技术领域
[0001] 本发明涉及农业管理领域，具体地涉及管理农田的方法、装置和系统。
相关背景技术
[0002] 土壤污染不断加剧，已成为影响中国农业发展的主要制约因素，也严重地威胁到了人们的身体健康，因此我国已将农田污染修复列为环保产业的重点发展项目，旨在强化农田土壤污染的防治与监管。2016年，国务院发布《土壤污染防治行动计划》，明确要求，发挥“互联网+”在土壤污染治理与修复产业链中的作用，推动大众创新、万众创新，因此充分利用互联网+技术实现土壤污染防治与监管的信息化具有重大的应用价值。
[0003] 在污染区域种植修复性植物，以吸收、化解污染物，是现有的修复污染土壤的常用手段。因此，在修复污染土壤过程中需要对目标区域的农田进行维护，即进行修复管理。现有的土壤污染管理信息系统建立了信息数据库，利用GIS技术建立了污染土壤修复管理信息系统。1964年，加拿大建立了世界上第一个土地资源信息系统——加拿大土地信息系统并建立了土壤数据库。自20世纪60年代以来，美国环境保护局还相继研发了场地环境审查系统、基于Web的面向公众的环境数据管理系统(Envirofacts)、污染场地生态风险评估数据库和场地环境数据管理软件(Scribe)年欧盟各成员国、欧洲共同体委员会、欧洲环保局(EEA)设立了欧盟污染土地共同论坛，并出台了污染场地风险评价协定行动指南(CARACS)，明确了场地的环境调查与分析方法、土壤和地下水的背景值和指导值等，并从1996年初开始在荷兰、英国、丹麦、法国、德国等国推行。英国地质调查局(BGS)开发了一款基于GIS环境的潜在污染场地筛选软件)污染场地评价和优先选择工具(ConSEPT),可利用获取的数据实现叠加评估。自上个世纪80年代国际上着手于修复技术决策支持系统建设的研究，2002年美国EPA和FRTR组织采用了较为简洁的筛选矩阵的方式确定修复技术，并开发了修复技术筛选软件，该软件利用修复技术筛选矩阵对比多种修复技术的优缺点，从而对具体的污染场地筛选出一系列适用的修复技术，其筛选过程的主要依据为目标污染物的类型、修复对象、修复地点等修复要求。美国田纳西大学和美国橡树岭国家实验室共同开发的决策支持系统SADA(Spatial Analysis and Decision Assistance)提供了污染场地修复过程从环境评估到修复决策的全部工具，包括污染场地特征化、初次和二次采样点设计、数据查询筛选和统计、风险评估、空间分析模拟和决策支持，其中每个功能都可以单独使用。该系统的优势在于场地特征分析和风险评估。意大利威尼斯东方大学开发的决策支持软件DESYRE，可以比较多种修复方案，修复技术决策分为两步：1)根据能否适用于该场地条件选择一系列可以使用的修复技术；2)根据MCDA方法对选出的方法评分排序。
[0004] 国内中国科学院广州地球化学研究所于是2006年初步完成了珠江三角洲土壤重金属预警与决策支持信息系统设计，系统结构采用开放的三层架构：功能表现层、逻辑应用层和数据服务层。主要功能有重金属元素累积预警、农产品安全预警、地图浏览、空间分析、统计报表和数据管理等功能。该系统对土壤污染治理与修复业务等方面没有涉及。2015年，中国科学院烟台海岸带研究所建立的污染场地修复技术筛选平台。主要包括以下内容：1)开展污染场地修复技术决策平台研发需求分析；2)构建污染修复技术数据库，包括场地基础信息数据库、采样点数据库、风险评估库、修复技术筛选库和基础信息库；3)开发污染修复决策平台管理者界面及管理系统，实现管理场地基础信息、采样点信息和文档信息的功能；4)基于污染场地风险评估导则，开发污染场地风险评估模块，实现污染场地风险评估功能；5)基于污染场地修复导则，结合多属性决策方法，开发符合我国国情的污染场地修复决策支持系统，实现污染场地修复技术的智能辅助筛选。该筛选平台共包括三大功能，信息管理功能，风险评估功能，污染场地修复技术决策功能。其中污染修复决策包含两个决策功能，修复技术初筛和修复技术多属性决策。修复技术初筛将不符合场地要求的修复技术排除掉，修复技术多属性决策针对剩下的待选修复技术进行决策，最后获得最优修复技术。
[0005] 现有的土壤污染修复信息系统，需要修复技术人员现场亲自指导、监督工程实施，信息化程度低，人机在线交互性差；现有土壤污染管理信息系统主要偏向偏向系统数据库构建、软件程序开发，不能获取土壤修复现场的实时数据，无法展示修复现场的进展状况，对土壤修复的现场施工行为无法管控，并且可视效果差，不便于土壤修复工程实时管理。
