用于农业种植舱的集成控制系统及方法与流程

本公开涉及农业种植舱领域，具体涉及一种用于农业种植舱的集成控制系统及方法。

背景技术：

1、农业种植舱，也称为智能温室或智能种植箱，是一种封闭式的农业种植环境，其能够通过控制温度、湿度、光照等环境参数，为作物提供最适宜的生长条件。随着人口增长和城市化的加剧，农业种植舱等封闭环境下的农业种植方式变得越来越重要。

2、集成控制系统在农业种植舱中起着至关重要的作用，它能够实时监测和调节种植环境中的各种参数，包括温度、湿度、co2浓度、光照等，以确保作物处于适宜的生长状态，提高作物的生长速度、增加产量，并改善作物的品质。

3、然而，传统的农业种植舱集成控制系统通常依赖于有限的传感器数据，如温度、湿度等，缺乏对作物生长状态的直接监测和分析，导致对作物需求的理解不够全面。此外，传统集成控制系统往往采用基于预设规则的控制策略，缺乏对复杂环境下作物生长的动态调节能力，无法适应不同作物的个性化需求。并且，传统的控制系统反应速度较慢，无法及时调整环境参数以应对突发情况或作物生长状态的变化，影响了系统的效率和作物的生长表现。

4、因此，期望一种优化的用于农业种植舱的集成控制系统。

技术实现思路

1、考虑到以上问题而做出了本公开。本公开的一个目的是提供一种用于农业种植舱的集成控制系统及方法。

2、本公开的实施例提供了一种用于农业种植舱的集成控制方法，其包括：

3、获取由摄像头采集的预定时间段的被监控作物的生长状态监控视频；

4、获取由温度传感器采集的所述预定时间段内环境温度的时间序列；

5、对所述被监控作物的生长状态监控视频中的多个关键帧进行生长状态语义特征提取以得到生长状态语义特征向量的时间序列；

6、将所述生长状态语义特征向量的时间序列通过基于自适应门控逻辑的代表特征提取网络以得到生长状态时间维度代表语义特征向量；

7、将所述环境温度的时间序列通过基于rnn模型的环境温度序列编码器以得到环境温度时序关联隐含特征向量；

8、将所述生长状态时间维度代表语义特征向量和所述环境温度时序关联隐含特征向量通过非线性响应性校正融合模块以得到生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征向量作为生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征；以及

9、基于所述生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征，确定环境温度调节指令，所述环境温度调节指令用于表示环境温度应增大、应减小或应保持不变。

10、例如，根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制方法，其中，对所述被监控作物的生长状态监控视频中的多个关键帧进行生长状态语义特征提取以得到生长状态语义特征向量的时间序列，包括：

11、对所述被监控作物的生长状态监控视频进行关键帧采样以得到生长状态关键帧的时间序列；以及

12、将所述生长状态关键帧的时间序列中的各个生长状态关键帧分别通过基于卷积神经网络模型的生长状态特征提取器以得到所述生长状态语义特征向量的时间序列。

13、例如，根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制方法，其中，将所述生长状态语义特征向量的时间序列通过基于自适应门控逻辑的代表特征提取网络以得到生长状态时间维度代表语义特征向量，包括：

14、计算所述生长状态语义特征向量的时间序列中的各个生长状态语义特征向量相对于其他生长状态语义特征向量的语义差异系数以得到生长状态语义差异系数的序列；

15、使用门控单元对所述生长状态语义差异系数的序列进行掩码化处理以得到掩码化生长状态语义差异系数的序列；

16、对所述掩码化生长状态语义差异系数的序列进行归一化处理以得到归一化生长状态语义差异系数的序列；以及

17、以所述归一化生长状态语义差异系数的序列作为权重，计算所述生长状态语义特征向量的时间序列的加权和以得到所述生长状态时间维度代表语义特征向量；

18、其中，使用门控单元对所述生长状态语义差异系数的序列进行掩码化处理以得到掩码化生长状态语义差异系数的序列，包括：响应于所述生长状态语义差异系数的序列中的各个生长状态语义差异系数大于或等于预定阈值，将所述生长状态语义差异系数的序列中的各个生长状态语义差异系数取原值，否则置为零。

19、例如，根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制方法，其中，计算所述生长状态语义特征向量的时间序列中的各个生长状态语义特征向量相对于其他生长状态语义特征向量的语义差异系数以得到生长状态语义差异系数的序列，包括：

20、从所述生长状态语义特征向量的时间序列中提取预定生长状态语义特征向量；

21、计算所述生长状态语义特征向量的时间序列中的除了所述预定生长状态语义特征向量以外的其他生长状态语义特征向量的各个位置特征值的以2为底的对数函数值以得到生长状态语义对数函数优化向量的序列；

22、计算所述生长状态语义对数函数优化向量的序列中的每个生长状态语义对数函数优化向量与所述预定生长状态语义特征向量之间的按位置点乘以得到生长状态语义交互特征向量的序列；

23、计算所述生长状态语义交互特征向量的序列中每个生长状态语义交互特征向量的各个位置特征值之间的全局均值以得到生长状态语义交互全局均值特征向量；以及

24、计算所述生长状态语义交互全局均值特征向量中的各个位置特征值之间的全局均值以得到所述预定生长状态语义特征向量的生长状态语义差异系数。

25、例如，根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制方法，其中，对所述掩码化生长状态语义差异系数的序列进行归一化处理以得到归一化生长状态语义差异系数的序列，包括：

