基于綠色植物因子的農業圖像監測系統設計與研究

引言：圖像處理技術在農產品檢測、果實采摘、噴灑農藥等方面都有著廣泛的應用，在傳統農業向精細農業轉變的進程里起到了十分重要的促進作用。本文將圖像處理技術與農作物種植有機結合，研究開發了農業圖像監測系統，解決農田范圍廣、作物長勢分析不精確等問題，以促進農業生產。

農業問題是全球可持續發展的基本問題，也是一個國家的基本產業。我國的農業經營手段至今仍未擺脫傳統的手工勞作方式，在現有基礎上，如果想實現我國農業現代化，必須利用高新技術對傳統農業進行改造。精細農業（Precision"Agriculture）是由信息技術支持的根據空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理的系統[1]。目的是在農業種植生產過程中利用計算機技術對作物生長狀況進行監測以及分析，進而實現進一步的管理和控制，科學有效的進行農業生產。近幾年來，美國、歐洲一些技術先進的農場在精細農業方面已經進入中等規模的實施階段。據近年對各國精細農業服務商和種子公司調查顯示：在他們的用戶中有82%使用GIS跟蹤位置信息，74%用GIS制圖，77%采用精細農業技術[2]。國外精細農業的實踐表明：精細農業不僅具有重要的經濟效益，而且其獲取的詳細耕作信息有助于解決許多未知問題。

圖像處理技術作為計算機技術的重要組成部分，將其與精細農業有機結合，具有廣泛的發展前景。因此，我們以圖像處理技術為基礎，通過提取圖像中植物因子部分，研究開發了農業圖像監測系統。

此系統主要包括三大模塊：監測模塊、分析模塊、參數設置及系統維護模塊。其中，監測模塊由實時監測子系統模塊和擇時監測子系統模塊組成，主要用于對農作物長勢進行監測。實時監測模塊通過對監測時間進行設定，調取當前時間的農作物長勢圖像并記錄，以看到整體的情況。同時通過定時接收記錄圖像，并對圖像進行實時分析，也可了解到農作物的生長狀況、土壤情況、肥力以及植物營養情況，還可看到每顆植物的狀況等詳細情況，便于用戶采取各種管理措施。擇時監測模塊則主要用于對不同時間不同地點下的農作物圖像進行調取，由于在白天和晚間、晴天和陰天等有差異的情況下，植物生長速度不同，用戶可根據自身需求選擇具有代表意義的時間地點，通過分析不同環境下的農作物圖像，獲取其以往的長勢情況。分析模塊主要由實時分析子系統構成，便于用戶了解當前監測環境下的農作物長勢情況。系統將監測模塊采集到的圖像記錄下來，利用圖像處理技術對圖像進行分割，提取出植物因子的部分，通過比對農作物葉片形狀、顏色等因素與正常葉片的相似度，形成分析報告反饋給用戶。因此，用戶可獲取最新的農作物生產狀況，發現農作物在當前生長環境下出現的問題，及時采取相應解決措施，保障生產。參數設置及系統維護模塊分為監控設備參數設置、系統安全維護兩部分。監控設備參數設置子系統主要用于農業圖像收集端的詳細參數設定，以準確有效的采集農業現場圖像。用戶可根據實際情況和需求更改監控設備參數，例如根據天氣不同、光照強度差異等對參數進行相應調整，從而適應不同狀況下的農業圖像采集。系統安全維護子系統主要用于保障數據信息安全以及對系統安全、各模塊權限等進行設置和管理工作。

本系統監測端通過GPRS模塊實現圖像的采集和傳輸，處理端以網站為平臺，通過算法處理數據反饋結果。利用圖像處理技術，來實現農業生產的智能化管理，對農田現場進行實時和擇時監測，根據圖像分析農作物的長勢情況并提供合理化建議，解決農田范圍大、管理不便、對農作物長勢難以進行精確分析的問題，以達到農業種植全方位監控、針對性分析的效果，過程清晰，結構嚴謹，可實施性強。系統投入到農業種植中不僅可以為農業全鏈條管理提供技術支撐，改進當前農田信息采集手段，大大提高農田管理的效率，節省人工，節約資源，同時為精細農業實施創造了條件，對促進精細農業技術在我國的推廣應用具有重要意義。

（作者單位：河北大學）