具体实施方式
[0053] 以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
[0054] 图1是根据本发明一实施例的管理农田的方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0055] 在步骤S110中，获取农田的参数信息和位置信息。农田的参数信息可以包括土壤污染数据、土壤湿度数据、空气温度数据、光照信息、作物生长阶段、土壤类型、农田中种植的植物类型等。农田参数信息可利用传感器等装置获取，也可以由人工输入或预先设定在系统中。当被管理的农田面积较大时，还可以对农田划分地块，此时，农田参数信息也可以包括地块编号、地块的位置信息等，地块编号位置信息用于识别地块区域。农田的位置信息可利用例如GPS定位模块等定位装置获取，也可以针对农田地块预设其位置信息。
[0056] 在步骤S120中，接收作业人员针对农田进行的维护作业的作业信息。维护作业例如可以是整地、种苗移栽以及对植物进行的灌溉作业、施肥作业、刈割作业、除草作业、农药喷洒作业等。作业信息即作业人员在进行了维护作业后向系统反馈的有关作业内容、作业人员、作业时间等的信息，作业信息可以由管理人员在进行维护作业之后通过客户端应用程序输入。
[0057] 在步骤S130中，根据农田的参数信息管理针对农田的维护作业，和/或根据作业信息和维护计划管理针对农田的维护作业。从农田的参数信息、作业信息中可以判断出在特定时间内应进行的作业步骤、是否应停止作业、进行的作业是否正确等，进而能够实现对农田实行管理。
[0058] 在一优选实施例中，所述根据所述作业信息和维护计划管理针对所述农田的维护作业可以包括：确定所述作业信息与维护计划是否一致；当所述作业信息与维护作业计划不一致时，发出警报。每次维护作业之后，作业人员应将与维护作业有关的作业信息录入系统，在作业人员录入作业信息后，系统可核对录入的作业信息是否与维护计划一致，如果不一致可发出警报，以及时提醒作业人员，或由管理者及时联系作业人员，以采取补救措施。
[0059] 在另一优选实施方式中，也可以根据所述维护计划自动发出维护指令，所述维护指令指示所述作业人员进行所述维护作业。维护指令可发送至作业人员持有的移动端，以提示作业人员进行维护作业。维护指令可以包括维护作业的内容，作业人员在接收到该维护指令后进行作业，由此能事前防止错误地进行维护作业。
[0060] 在另一优选实施方式中，也可以由作业人员在作业前发出预作业指令，系统可核对预作业指令是否与维护计划是否一致，不一致时发出警报，一致时提示可进行作业。此种方式同样能够事前预防错误地进行维护作业，尤其对于缺乏农田土壤修复技术的现场作业人员，能够降低失误概率。
[0061] 图2是根据本发明另一实施例的管理农田的方法的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：
[0062] 在步骤S210中，接收所述农田的地块编号。如上所述，当农田面积较大时，可对农田分地块管理，进而可通过地块编号识别农田的不同区域。
[0063] 在接收到地块编号时，获取与所述地块编号对应的地块的视频信息，以使技术人员能够观察与接收到地块编号对应地块的维护作业进展情况。技术人员还可以根据观察到的状态判断下一步应进行的维护作业。
[0064] 地块编号可以由系统根据农田维护计划自动发出，例如，假设维护计划中设定在四月初对1号地块进行施肥，到维护计划设置的日期时，系统可自动发送该地块编号，提示现场作业人员对相应地块进行维护作业。也可同时发送应进行的作业信息，或者可由现场作业人员接收到提示后确认维护计划后确定应进行的作业信息。再例如，可以根据维护计划在客户端的农田地图上高亮显示应当进行作业的地块，管理作业人员可通过GPS定位出应进行维护的地块，然后点击维护按钮，将地块编号和预作业指令发送给管理服务器。
[0065] 在步骤S230中，接收针对农田的预作业指令。例如，在现场作业人员对与接收到的地块编号对应的地块进行作业前，可以通过客户端将拟实施的作业信息发送给系统，或由管理人员输入系统。
[0066] 在步骤S240中，确定预作业指令与维护计划是否一致。