26、以所述掩码化生长状态语义差异系数的序列中的每个掩码化生长状态语义差异系数作为自然常数的指数以计算按位置的以自然常数为底的指数函数值以得到生长状态语义差异指数表征系数的序列；

27、计算所述生长状态语义差异指数表征系数的序列中的各个生长状态语义差异指数表征系数的加和以得到生长状态语义差异指数表征总和；以及

28、计算所述生长状态语义差异指数表征系数的序列中的各个生长状态语义差异指数表征系数与所述生长状态语义差异指数表征总和之间的除法以得到所述归一化生长状态语义差异系数的序列。

29、例如，根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制方法，其中，将所述生长状态时间维度代表语义特征向量和所述环境温度时序关联隐含特征向量通过非线性响应性校正融合模块以得到生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征向量作为生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征，包括：

30、计算所述生长状态时间维度代表语义特征向量与所述环境温度时序关联隐含特征向量之间的逐位置响应以得到生长状态-环境温度逐位置响应特征向量；

31、构造所述生长状态-环境温度逐位置响应特征向量中各个位置的第一非线性因子；

32、构造所述生长状态-环境温度逐位置响应特征向量中各个位置的第二非线性因子；以及

33、计算所述第一非线性因子和所述第二非线性因子之间的除法以得到生长状态-环境温度逐位置非线性响应关联校正值，并将多个所述温度-光照强度逐位置非线性响应关联校正值进行向量化规整以得到所述温度-光照强度时序关联交互向量。

34、例如，根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制方法，其中，构造所述生长状态-环境温度逐位置响应特征向量中各个位置的第一非线性因子，包括：

35、计算所述生长状态-环境温度逐位置响应特征向量中的各个位置特征值的平方值与第一预定调整超参数之间的乘积以得到第一非线性因子二次项调整参数；

36、计算所述温度-光照强度逐位置响应特征向量中的各个位置特征值与第二预定调整超参数之间的乘积以得到第一非线性因子一次项调整参数；以及

37、计算所述第一非线性因子二次项调整参数和所述第一非线性因子一次项调整参数之间的加和以得到所述第一非线性因子。

38、例如，根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制方法，其中，构造所述生长状态-环境温度逐位置响应特征向量中各个位置的第二非线性因子，包括：

39、计算所述生长状态-环境温度逐位置响应特征向量中的各个位置特征值的平方值与第三预定调整超参数之间的乘积以得到第二非线性因子二次项调整参数；

40、计算所述生长状态-环境温度逐位置响应特征向量中的各个位置特征值与第四预定调整超参数之间的乘积以得到第二非线性因子一次项调整参数；以及

41、计算所述第一非线性因子二次项调整参数和所述第一非线性因子一次项调整参数之间的加和后进行常数项加一调制以得到所述第二非线性因子。

42、例如，根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制方法，其中，基于所述生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征，确定环境温度调节指令，所述环境温度调节指令用于表示环境温度应增大、应减小或应保持不变，包括：

43、将所述生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征向量通过基于分类器的环境温度调节器以得到环境温度调节指令，所述环境温度调节指令用于表示环境温度应增大、应减小或应保持不变。

44、本公开的实施例还提供了一种用于农业种植舱的集成控制系统，其包括：

45、视频获取模块，用于获取由摄像头采集的预定时间段的被监控作物的生长状态监控视频；

46、温度采集模块，用于获取由温度传感器采集的所述预定时间段内环境温度的时间序列；

47、生长状态语义特征提取模块，用于对所述被监控作物的生长状态监控视频中的多个关键帧进行生长状态语义特征提取以得到生长状态语义特征向量的时间序列；

48、代表特征提取模块，用于将所述生长状态语义特征向量的时间序列通过基于自适应门控逻辑的代表特征提取网络以得到生长状态时间维度代表语义特征向量；

49、环境温度序列编码模块，用于将所述环境温度的时间序列通过基于rnn模型的环境温度序列编码器以得到环境温度时序关联隐含特征向量；

50、融合模块，用于将所述生长状态时间维度代表语义特征向量和所述环境温度时序关联隐含特征向量通过非线性响应性校正融合模块以得到生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征向量作为生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征；以及

51、指令确定模块，用于基于所述生长状态-环境温度非线性响应性关联时序特征，确定环境温度调节指令，所述环境温度调节指令用于表示环境温度应增大、应减小或应保持不变。

52、根据本公开的实施例的用于农业种植舱的集成控制系统及方法，其通过温度传感器实时监测采集作物生长的环境温度数据，同时通过摄像头监控作物的生长状态视频，并在后端引入基于人工智能的数据处理和图像分析算法来进行该环境温度时序数据和作物生长状态监控视频的特征捕获和响应性关联分析，以此利用两者之间的非线性响应关联特征和相互影响来实时监测和调节作物的环境温度参数，以确保作物处于适宜的生长状态。这样，能够基于作物的生长状态模式和变化趋势来自适应调节环境温度条件，为作物创造适宜的生长环境，从而有利于提高作物的生长速度、增加产量，并改善作物的品质。