基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，包括以下步驟：步驟一，在遠(yuǎn)程管理中心平臺上建立農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)；在農(nóng)作物種植區(qū)域鋪設(shè)農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)和地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)；步驟二，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)，光譜分析模塊對歷史遙感信息進(jìn)行分析處理，提取出有用的信息數(shù)據(jù)；步驟三，告警建模模塊讀取數(shù)據(jù)服務(wù)器中相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后建立相應(yīng)的告警模型；步驟四，根據(jù)三個(gè)告警模型的輸出結(jié)論，由農(nóng)業(yè)專家制定對應(yīng)的干預(yù)方案；步驟五，遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長并進(jìn)行干預(yù)。該方法流程簡單、使用方便、安全可靠，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物生長期全過程的監(jiān)測和必要的干預(yù)，對提高農(nóng)作物的品質(zhì)和收成有重要意義。
【專利說明】基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種農(nóng)作物生長期的告警及干預(yù)方法，尤其涉及了一種利用遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)學(xué)建模技術(shù)的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]遙感技術(shù)是從人造衛(wèi)星、飛機(jī)或其他飛行器上收集地物目標(biāo)的電磁輻射信息，判認(rèn)地球環(huán)境和資源的技術(shù)。遙感能夠從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見光、衛(wèi)星云圖、紅外線，對目標(biāo)進(jìn)行探測和識別。現(xiàn)代遙感技術(shù)主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環(huán)節(jié)。遙感技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和軍事的很多方面均已獲得廣泛的應(yīng)用。
[0003]農(nóng)業(yè)遙感是利用遙感技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)資源調(diào)查，土地利用現(xiàn)狀分析，農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測，農(nóng)作物估產(chǎn)等農(nóng)業(yè)應(yīng)用的綜合技術(shù)。其將遙感技術(shù)與農(nóng)學(xué)各學(xué)科及其技術(shù)結(jié)合起來，為農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)。主要應(yīng)用有利用遙感技術(shù)進(jìn)行土地資源調(diào)查，土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，農(nóng)作物長勢的監(jiān)測與分析，病蟲害的預(yù)測，以及農(nóng)作物的估產(chǎn)等。農(nóng)業(yè)是當(dāng)前遙感應(yīng)用的最大用戶之
o
[0004]現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)遙感對農(nóng)作物的長勢、蟲害、估產(chǎn)等方面做了非常詳細(xì)的研究且成果不少，但大多是單純地對遙感圖像進(jìn)行分析，利用植被指數(shù)進(jìn)行判斷。而氣候變化對農(nóng)作物的生長也有較大的影響，結(jié)合遙感和氣候的雙重因素來對農(nóng)作物的成長進(jìn)行監(jiān)控顯然更加科學(xué)和全面。此外，監(jiān)測的目的是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，找到影響農(nóng)作物生長的不利因素并盡可能采取措施進(jìn)行干預(yù)，以使農(nóng)作物能夠獲得最好的生長環(huán)境。因此在結(jié)合遙感和氣候信息對農(nóng)作物生長期進(jìn)行監(jiān)測的基礎(chǔ)上增加告警與干預(yù)功能就顯得尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的空白和功能不夠全面的不足，提供了一種使用方便、安全可靠的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
一種基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，是通過遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)學(xué)建模技術(shù)結(jié)合歷史遙感信息與歷史氣候信息建立農(nóng)作物生長期告警模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長并進(jìn)行告警與干預(yù)的方法；包括以下步驟:
步驟一，在遠(yuǎn)程管理中心平臺上建立農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、遙感信息接收模塊、光譜分析模塊、告警建模模塊和干預(yù)方案生成模塊；在農(nóng)作物種植區(qū)域鋪設(shè)農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)；