[0067] 在步骤S250中，当预作业指令与维护计划不一致时，发出警报，以提示维护作业有误。系统收到拟实施的作业信息后，可与维护计划核对，如果该作业信息与维护计划不一致，则可发出警报，该警报可发送至客户端，以提示作业人员确认维护计划，避免对农田进行错误的维护作业。
[0068] 在步骤S260中，从作业信息中提取针对该作业信息的背景信息。所述背景信息包括作业时间、该作业信息对应的地块的位置信息、作业人员信息、该地块的行政单元信息、作业内容中的至少一者。进而可根据接收到的作业信息或提取的背景信息更新农田的作业状态。地块的行政单元信息指的是该地块所属的行政区域，例如该地块位于哪个行政乡或行政村。
[0069] 在步骤S270中，确定接收到的作业信息是否与维护信息一致。
[0070] 在步骤S280中，当在维护作业前接收到的预作业指令与维护计划不一致时，或作业后接收到的作业信息与维护计划不一致时，发出警报，以提示管理者或作业人员及时确认，或采取补救措施。
[0071] 通过上述实施例，可根据作业人员的专业技术熟练程度熟练运用本发明的管理农田的方法，例如，对于专业技术水平较高的作业人员，事前可以不向系统发送预作业指令，只需在作业后上传作业信息，对于专业技术水平不够的技术人员，为了降低出错的概率，事前应发送预作业指令，提前确认拟进行的维护作业是否正确。
[0072] 在一优选实施方式中，所述根据所述参数信息管理针对所述农田的维护作业可以包括：根据所述土壤湿度数据和湿度阈值控制针对所述农田的灌溉作业。
[0073] 例如，图3示出了根据本发明一实施例的监控农田的方法的流程图。如图3所示，该方法包括以下步骤：
[0074] 在步骤S310中，获取农田的土壤湿度数据。土壤湿度数据可利用湿度传感器获取。
[0075] 在步骤S320中，判断土壤湿度数据是否低于下限阈值。
[0076] 在步骤S330中，当土壤湿度数据低于下限阈值时，开始对农田进行灌溉。例如，可以当土壤湿度数据低于下限阈值时，打开灌溉设备的电磁阀，以进行灌溉作业。
[0077] 在步骤S340中，判断土壤湿度数据是否高于上限阈值。
[0078] 在步骤S350中，当土壤湿度数据高于上限阈值时，停止灌溉。例如，可以当土壤湿度数据高于上限阈值时，关灌溉设备的电磁阀，以停止灌溉作业。
[0079] 上述实施例中的电磁阀也可以是手动阀，此时，当土壤湿度数据低于下限阈值时，系统可发出提示，现场作业人员接收到提示后可打开阀门以进行灌溉；当土壤湿度高于上限阈值时，可发出停止提示，现场作业人员接收到提示后可关闭阀门以停止灌溉。
[0080] 此外，所述湿度阈值可以根据所述空气温度数据和所述生长阶段信息确定。湿度阈值还可以根据植物类型确定。湿度阈值预先确定后设定在系统中。
[0081] 此外，如果未进行灌溉作业的情况下监测到土壤湿度数据高于上限域值，则可以发出排水作业提示，以提示现场作业人员及时对农田进行排水作业。
[0082] 图4是根据本发明另一实施例的监控农田的方法的流程图。如图4所示，该方法可以包括以下步骤：
[0083] 在步骤S410中，获取农田的参数信息和地形信息。地形信息例如可以包括农田本身的地形、农田周边的建筑物、道路信息、农田中的数据传感器等，地形信息例如可利用无人机获取DEM(数字高程模型)和DOM(数字正射影像图)。农田的参数信息可以包括土壤湿度数据、空气温度数据、光照信息、作物生长状况等。当农田面积较大时，参数信息还可以包括农田的位置信息(如经纬度坐标信息)，农田的经纬度坐标信息可利用例如GPS定位模块等定位装置获取，也可以针对农田地块预设其位置信息。
[0084] 在步骤S420中，获取作业人员针对所述农田进行的维护作业的作业信息。维护作业例如可以是对农田进行整地作业、防草布铺设作业、种苗移栽作业、灌溉作业、施肥作业、除草作业、农药喷洒作业、刈割作业等。施工作业信息即作业人员在进行了维护作业后向系统反馈的有关作业内容、作业人员、作业时间等的信息，作业信息可以由管理人员在进行了相应作业之后、或在进行相应作业之前通过客户端应用程序输入。
[0085] 在步骤S430中，根据所述参数信息和所述地形信息生成监控画面。
[0086] 在步骤S440中，接收操作者在所述监控画面中选择的区域。
[0087] 在步骤S450中，将对应于所述操作者选择的区域的所述参数信息、施工作业信息和对应于所述操作者选择的区域的视频信息中的至少一者呈现给所述操作者。
