远程监控昆虫活动的可行性分析.doc

文 献 综 述题 目： 远程监控昆虫活动规律的可行性研究 专 业： 现代农业装备与设施工程 姓 名： * 导 师： * 完成日期： 2011年 2月 26日远程监控昆虫活动规律的可行性研究摘要：相对以往的人工现场观察方式了解昆虫的活动规律，需要大量的人力物力，且不能持续观察，记录的数据处理起来工作量较大。远程视频监控和图像自动处理分析可有效的解决以上问题，提高了观察质量和分析自动化程度。1背景分析随着现代电子与信息技术的发展及在农业中的应用，应用远程通信技术实现对农业生态环境的监控已经成为可能，并正在向自动化、精确化、智能化及实时性和综合性等方向发展1，我国对农业病虫害，特别是山地病虫害的数据采集主要是传统的人工现场观察方式获得。这种传统的数据采集方法耗时耗力, 时效性差, 而且容易受到干扰, 且无法连续观察，准确性不高，与远程通信技术和计算机图像分析技术高度发达的今天极不对称。远程图像传输技术在农业领域中可以对农作物的生长情况、病虫害情况进行观察。利用远程终端进行图像采集，无线传播到控制中心，再利用图像分析软件程序将图像进行采样分析，以研究昆虫活动规律，可以节省大量的人力，且大大提高自动化程度。2 技术分析2.1 无线监控系统结构组成无线监控系统是监控和无线传输技术的结合，它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到监控中心，并且自动形成视频数据库便于检索和分析。本文主要介绍基于微波传输和基于无线网络传输的无线远程监控系统。对微波传输系统，系统主要由前端监控点、中继点和控制中心三部分组成。其中前端监测点主要有摄像头、视频编码器、发射机等，主要用来采集现场图像，数字编码，发射信号。中继点是一台收发器，主要是接收衰减信号，进行功率放大再发射，以满足长途距离的信号传输需求。控制中心主要由接收机、视频解码器、屏幕监视器、控制器及管理计算机等，主要用来接收信号、信号解码、图像显示、系统控制及图像解译等。该系统硬件设备在市场上已经有较成熟的产品，可实现高清视频传输。其主要结构如图1。图1 监控系统结构组成对无线网络传输系统，需要无线网络摄像机、无线AP（Access Point，无线访问节点）、监控终端、交换机、管理计算机等设备组成。摄像头可采用模拟摄像头和数字摄像头。模拟摄像头需要对信号进行采集、编码压缩，在终端需要解码，需编码器和解码器等设备。数字摄像头已经内建了数字视频压缩编码功能，无需额外的视频采集压缩设备，可直接传输数字信号。新型无线摄像头终端已经集成了摄像头和无线桥接器的功能，内置了802.11的一个单独摄像头设备可完成视频数据采集、无线网络桥接、数据传递等功能。无线网络传输系统具有相对微波更好的绕过障碍物的能力。同样，可通过中继点提高传输距离。其主要结构如图2。2图2 无线网络监控系统组成2.2 主要技术分析2.2.1 微波传输技术分析微波传播的特点与光波传播的特点十分相似，即具有传播的直线特性，当微波在传播过程中遇到障碍物时，微波会被障碍物挡住。而当障碍物的大小与微波的波长可以比拟时，微波能绕过障碍物前进3。为提高微波传输能力，通常将模拟微波编码成数字微波传输，两天线应尽量相互可见。根据目前国家关于5. 8 GHz 微波频段的规划, 该频段主要由基础电信运营商使用, 用于公共数据接入网络建设, 用户在使用前必须向无委会申请核准, 避免了目前在2. 4GHz 频段上由于用户数量众多而带来的频率干扰问题。在微波传输系统中，天线是系统的重要部分, 它直接影响系统的性能。微波是直线传输, 因此要求天线间可视。对于短距离通信, 天线间允许有一定大小的障碍物, 但此时系统的性能很难预料。天线增益的选择应考虑气候的变化, 在雨、雾和气温转变造成信号的衰减、持续时间从几分钟至几小时的情况下, 接收机的接收电平应有足够的冗余。点对点方式中, 在两端天线极化方向相同、方向大致对准的情况下, 先调整一端天线的方向使本方或对方的接收电平为最大, 再调整另一端天线的方向使接收电平为最大。反复调整几次，使双方天线都处于最佳状态。32.2.2 基于GPRS和3G的无线网络传输技术分析无线远程监控系统指的是利用无线传输网络实现远程现场视频信号传输的系统。无线传输网络可以是微波、卫星或移动通信网络。其中, 成本最低、灵活性最强的是移动通信网络。目前最常用的无线数据网络有GPRS, 其上行带宽均在100 kbps以下, 监控画面的图像格式要求在320*240以上。通常情况下传输的是一幅幅采集时间间隔为几秒的图像, 图像连续性差, 还无法传输实时连贯的画面。而3G( 第三代移动通信系统) 是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务, 能实现全球无缝覆盖,具有全球漫游能力。在准静止条件下能够达到2 Mbps 的速率, 能够支持音频或视频等多媒体业务。但这两种方式难以满足高清视频连续性传输需求。2.2.3 基于802.11的无线WiFi网络传输技术分析WiFi全称Wireless Fidelity,是当今使用最广的一种无线网络传输技术。 实际上就是把有线网络信号转换成无线信号，供支持其技术的相关电脑，手机，PDA等接收。手机如果有WIFI功能的话，在有WIFI无线信号的时候就可以不通过移动联通的网络上网，省掉了流量费。但是WIFI信号也是由有线网提供的，比如家里的ADSL啊，小区宽带之类的，只要接一个无线路由器，就可以把有线信号转换成WIFI信号。该技术使用的是2.4GHz 附近的频段。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps 和1Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305 米5。同样，可通过中继方式提高传输距离。2.2.4 关于昆虫活动规律的图像自动化分析由于观察现场在短时间内相对稳定，当昆虫出现后，具有动态变化特征。采用计算机图像分析算法对图像分析时，昆虫颜色、形状、温度的特征在图片上有对应像素反映，所以可以较方便的提取出昆虫的规律。用现有的图像对比算法和卷积提取算法，可以提取出研究昆虫活动规律的必要信息，大大提高数据处理的自动化程度。3 结论相对以往的人工现场观察方式了解昆虫的活动规律，需要大量的人力物力，且不能持续观察，记录的数据处理起来工作量较大。远程视频监控和图像自动处理分析可有效的解决以上问题，提高了观察质量和分析自动化程度。利用足够像素并具有红外功能的数字摄像头在现场进行图像数据采集，通过无线发射和接收设备进行数据的传输，控制中心进行远程控制，再对收集的数据进行图像分析以提取有效参数。整个过程都可应用现有的硬件设备实现，图像分析部分算法较为容易实现。因此，实现昆虫活动的远程监控是极为可行的。参考文献1 杜克明. 农业环境无线远程监控系统的研究与实现D.中国农业科学院，20072 周宗品. 浅谈无线网络视频监控技术J.安徽冶金，2007，（04）3