步驟二，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲，所述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括通過遙感信息接收模塊從遙感衛(wèi)星地面接收站獲取的農(nóng)作物種植區(qū)的歷史遙感信息和從農(nóng)作物種植區(qū)所在地的氣象站獲取的 氣候信息；同時(shí)，光譜分析模塊對歷史遙感信息進(jìn)行分析處理，提取出與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)(如AVI (距平植被指數(shù))、NDVI (歸一化差值植被指數(shù))等等)，并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中；
步驟三，告警建模模塊讀取數(shù)據(jù)服務(wù)器中相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后建立告警模型并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中，所述的告警模型包括干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型；
步驟四，根據(jù)構(gòu)建好的干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型，制定出相對應(yīng)的干預(yù)方案，并將干預(yù)方案存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中；(干預(yù)方案可以由農(nóng)業(yè)專家根據(jù)構(gòu)建好的三個(gè)告警模型預(yù)先制定好)
步驟五，建立好告警模型和干預(yù)方案后，開始遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長并進(jìn)行告警及干
預(yù):
(1)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存儲于數(shù)據(jù)服務(wù)器中，所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括通過遙感信息接收模塊從遙感衛(wèi)星地面接收站獲取的農(nóng)作物種植區(qū)的當(dāng)前遙感信息和氣象站提供的實(shí)時(shí)氣象信息與未來一天內(nèi)的預(yù)告信息；同時(shí)，光譜分析模塊對遙感信息進(jìn)行圖像分析和光譜分析，提取出與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中；
(2)干預(yù)方案生成模塊讀取(I)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)服務(wù)器中的告警模型，將當(dāng)前遙感信息和實(shí)時(shí)氣候信息與未來一天內(nèi)的預(yù)告信息輸入到告警模型中，經(jīng)過模型的分析處理和比對，得出當(dāng)前的農(nóng)作物長勢狀態(tài)報(bào)告，當(dāng)農(nóng)作物長勢狀態(tài)報(bào)告的結(jié)論為出現(xiàn)干旱、蟲害或長勢問題時(shí)，及時(shí)發(fā)出告警信息，將告警信息與數(shù)據(jù)服務(wù)器中的干預(yù)方案進(jìn)行匹配，生成最優(yōu)干預(yù)方案并傳輸給農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)；
(3)農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)接收到最優(yōu)干預(yù)方案后，啟動干預(yù)，按照最優(yōu)干預(yù)方案給農(nóng)作物補(bǔ)充適當(dāng)?shù)乃?、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥。(干預(yù)方案里面包括了灌溉方式、實(shí)施干預(yù)的時(shí)間、施用水分、養(yǎng)分等配比等等。)
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，在農(nóng)作物種植區(qū)域還鋪設(shè)有地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)；所述的地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)在最優(yōu)干預(yù)方案實(shí)施完畢后獲取土壤和農(nóng)作物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并回傳給農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)，農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)接收后將進(jìn)行干預(yù)效果分析，進(jìn)一步改進(jìn)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的干預(yù)方案。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)有氣候信息庫、遙感信息庫、告警模型庫和干預(yù)方案庫；所述的氣候信息庫存儲氣候信息，包括天氣狀況信息、氣候變化信息、晝夜溫差信息、降雨量信息和光照量信息；所述的遙感信息庫存儲遙感信息，包括遙感信息接收模塊接收的原始遙感信息、經(jīng)過光譜分析模塊分析處理后提取出來的與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)；所述的告警模型庫存儲告警模型，包括干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型；所述的干預(yù)方案庫存儲由農(nóng)業(yè)專家根據(jù)告警模型預(yù)先制定好的干預(yù)方案。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的氣候信息分為歷史信息、實(shí)時(shí)信息和預(yù)告信息。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的光譜分析模塊采用的分析方法包括光譜空間分析法、特征空間分析法和混合像元分解法。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述告警建模模塊采用的分析建模方法主要有微分方程法、差分方程法、數(shù)據(jù)擬合法、線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃與動態(tài)規(guī)劃法和概率統(tǒng)計(jì)法。