智慧农业

方案背景

智慧农业迅猛发展，各类高新科技产品以各自的优势进军农业领域，其中不乏各种机器人及各类传感设备。挂轨式轨道机器人以其轨道在空中不会干扰其他地面作业的优势在各行业中已有应用，大棚农作物监测轨道机器人产品方案采用挂轨式机器人的特点满足高光谱相机推扫成像的要求，实现农业大棚种中作物的全覆盖高光谱数据采集。同时还集成有多种先进监测仪器如红外热像仪、可见光高清相机、辅助照明光源、温湿度传感器、光照度传感器等等，可以在可见光、近红外、热红外的谱段范围内，实时获取大棚内种植农作物的空间影像、光谱特征、辐射特征等多维数据，通过对大量样本数据归集整理、建模分析，最终能够获取农作物的营养成分、表观信息、含水量、成熟度等生长数据，实现对大棚农作物及地表环境在时间和空间维度上的综合监测。

自动巡检机器人是一款依赖于导轨的倒挂式行走机器人机器人上可安装多种传感器。可以实现对环境的综合检测，而且利用其自身的移动功能，通过后台设定机器人巡检方案，机器人能够全自动对环境进行全面监测，在监测过程中，机器人可实现连续 U 型、S 型轨道转弯，做到无死角巡检，采集到的数据通过以太网传输到数据中前端传感器可搭载高光谱成像仪，红外热成像仪、辅助照明等设备。

光谱成像技术既可以获取地物目标的两维空间几何图像，同时获取地物目标的光谱信息，其中，两维图像信息可以实现地物目标的影像识别，光谱信息则直接反应了地物目标的属性，可以实现地物的属性探测及定量化分析。轻小型高光谱成像仪可搭载自动巡查机器人，移动式推扫成像，实现大棚种植作物的高质量光谱数据采集后续进行高光谱数据处理，分析作物长势及健康状况，

红外热成像仪采用红外热像仪对农作物进行热成像图像采集，建立水分胁迫下叶片的含水率模型，监测作物的水分胁迫状况，从而进行合理的灌溉调整，有利于作物肥水 管理的精准化控制。微小型红外热成像组件可对目标温度进行实时精确测量，可视频全画幅测 温，支持等温线功能，可以用颜色表示出等温区域，能自动追踪区域最高温及显 示位置:具有拍照，录像、温度校正、切换色彩、电子变倍等功能

为满足高光谱成像仪的光谱响应范围，辅助照明光源选用卤素钨灯照明。考虑到照明的强度，我们选用 500W(1000W)大功率光源，光通量为8500LM，光源的元发光面积为 300*200MM，则光源距离地面2M，光谱相机距离地面4.5M光源垂直照射则光源照射到地面再反射到相机的光照度为 32LM。以上计算仅考虑反射率为100%的情况，实际反射率要低于 100%，因此计 算光照度亦有所减少。为了使光源光照度更加集中，采用光源前端加装反射罩方 式增加光源能量效率，可使得到达相机的光照度增加。

轨道机器人控制软件，主要实现挂轨式机器人的控制与传感数据自动采集控制主要功能包括机器人的连接、机器人手动控制、数据自动采集方案配置与执行、机器人及视频相机预置位配置、系统工作日志等功能。

高光谱数据采集软件主要实现高光谱相机的参数配置、数据显示，与轨道机器人控制软件配合实现数据的自动同步采集。

高光谱数据处理软件是指高光谱数据的处理软件，主要功能包括:读取高光谱原始数据、显示光谱曲线、实现农作物及其生长环境的水分、化学物质、微量素等指标的定量反演等。