郭 威1，吴华瑞1，2，3*，朱华吉1，2，3
（1. 国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097；2. 北京农业信息技术研究中心，北京 100097；3. 农业农村部 农业信息技术重点实验室，北京 100097）
摘 要：中国设施园艺近 30 年来发展迅速，面积目前居世界首位，但由于务农人数呈下降趋势，如何用“机器代替人力”成为当前研究热点。为实现设施温室生产的数据感知环节作物影像和环境监测数据精细化采集，本研究设计了一套多自由度设施温室影像采集与环境监测机器人系统。机器人由感知中枢、决策中枢和执行中枢三部分构成，分别进行机器视角环境感知、数据分析与决策指令生成和动作执行。在感知层实现多角度图像、实时视频和监测数据网格化精确采集，为作物多源异构数据精细化汇聚奠定基础；传输层通过无线网桥将监测数据与控制指令汇聚至本地数据中心；数据处理层通过作物基础模型分析进行控制指令反馈信息，同时对上传图像进行预处理；最终在应用层提供web端和手机端智能服务。系统可广泛地应用在设施温室生产与研究中，用于黄瓜、番茄、大棚桃等作物的全生育期图像、实时视频和监测数据收集与分析处理，已在北京小汤山国家精准农业基地7号日光温室、石家庄市农林科学研究院5号日光温室进行示范应用，取得了较好的效果。
关键词：设施温室；农业机器人；环境监测；机器视觉；病害识别；远程控制；深度学习
引文格式：
郭威, 吴华瑞, 朱华吉. 设施温室影像采集与环境监测机器人系统设计及应用[J/OL]. 智慧农业(中英文):1-13[2020-10-14].
http://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1681.S.20201012.1351.004.html.
Fig. 1 Installation diagram of greenhouse slide rail
Fig. 2 Installation position of the robot system
Fig. 3 Internal structure schematic diagram of robot system
Fig. 4 Overall architecture of the robot system
Fig. 5 Entity relationship diagram of database concept
Fig. 6 Main function modules of the robot system
Fig. 7 Flow chart of speech recognition
注：缺省位置执行中枢为手动停止状态，手动通过按钮触发，机器人行走，模式切换后机器人缺省状态为静止，条件触发进行启动，整体过 程执行完成或遇到限位强制触发/机器人故障/环境约束（停电），机器人被强制结束本次任务Fig. 8 Robot motion statechart diagram
Fig. 9 Flow chart of analytical decision
Fig. 10 Demonstration pictures in test sites
图11 平台端和app端现场实时数据采集、分析与管控Fig. 11 Real-time data collection，analysis，management and control from platform and app
Fig. 12 On-site real-time monitoring and identification of tomato disease吴华瑞，博士，研究员，北京农业信息技术研究中心副主任，国家大宗蔬菜产业技术体系智能化管理岗位科学家，农业农村部“全国农业科教云平台”首席专家，农业农村部农业信息软硬件产品质量检测重点实验室副主任，科技部数字乡村领域技术预测专家组长、中国人工智能学会专委会秘书长、国家自然基金项目评审专家，北京农业信息化学会监事，先后获得北京市科技新星、北京市优秀人才、北京市优秀青年知识分子等荣誉称号，2008年、2016年分别被聘为北京市农林科学院“农业智能系统”“农业信息化标准研究”创新团队首席专家。主要围绕农业智能系统与无线传感器网络技术开展多学科交叉研究，重点在智能农业中无线传输网络核心理论、农业大数据智能服务、农业复杂云平台构建与应用等方面取得多项科研成果：获得国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技奖励8项；先后主持国家与省部级项目75项；获批北京市地标1项，授权发明专利34项、实用新型专利19项、软件著作权登记193项，发表论文280多篇，合著出版著作5部，为北京市及全国现代农业的发展提供了有效的科技支撑，研究成果在我国28个省市得到推广应用，取得显著社会经济效益。