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)根據(jù)最優(yōu)干預(yù)方案將水分、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥進(jìn)行搭配后采用地面灌溉、噴灌或微灌方式實(shí)施干預(yù)。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)和植被監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述的土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)包括土壤PH值、土壤溫度、土壤濕度、土壤農(nóng)藥殘留信息和土壤養(yǎng)分留存信息；所述的植被監(jiān)測數(shù)據(jù)包括農(nóng)作物表面溫度、表面濕度、蟲害狀況和光照度。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)和農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)均分別設(shè)有通信模塊，用于傳輸信息數(shù)據(jù)。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的通信模塊設(shè)有無線通訊天線和/或有線通訊接口，農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)和農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)以無線通訊方式或有線通訊方式進(jìn)行傳輸信息數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明中遙感信息接收模塊負(fù)責(zé)接收高光譜遙感原始影像信息，并將信息傳送給光譜分析模塊。光譜分析模塊首先對高光譜遙感影像進(jìn)行分類監(jiān)測，采用光譜空間分析法、特征空間分析法、混合像元分解法、分層分區(qū)圖像分類法、多時(shí)相分析方法和多源數(shù)據(jù)結(jié)合法等將影像中的特征數(shù)據(jù)提取出來。對特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以識別出目標(biāo)類別。通過對原始波段進(jìn)行各種代數(shù)運(yùn)算能夠得到各種光譜信息和植被指數(shù)，主要包括AVI (距平植被指數(shù))、NDVI (歸一化差值植被指數(shù))、RVI (比值植被指數(shù))、PVI (垂直植被指數(shù))、DVI (差異植被指數(shù))、GVI (綠度植被指數(shù))、SAVI (土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù))、DVIEVI (差值環(huán)境植被指數(shù))、VCI (條件植被指數(shù))、TCI (條件溫度指數(shù))、NDTI (歸一化溫度指數(shù))、VTCI (條件植被溫度指數(shù))和GVMI (全局植被濕度指數(shù))等。分析出來的數(shù)據(jù)和結(jié)果存入遙感信息庫中。
[0016]本發(fā)明中氣候數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過監(jiān)測地所在當(dāng)?shù)貧庀笳精@取得到，主要包括天氣狀況、降雨量、光照度、溫度、晝夜溫差等，分為歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)三個(gè)類別。
[0017]本發(fā)明中的告警建模模塊以遙感信息和海量歷史氣候信息為依據(jù)，建立干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型，并存入告警模型庫中。告警模型的分析處理過程如下:將模型所需的各項(xiàng)輸入?yún)?shù)代入模型中的數(shù)學(xué)函數(shù)中，經(jīng)過函數(shù)的四則運(yùn)算、條件運(yùn)算得出初步預(yù)測值，若該值與模型中預(yù)設(shè)的預(yù)測值范圍出入太大，則通過誤差修正對輸入?yún)?shù)進(jìn)行微調(diào)，再次送入模型進(jìn)行處理，反復(fù)迭代直到結(jié)果值在合理的范圍之內(nèi)。
[0018]本發(fā)明中干旱告警模型建立過程如下:通過對VC1、TC1、NDT1、VTCI等指數(shù)的多時(shí)段對比，能夠獲得地表溫度變化與干旱程度的關(guān)系；分析GVMI的變化與短期的氣候變化之間的關(guān)系，能夠獲得氣候變化對農(nóng)作物植被含水量的影響程度；利用電磁波散射模型由雷達(dá)回波的后向散射系數(shù)推導(dǎo)出土壤介電常數(shù)，根據(jù)土壤介電常數(shù)分析出土壤的含水量。將上述四種影響因子(土壤含水量、植被含水量、地表溫度和氣候信息)結(jié)合起來，使用數(shù)據(jù)擬合法等多種建模方法，建立干旱告警模型。一旦實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)通過模型的分析處理得到干旱發(fā)生的程度過高，隨即發(fā)出干旱告警。
[0019]本發(fā)明中蟲害告警模型建立過程如下:根據(jù)遙感影像分類監(jiān)測，獲取地塊中的農(nóng)作物種類信息，并根據(jù)該類別農(nóng)作物健康時(shí)的典型光譜特征繪制特征曲線。當(dāng)病蟲害發(fā)生時(shí)，農(nóng)作物會遭到一定程度的破壞，細(xì)胞活性降低，葉子的色素發(fā)生變化，導(dǎo)致可見光區(qū)的吸收谷不明顯，反射峰變低，近紅外光區(qū)的峰值變低。因此通過將實(shí)時(shí)光譜特征曲線與健康時(shí)的光譜特征曲線相比較，若實(shí)時(shí)曲線特征被拉平的程度越大，說明蟲害發(fā)生的程度越嚴(yán)重。此外，采用影像分類法、影像差技術(shù)和植被指數(shù)VID技術(shù)監(jiān)測農(nóng)作物的失葉量，結(jié)合海量歷史氣候信息，與蟲害的發(fā)生類別、程度進(jìn)行聚類擬合，建立失葉量、氣候與蟲害的分析模型。
