内进行数据处理；电控箱由电机控制模块和MCU主控板构成，MCU主控板输出端分别连接电机控制模块、超声波传感器组和上位机，MCU主控板与超声波传感器组和上位机进行信息交互，由MCU主控板向各部件发送工作命令，并将超声波传感器组采集到的数据传输至上位机。但该技术采用超声波传感器采集植株的轮廓点坐标，并进行重构，程序复杂，人员无法直观了解草莓的生长情况，且易失真造成误判。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于AR的温室远程监控系统及其喷灌控制方法，通过AR技术和Android平台向用户展示温室内的虚拟实景以及影响温室内作物生长的主要影响因素的参数值，便于用户对是否调节对应的湿度或电导率的参数值作出判断。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于AR技术的温室远程监控系统，包括：无线传感模块、喷灌模块、网关和控制模块，其中：无线传感模块、喷灌模块、网关和控制模块设置于温室内，网关将无线传感模块温室内采集到的各参数信息汇总传输至所述的AR设备，通过AR设备上显示参数信息、图表、视频，并进行3D场景重现，AR设备根据各参数信息将喷灌模块的控制指令通过网关传输至控制模块，控制模块根据控制指令远程控制温室内的喷灌模块，从而改变无线传感模块采集到的参数信息。

所述的参数信息包括：温度、光照强度、空气湿度和土壤湿度、土壤电导率。

所述的AR设备包括：显示单元和主机单元，其中：显示单元投射接收到的参数信息、图表和视频，主机单元进行控制操作。

所述的无线传感模块包括：温度传感器、光照传感器、湿度传感器、电导率传感器和网络摄像头，其中：温度传感器、光照传感器、湿度传感器和电导率传感器分别采集温室内的温度、光照强度、空气湿度和土壤湿度、土壤电导率，网络摄像头通过视频或照片记录温室内的实况和作物覆盖面，得到作物的生长情况。

所述的喷灌模块包括：喷灌装置和喷灌阀门。

所述的控制模块控制喷灌阀门的开合。

本发明涉及一种基于上述系统的喷灌控制方法，通过AR设备识别出温室内进入视野的湿度传感器节点并显示其24h内的变化曲线，由用户对是否打开喷灌模块的喷灌阀门进行判断，并在打开喷灌阀门后在AR设备上弹出实景视频。

技术效果

与现有技术相比，本发明设计合理，结构简单，运用AR技术实时直观地显示温室的3D内景及各参数信息，方便用户对温室内作物的生长情况进行监控和判断，并对温室内的喷灌模块进行调节。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为AR设备示意图；

图3为实施例流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：AR设备、无线传感模块、喷灌模块、网关和控制模块，其中：无线传感模块、喷灌模块、网关和控制模块设置于温室内，网关将无线传感模块温室内采集到的各参数信息汇总传输至AR设备，通过AR设备上显示参数信息、图表、视频，并进行3D场景重现；AR设备根据各参数信息将喷灌模块的控制指令通过网关传输至控制模块，控制模块根据控制指令远程控制喷灌模块，从而改变无线传感模块采集到的参数信息。

所述的参数信息包括：温度、光照强度、空气湿度和土壤湿度、土壤电导率。

如图2所示，所述的AR设备包括：显示单元和主机单元，其中：显示单元投射接收到的参数信息、图表和视频，主机单元进行控制操作。

所述的显示单元为可穿戴的AR眼镜。

所述的主机单元为基于Android4.0的AR程序，所有操作均在触摸屏上完成。

所述的显示单元和主机单元均为wifi便携式设备。

所述的无线传感模块包括：温度传感器、光照传感器、湿度传感器、电导率传感器和网络摄像头，其中：温度传感器、光照传感器、湿度传感器和电导率传感器分别采集温室内的温度、光照强度、空气湿度和土壤湿度、土壤电导率，网络摄像头通过视频或照片记录温室内的实况和作物覆盖面，得到作物的生长情况。

所述的温度、光照强度、空气湿度和土壤湿度、土壤电导率为对作物生长极为重要的环境因子。

所述的温室内作物的生长情况通过二值法算出网络摄像头拍摄的相应作物的照片中的绿色面积进行估计，用以估算作物产量并评价生长态势。

所述的喷灌模块包括：喷灌装置和喷灌阀门。

所述的控制模块控制喷灌阀门的开合。

所述的喷灌阀门可控制水喷灌或水肥混合喷灌。

本实施例采用Android平台，设计相应的程序，根据温室内作物的生长情况，通过Unity3D构建3D模拟温室内的作物，实现远程实时主观获得作物的生长情况。

如图3所示，本实施例涉及一种基于上述系统的喷灌控制系统，包括以下步骤：

步骤1、用户打开AR程序，戴上AR眼镜后，观察镜片上投射的虚拟温室内的3D实况并晃动视角，AR程序实时自动判断视角内是否有传感器的节点，如果没有，则继续显示3D场景；否则以悬浮框的形式在AR眼镜上显示视角内的所有传感器对应的参数值及其24h内的变化曲线。