[0088] 视频信息可通过视频传感器获取。可以在农田的可视范围内设置多个摄像头，以扫描方式对农田进行监控。当操作者点击监控画面的某区域时，可自动调整摄像头，并获取该区域的视频信息，还可以同时显示该区域的土壤湿度数据、空气温度数据、降雨量数据、维护作业历史等，以方便管理。当农田维护作业(整地、防草布铺设、种苗移栽、施肥、灌溉、除草、刈割等) 完成后，现场作业人员可通过移动端录入维护作业的详细信息，并点击在线入库按钮，将作业信息存储到服务端数据库中，然后更新地块状态为已完成。
[0089] 在另一优选实施例中，所述根据所述参数信息和所述地形信息生成监控画面可以包括：根据所述参数信息和所述地形信息生成三维画面。可以利用无人机获取DEM和DOM，应用虚拟现实技术构建农田区域的三维场景，把房屋建筑、地块、植物、传感器、灌溉设备等地物的三维模型集成到三维画面中；以集成的三维画面为基础，构建目标区域三维监控系统。在系统中的三维画面中可以全方位地浏览视频、空气温度、土壤湿度、空气湿度等数据的空间分布信息，以及目标区域全貌、土壤重金属污染空间(可由人工输入)分布和维护技术(例如污染土壤的修复技术)空间布局信息，维护技术空间布局信息可以输入系统中，也可根据作业信息的历史数据或维护计划生成。在三维监控系统中可查询地块信息(包括土壤污染信息、维护情况等)、作物信息、维护技术信息；点击摄像头可以实时在线浏览空间上某一位置的视频信息，也可以回放查看该位置的历史视频信息；点击温度、湿度传感器可以实时在线获取目标区域气候数据，也可以查询目标区域历史气候数据。
[0090] 其中，该方法还可以包括：获取针对所述作业信息的背景信息，所述背景信息包括作业时间、该作业信息对应的地块的位置信息、对应地块的行政单元信息、作业人员信息、作业内容中的至少一者。当操作者点击监控画面的某区域时，也可将上述背景信息展示给操作者。获取到的背景信息可存储在数据库中，以备系统管理使用、监控画面更新等。
[0091] 图5是根据本发明一实施例的管理农田的装置的结构框图。如图5所示，该管理农田的装置100包括：信息获取模块110，用于获取农田的参数信息；接收模块120，用于接收作业人员针对所述农田进行的维护作业的作业信息；以及控制模块130，用于根据所述参数信息管理针对所述农田的维护作业，和/或根据所述作业信息和维护计划管理针对所述农田的维护作业。
[0092] 图6是根据本发明另一实施例的管理农田的装置的结构框图。
[0093] 如图6所示，所述控制模块130可以包括：确定模块140，用于确定所述作业信息与维护计划是否一致；以及警报模块170，用于当所述作业信息与维护作业计划不一致时，发出警报。
[0094] 在另一优选实施例中，所述控制模块130还用于：根据所述维护计划发出维护指令，所述维护指令指示所述作业人员进行所述维护作业。
[0095] 如图6所示，在另一优选实施例中，所述控制模块130可以包括灌溉控制150，用于根据所述土壤湿度数据和湿度阈值控制针对所述农田的灌溉作业。
[0096] 在另一优选实施例中，所述参数信息可以包括空气温度数据、降雨量数据和所述农田中植物的生长阶段信息，所述湿度阈值根据所述植物生长阶段信息确定。
[0097] 在另一优选实施例中，该装置还可以包括提取模块160，用于当接收到接收针对所述农田的作业信息时，从所述作业信息中提取针对该作业信息的背景信息，所述背景信息包括作业时间、该作业信息对应的地块的位置信息、地块的行政单元信息、作业人员信息、作业内容中的至少一者。背景信息可存储在数据库中，可用于生成维护历史清单、更新农田状态等。
[0098] 图7是根据本发明一实施例的监控农田的装置的结构框图。如图7所示，该监控农田的装置200包括：获取模块210，用于获取农田的参数信息和地形信息，并获取作业人员针对所述农田进行的维护作业的作业信息；画面生成模块220，用于根据所述参数信息和所述地形信息生成监控画面；接收模块230，用于接收操作者在所述监控画面中选择的区域；显示模块240，用于显示所述监控画面，并显示对应于所述操作者选择的区域的所述参数信息、作业信息、对应于所述作业信息的背景信息和对应于所述操作者选择的区域的视频信息中的至少一者。
[0099] 图8是根据本发明另一实施例的监控农田的装置的结构框图。如图8所示，所述画面生成模块220可以包括三维建模模块250，用于根据所述参数信息和所述地形信息生成三维画面。