[0020]本發(fā)明中長勢告警模型建立過程如下:根據(jù)農(nóng)作物的品種信息得到該作物的各個(gè)生長期持續(xù)時(shí)間，并針對各生長期農(nóng)作物的正常狀態(tài)建立基礎(chǔ)模型，模型參數(shù)包括植被覆蓋率、葉面含水量、光譜特征曲線和各植被指數(shù)的正常取值范圍等。通過各生長期的海量歷史遙感數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)模型進(jìn)行比對，提取出大量非正常狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息，并與當(dāng)時(shí)的氣候變化特征進(jìn)行比較分析，找出非正常參數(shù)與氣候的影響關(guān)系，建立告警模型。若實(shí)時(shí)的氣候預(yù)報(bào)通過模型的分析處理得到即將會對農(nóng)作物的長勢造成很大影響的結(jié)論，即發(fā)出告警。
[0021 ] 本發(fā)明中干預(yù)方案庫由大量農(nóng)業(yè)專家結(jié)合各種告警信息，根據(jù)不同的情況制定各種干預(yù)措施。主要從改善土壤環(huán)境入手，如及時(shí)灌溉水分能緩解氣候因素所帶來的干旱問題，對農(nóng)作物進(jìn)行農(nóng)藥噴灑能夠解決蟲害問題，對土壤施加肥料、養(yǎng)分能夠使農(nóng)作物長勢更好。而水、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥的具體施用量和搭配比例，則由方案中具體指定。
[0022]本發(fā)明中農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)施干預(yù)方案。根據(jù)干預(yù)方案的具體要求，配置好水、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥的比例，按指定的時(shí)間和方式實(shí)行灌溉。灌溉方式分為地面灌溉、噴灌和微灌。地面灌溉包括畦灌、溝灌、淹灌和漫灌，微灌溉技術(shù)包括微噴灌、滴灌、滲灌
坐寸o
[0023]本發(fā)明中地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)由分布在各個(gè)地塊中的傳感器構(gòu)成，用于監(jiān)測干預(yù)過后的土壤狀況和農(nóng)作物狀況，為改進(jìn)干預(yù)方案提供參考數(shù)據(jù)。所用的傳感器包括土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤PH值傳感器、植被溫度傳感器、植被濕度傳感器、光照度傳感器
坐寸o
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
1.利用遙感技術(shù)對農(nóng)作物生長進(jìn)行監(jiān)測，能夠從作物長勢、土壤狀況、蟲害狀況等方面進(jìn)行全面分析，且監(jiān)視范圍廣，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)無間斷監(jiān)測。
[0025]2.結(jié)合海量歷史氣候信息，更全面地分析出造成遙感監(jiān)測結(jié)果的原因所在，并能在此基礎(chǔ)上根據(jù)氣候預(yù)報(bào)提前采取干預(yù)措施，降低氣候變化的不利影響，使農(nóng)作物的生長環(huán)境維持在一個(gè)較好、較穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0026]3.采用了不同的告警模型，滿足各個(gè)時(shí)期、各種氣候條件和不同蟲害的表現(xiàn)差異。
[0027]4.采用地面灌溉、噴灌、微灌三種干預(yù)方式，干預(yù)方案由系統(tǒng)自動生成，能夠根據(jù)需要搭配水、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥的比例，更有效解決問題，減少人工成本。
[0028]5.采用地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)對實(shí)施干預(yù)后的土壤和農(nóng)作物狀況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，反饋的信息用于對干預(yù)效果進(jìn)行評估，能夠促進(jìn)干預(yù)方案的改進(jìn)，使系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)的軌道。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明的告警模型庫組織結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖3是本發(fā)明進(jìn)行農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例。
[0033]實(shí)施例:
如1-3所示，一種基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，是通過遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)學(xué)建模技術(shù)結(jié)合歷史遙感信息與歷史氣候信息建立農(nóng)作物生長期告警模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長并進(jìn)行告警與干預(yù)的方法；包括以下步驟:步驟一，在遠(yuǎn)程管理中心平臺上建立農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、遙感信息接收模塊、光譜分析模塊、告警建模模塊和干預(yù)方案生成模塊；在農(nóng)作物種植區(qū)域鋪設(shè)農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)和地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)；
步驟二，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括通過遙感信息接收模塊從遙感衛(wèi)星地面接收站獲取的農(nóng)作物種植區(qū)的歷史遙感信息和從農(nóng)作物種植區(qū)所在地的氣象站獲取的氣候信息；同時(shí)，光譜分析模塊對歷史遙感信息進(jìn)行分析處理，提取出與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中；