步骤2、AR程序判断视角内是否有湿度传感器的节点，如果存在，则询问用户是否打开喷灌阀门，否则结束检测。

步骤3、用户选择打开喷灌阀门后，AR程序向控制模块发出控制指令，控制模块控制打开喷灌阀门，眼镜上弹出温室内喷水情况的实时CG动画并在视野左下角播放网络摄像头的实景视频，并悬浮20s后回到3D场景界面，否则回到步骤1。

本实施例可将肥料与水混合后放入喷灌装置进行喷灌，可同时改变湿度和土壤电导率。本实施例的试验地址位于上海市金山区农业实验基地中的日光温室，选取的绿叶菜大棚长40m，宽20m，顶高3.5m。将大棚内分为两片20m*20m的区域，并在每片区域内设置温度传感器、湿度传感器、光照传照器和电导率传感器；网络摄像头设置于大棚内四周的墙柱上以便看清温室内景；喷灌装置、控制模块和网关布置调试完成后，在闵行区的交通大学内使用AR设备连上wifi进行操作。

根据AR眼镜上显示的大棚内的3D重建画面，人员就“站在”金山区农业实验基地内某个绿叶菜温室大棚内的中央，或者在“大棚”内“走动观察”，周围是绿色的蔬菜和温室大棚的内壁时，随着视角的变动，一些传感器节点就会自动出现在视角中并在节点的上方浮动显示出它的数值及变化曲线，如果视角内是湿度传感器或者电导率传感器，还会询问是否需要打开阀门浇水或者水肥混合的溶液，一旦在手中的AR程序确认打开阀门后，视野中立即出现喷头喷洒出液体的画面，从而改变湿度或者电导率的参数值，通过这种方式“沉浸”式地以一种所见即所得的方式高效地完成了温室大棚的远程监控。而现有技术则是在电脑屏幕前操作，则需要打开软件或者登入网页查看数据和图表，然后根据湿度或者电导率传感器数据来移动鼠标选择阀门开启时间和开启时长。

本实施例在使用时，只需带上眼镜打开AR程序即可从任何地方“进入”温室大棚查看各项参数值和控制阀门开闭改变温室湿度或者土壤电导率的值。

Claims (6)

1.一种基于AR的温室远程监控系统，其特征在于，包括：无线传感模块、喷灌模块、网关和控制模块，其中：无线传感模块、喷灌模块、网关和控制模块设置于温室内，网关将无线传感模块温室内采集到的各参数信息汇总传输至AR设备，通过AR设备上显示参数信息、图表、视频，并进行3D场景重现；AR设备根据各参数信息将喷灌模块的控制指令通过网关传输至控制模块，控制模块根据控制指令远程控制温室内的喷灌模块，从而改变无线传感模块采集到的参数信息；

所述的参数信息包括：温度、光照强度、空气湿度和土壤湿度、土壤电导率。

2.根据权利要求1所述的温室远程监控系统，其特征是，所述的AR设备包括：显示单元和主机单元，其中：显示单元投射接收到的参数信息、图表和视频，主机单元进行控制操作。

3.根据权利要求1所述的温室远程监控系统，其特征是，所述的无线传感模块包括：温度传感器、光照传感器、湿度传感器、电导率传感器和网络摄像头，其中：温度传感器、光照传感器、湿度传感器和电导率传感器分别采集温室内的温度、光照强度、空气湿度和土壤湿度、土壤电导率，网络摄像头通过视频或照片记录温室内的实况和作物覆盖面，得到作物的生长情况。

4.根据权利要求1所述的温室远程监控系统，其特征是，所述的喷灌模块包括：喷灌装置和喷灌阀门。

5.根据权利要求4所述的温室远程监控系统，其特征是，所述的控制模块控制喷灌阀门的开合。

6.一种基于上述任一权利要求所述系统的喷灌控制方法，其特征在于，通过AR设备识别出温室内进入视野的湿度传感器节点并显示其24h内的变化曲线，由用户对是否打开喷灌模块的喷灌阀门进行判断，并在打开喷灌阀门后在AR设备上弹出实景视频。