[0100] 获取模块210可应用无人机航拍获得高分辨率DOM(数字正射影像) 和高精度DEM(数字高程模型)数据，三维建模模块250可对DOM和DEM 数据进行投影变换、裁切等处理，还可对DOM数据进行镂空、色彩增强、渲染等处理，增加底图的视觉效果，进而利用处理好的DOM和DEM构建三维画面。
[0101] 获取模块210还可以应用单反相机采集农田目标区域中的建筑设施、传感器、植物等图片数据，并对图片进行增强、渲染等处理，以增加视觉效果。还可以同时应用GPS采集农田或其中的传感器设备、建筑物等的坐标数据。
[0102] 三维建模模块250还可以应用3D MAX或Sketch UP软件对农田区域中的建筑设施、传感器、植物等进行三维建模构建，把采集的图片贴到三维模型中，进行烘焙等处理，并添加到三维画面中。
[0103] 在一优选实施例中，所述获取模块210还用于获取针对所述作业信息的背景信息，所述背景信息包括作业时间、该作业信息对应的地块的位置信息、作业人员信息、作业内容中的至少一者。
[0104] 在以上对管理农田的方法和监控农田的方法的描述中提到的内容也同样适用于管理农田的装置和监控农田的装置，限于篇幅，不再重复描述。在以上对管理农田污染土壤修复工程的方法和监管农田污染土壤修复施工过程的方法的描述中提到的装置也同样适用于农产品生产管理和农业生产过程监管。
[0105] 通过上述实施例，本发明提供一种管理农田的方法，该方法实时获取目标区域的数据以及现场施工人员针对所述目标区域开展的施工信息，通过实时在线三维系统监控土壤修复过程，根据施工方案和现场的施工信息针对所述农田的施工作业行为进行优化和管理。
[0106] 图9是根据本发明另一实施例的管理农田的系统的结构框图。如图9所示，该管理农田的系统300包括：传感器模块310，用于采集农田参数信息、地形信息；数据存储模块330，用于存储所述参数信息和所述地形信息；所述管理农田的装置100；以及所述监控农田的装置200。
[0107] 当农田面积较大时，参数信息可以包括农田的位置信息，此时，本发明的管理农田的系统300还可以优选地包括定位模块320，用于采集所述农田的位置信息。
[0108] 图10是根据本发明另一实施例的管理农田的系统的结构框图。如图10 所示，传感器模块310包括温度传感器模块311、湿度传感器模块312、视频传感器模块313和通信模块314。温度传感器模块311可采集空气温度数据，湿度传感器模块312可采集土壤湿度数据，视频传感器模块可采集农田的视频信息、图片信息等。通信模块314例如可以是GPRS模块，可将温度数据、湿度数据、视频信息等通过网络发送给管理农田的装置100、数据存存模块
330、监控农田的装置200。
[0109] 数据存储模块330可以包括磁盘存储器、数据库等，以存储作业信息、参数信息等。数据存储模块330中的数据可以同时用于管理农田的装置100 和监控农田的装置200。
[0110] 传感器模块310获取的传感信息可通过无线网络发送至数据存储模块，以将数据存储到数据库中。
[0111] 当然，传感器模块310采集的信息也可以采用有线方式传输。例如，视频传感器模块可以有线数据传输的方式进行数据传输，可通过交换机、路由器将摄像头与录像机相接，录像机与数据存储模块、管理农田的装置100或监控农田的装置200相连接，可以在系统中配置用于控制视频显示的网络服务程序，以控制视频的演示。
[0112] 作为示例，管理农田的系统中可应用诸如TerraExplorer Pro等组件模型、 HTML5、JavaScript开发技术、网络视频传输技术，以开发诸如B/S结构的农田土壤维护区域三维监管系统，实现温度、湿度等传感器的实时信息查询和历史数据查询与分析、修复过程监管、灌溉设备自动控制、三维虚拟场景展示、土壤维护数据存储与管理、目标区域面积和长度量测等辅助功能。
[0113] 以上本发明的方法、装置和系统可以应用于普通的农田管理中，也可以应用于对污染土壤采用植物种植修复时的污染修复农田的管理中。
[0114] 以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
[0115] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0116] 本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0117] 此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