步驟三，告警建模模塊讀取數(shù)據(jù)服務(wù)器中相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后建立相應(yīng)的告警模型并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中，告警模型包括干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型；
步驟四，根據(jù)構(gòu)建好的干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型，制定出相對應(yīng)的干預(yù)方案，并將干預(yù)方案存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中；
步驟五，建立好告警模型和干預(yù)方案后，開始遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長并進(jìn)行告警及干
預(yù):
(1)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存儲于數(shù)據(jù)服務(wù)器中，所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括通過遙感信息接收模塊從遙感衛(wèi)星地面接收站獲取的農(nóng)作物種植區(qū)的當(dāng)前遙感信息和氣象站提供的實(shí)時(shí)氣象信息與未來一天內(nèi)的預(yù)告信息；同時(shí)，光譜分析模塊對遙感信息進(jìn)行圖像分析和光譜分析，提取出與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中；
(2)干預(yù)方案生成模塊讀取(I)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)服務(wù)器中的告警模型，將當(dāng)前遙感信息和實(shí)時(shí)氣候信息與未來一天內(nèi)的預(yù)告信息輸入到告警模型中，經(jīng)過模型的分析處理和比對，得出當(dāng)前的農(nóng)作物長勢狀態(tài)報(bào)告，當(dāng)農(nóng)作物長勢狀態(tài)報(bào)告的結(jié)論為出現(xiàn)干旱、蟲害或長勢問題時(shí)，及時(shí)發(fā)出告警信息，并將告警信息與數(shù)據(jù)服務(wù)器中的干預(yù)方案進(jìn)行匹配，生成最優(yōu)干預(yù)方案并傳輸給農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)；
(3)農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)接收到最優(yōu)干預(yù)方案后，啟動干預(yù)，按照最優(yōu)干預(yù)方案給農(nóng)作物補(bǔ)充適當(dāng)?shù)乃?、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥；
(4)干預(yù)完畢，地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)獲取土壤和農(nóng)作物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，回傳給農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)，農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)接收后將進(jìn)行干預(yù)效果分析，進(jìn)一步改進(jìn)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的干預(yù)方案。
[0034]以上所述農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)有氣候信息庫、遙感信息庫、告警模型庫和干預(yù)方案庫；所述的氣候信息庫存儲氣候信息，包括天氣狀況信息、氣候變化信息、晝夜溫差信息、降雨量信息和光照量信息，并且這些信息均分為歷史信息、實(shí)時(shí)信息和預(yù)告信息三類；所述的遙感信息庫存儲遙感信息，包括遙感信息接收模塊接收的原始遙感信息、經(jīng)過光譜分析模塊分析處理后提取出來的有用的與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)。[0035]所述的光譜分析模塊采用的分析方法有光譜空間分析法、特征空間分析法和混合像元分解法。所述告警建模模塊采用的分析建模方法主要有微分方程法、差分方程法、數(shù)據(jù)擬合法、線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃與動態(tài)規(guī)劃法和概率統(tǒng)計(jì)法。
[0036]所述的農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)根據(jù)干預(yù)方案將水、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥進(jìn)行合理搭配后采用地面灌溉、噴灌或微灌方式實(shí)施干預(yù)。所述地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)和植被監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述的土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)包括土壤PH值、土壤溫度、土壤濕度、土壤農(nóng)藥殘留信息和土壤養(yǎng)分留存信息；所述的植被監(jiān)測數(shù)據(jù)包括農(nóng)作物表面溫度、表面濕度、蟲害狀況和光照度。
[0037]所述農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)和農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)均分別設(shè)有通信模塊；通信模塊設(shè)有無線通訊天線和/或有線通訊接口，農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)和農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)以無線通訊方式或有線通訊方式進(jìn)行傳輸信息數(shù)據(jù)。
[0038]實(shí)例一:
系統(tǒng)定期從遙感衛(wèi)星獲取遙感影像信息，對其進(jìn)行農(nóng)作物識別、土壤含水量分析、植被含水量分析和地表溫度分析，結(jié)合實(shí)時(shí)的氣候信息和預(yù)報(bào)信息，使用干旱模型進(jìn)行分析處理，判斷當(dāng)前農(nóng)作物是否處于干旱狀態(tài)，并給出干旱程度指數(shù)。若干旱指數(shù)超過警戒值，則需告警。在干預(yù)方案庫中找到與旱情匹配的干預(yù)方案，啟動農(nóng)作物干預(yù)系統(tǒng)實(shí)施干預(yù)。干預(yù)后啟動地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)監(jiān)測土壤狀況和植被狀況并回傳數(shù)據(jù)，通過干預(yù)效果的分析評估，進(jìn)一步改進(jìn)干預(yù)方案。
[0039]實(shí)例二:
系統(tǒng)定期從遙感衛(wèi)星獲取遙感影像信息，對其進(jìn)行農(nóng)作物識別、光譜特征曲線繪制和農(nóng)作物失葉量分析，結(jié)合實(shí)時(shí)的氣候信息和預(yù)報(bào)信息，使用蟲害模型進(jìn)行分析處理，判斷當(dāng)前農(nóng)作物是否有病蟲害，并給出蟲害嚴(yán)重程度指數(shù)。若蟲害指數(shù)超過警戒值，則需告警。在干預(yù)方案庫中找到與蟲害情況相匹配的干預(yù)方案，啟動農(nóng)作物干預(yù)系統(tǒng)實(shí)施干預(yù)。干預(yù)后啟動地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)監(jiān)測土壤狀況和植被狀況并回傳數(shù)據(jù)，通過干預(yù)效果的分析評估，進(jìn)一步改進(jìn)干預(yù)方案。
[0040]實(shí)例三:
系統(tǒng)定期從遙感衛(wèi)星獲取遙感影像信息，對其進(jìn)行農(nóng)作物識別、生長期判定、植被覆蓋率分析和植被葉綠素含量分析，結(jié)合實(shí)時(shí)的氣候信息和預(yù)報(bào)信息，使用生長期模型進(jìn)行分析處理，判斷當(dāng)前農(nóng)作物長勢是否正常，并給出長勢指數(shù)。若長勢指數(shù)超過警戒值，則需告警。在干預(yù)方案庫中找到與告警情況相匹配的干預(yù)方案，啟動農(nóng)作物干預(yù)系統(tǒng)實(shí)施干預(yù)。干預(yù)后啟動地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)監(jiān)測土壤狀況和植被狀況并回傳數(shù)據(jù)，通過干預(yù)效果的分析評估，進(jìn)一步改進(jìn)干預(yù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，是通過遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)學(xué)建模技術(shù)結(jié)合歷史遙感信息與歷史氣候信息建立農(nóng)作物生長期告警模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長并進(jìn)行告警與干預(yù)的方法；其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，在遠(yuǎn)程管理中心平臺上建立農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、遙感信息接收模塊、光譜分析模塊、告警建模模塊和干預(yù)方案生成模塊；在農(nóng)作物種植區(qū)域鋪設(shè)農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)； 步驟二，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲，所述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括通過遙感信息接收模塊從遙感衛(wèi)星地面接收站獲取的農(nóng)作物種植區(qū)的歷史遙感信息和從農(nóng)作物種植區(qū)所在地的氣象站獲取的氣候信息；同時(shí)，光譜分析模塊對歷史遙感信息進(jìn)行分析處理，提取出與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中； 步驟三，告警建模模塊讀取數(shù)據(jù)服務(wù)器中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后建立告警模型并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中，所述的告警模型包括干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型； 步驟四，根據(jù)構(gòu)建好的干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型，制定出相對應(yīng)的干預(yù)方案，并將干預(yù)方案存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中； 步驟五，建立好告警模型和干預(yù)方案后，開始遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長并進(jìn)行告警及干預(yù): (1)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存儲于數(shù)據(jù)服務(wù)器中，所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括通過遙感信息接收模塊從遙感衛(wèi)星地面接收站 獲取的農(nóng)作物種植區(qū)的當(dāng)前遙感信息和氣象站提供的實(shí)時(shí)氣象信息與未來一天內(nèi)的預(yù)告信息；同時(shí)，光譜分析模塊對遙感信息進(jìn)行圖像分析和光譜分析，提取出與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中； (2)干預(yù)方案生成模塊讀取(I)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)服務(wù)器中的告警模型，將當(dāng)前遙感信息和實(shí)時(shí)氣候信息與未來一天內(nèi)的預(yù)告信息輸入到告警模型中，經(jīng)過模型的分析處理和比對，得出當(dāng)前的農(nóng)作物長勢狀態(tài)報(bào)告；當(dāng)農(nóng)作物長勢狀態(tài)報(bào)告的結(jié)論為出現(xiàn)干旱、蟲害或長勢問題時(shí)，發(fā)出告警信息，將告警信息與數(shù)據(jù)服務(wù)器中的干預(yù)方案進(jìn)行匹配，生成最優(yōu)干預(yù)方案并傳輸給農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)； (3)農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)接收到最優(yōu)干預(yù)方案后，啟動干預(yù)，按照最優(yōu)干預(yù)方案給農(nóng)作物補(bǔ)充水分、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:在農(nóng)作物種植區(qū)域還鋪設(shè)有地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)；所述的地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)在最優(yōu)干預(yù)方案實(shí)施完畢后獲取土壤和農(nóng)作物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并回傳給農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)，農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)接收后將進(jìn)行干預(yù)效果分析，進(jìn)一步改進(jìn)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的干預(yù)方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:所述農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)有氣候信息庫、遙感信息庫、告警模型庫和干預(yù)方案庫；所述的氣候信息庫存儲氣候信息，包括天氣狀況信息、氣候變化信息、晝夜溫差信息、降雨量信息和光照量信息；所述的遙感信息庫存儲遙感信息，包括遙感信息接收模塊接收的原始遙感信息、經(jīng)過光譜分析模塊分析處理后提取出來的與農(nóng)作物生長期相關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)；所述的告警模型庫存儲告警模型，包括干旱告警模型、蟲害告警模型和長勢告警模型；所述的干預(yù)方案庫存儲由農(nóng)業(yè)專家根據(jù)告警模型預(yù)先制定好的干預(yù)方案。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:所述的氣候信息分為歷史信息、實(shí)時(shí)信息和預(yù)告信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:所述的光譜分析模塊采用的分析方法包括光譜空間分析法、特征空間分析法和混合像元分解法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:所述告警建模模塊采用的分析建模方法主要有微分方程法、差分方程法、數(shù)據(jù)擬合法、線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃與動態(tài)規(guī)劃法和概率統(tǒng)計(jì)法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:所述的農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)根據(jù)最優(yōu)干預(yù)方案將水分、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥進(jìn)行搭配后采用地面灌溉、噴灌或微灌方式實(shí)施干預(yù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:所述地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)和植被監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述的土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)包括土壤PH值、土壤溫度、土壤濕度、土壤農(nóng)藥殘留信息和土壤養(yǎng)分留存信息；所述的植被監(jiān)測數(shù)據(jù)包括農(nóng)作物表面溫度、表面濕度、蟲害狀況和光照度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遙感與海量氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:所述農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)和農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)均分別設(shè)有通信模塊，用于傳輸信息數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于遙感與海量`氣候信息的農(nóng)作物生長期告警與干預(yù)方法，其特征在于:所述的通信模塊設(shè)有無線通訊天線和/或有線通訊接口，農(nóng)作物生長期監(jiān)測告警系統(tǒng)和農(nóng)作物生長期干預(yù)系統(tǒng)以無線通訊方式或有線通訊方式進(jìn)行傳輸信息數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G06Q50/02GK103761674SQ201410039692
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】林興志, 潘翔 申請人:林興志, 廣西感知物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)力促進(jìn)中心