遠程傳感和調(diào)適灌溉系統(tǒng)的制作方法【專利摘要】灌溉系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)控受其照料的草地或植物的狀態(tài)并且在所需之時將水導引到所需之處使草地或植物保持健康。所述系統(tǒng)可顯著降低水使用、不必要的滲流以及流失。具有平移和傾斜能力的水噴嘴可將水導引到所需之處。圖像傳感器可持續(xù)地獲取和分析草地或植物的圖像來決定灑水需求。所述圖像傳感器也可在所述灌溉系統(tǒng)正將水輸送到所述草地或植物時監(jiān)控水著陸之處。這個信息可用來調(diào)整水輸送目標以確保精確地灌溉意欲場所。具有最小流量分散的層流噴嘴可改進水輸送精確度和水著陸之處的檢測。【專利說明】遠程傳感和調(diào)適灌溉系統(tǒng)[0001]發(fā)明背景[0002]大多數(shù)草地和植物灌溉系統(tǒng)是基于定時來控制。根據(jù)這種方法，控制器被編程使得水在設定時間期間被輸送且輸送達設定持續(xù)時間。為了最佳操作和節(jié)約水，操作員不得不頻繁地調(diào)整灑水的頻率和持續(xù)時間來適應不同天氣、土壤狀況和植物狀況。用戶的這類調(diào)整不常實施且多數(shù)用戶以給其草地和植物過度灑水而告終以企圖確保植物健康而不管不同的狀況。這在個體級且總的說來在市政級上浪費了大量水。[0003]此外，通常使用噴灑頭灌溉草地，噴灑頭往往成放射狀或成角度分布來送水使得難以均勻地灌溉給定草地或植物區(qū)域。在這種不均勻灌溉下，用戶以給一些區(qū)域過度灌溉而告終以確保較少灌溉區(qū)域得到足夠水來保持綠色。此外，噴灑器輸送水的方式易因中等風力而灑歪。[0004]最近，滴灌溉已經(jīng)日益用于種植者區(qū)域。雖然滴灌溉與噴灑器比較可降低水消耗，但因為依然需要對灑水時間表的頻繁監(jiān)控和調(diào)整(乏味且不常實施)，故仍發(fā)生相同的過度灑水。此外，滴灌溉不用于草地區(qū)域，其頻繁消耗大部分灌溉水。[0005]此外，噴灑器和滴灌溉系統(tǒng)需要安裝灌溉管道和管子的網(wǎng)格，其大部分安裝在地下，從而導致高成本。[0006]因此，當前使用的灌溉系統(tǒng)不會針對狀況進行調(diào)整且因此會過度灑水，它們不會精確地輸送水且因此它們會浪費水，而且它們不會均勻地輸送水且因此會過度灑水。這些系統(tǒng)中大部分的安裝還是昂貴的，因為安裝需要地下管道掩埋。[0007]此外，當前系統(tǒng)不會基于草地或植物的狀況精確地調(diào)整灑水的持續(xù)時間或定時，且無法基于一個小場所(多于或少于區(qū)域的其余部分)的植物或草地需求而給所述場所灑水，因為一旦安裝了系統(tǒng)，用戶由于任務的沉悶而極少重新調(diào)整噴灑器系統(tǒng)內(nèi)的灑水比例。發(fā)明概要[0008]在實施方案中，本發(fā)明提供了一種灌溉系統(tǒng)，其用遠程傳感器持續(xù)地監(jiān)控受其照料的草地或植物的狀態(tài)并且在所需之時將水導引到所需之處使草地或植物保持健康，并且顯著降低水使用、不必要的滲流以及流失。系統(tǒng)使用遠程傳感器(例如相機)來持續(xù)地獲取和分析受其照料的草地或植物的圖像來確定灑水需求。系統(tǒng)使用可精確地導引水的水輸送方法，例如具有平移和傾斜能力的水噴嘴。遠程傳感器也在灌溉系統(tǒng)正輸送水時監(jiān)控水著陸之處。這個信息由系統(tǒng)用來持續(xù)地調(diào)整其水輸送目標而持續(xù)地提高其水輸送精確度。此外，系統(tǒng)使用直列水流量計保存了被輸送到受其照料的區(qū)域內(nèi)的每個場所的水量的日志。系統(tǒng)可基于傳感器數(shù)據(jù)和照料歷史記錄視需要建議或自動輸送肥料或有害物控制溶液給各個場所。系統(tǒng)也保持跟蹤被輸送到受其照料的區(qū)域中的每個場所的水量。如果系統(tǒng)檢測到相同場所在重復灑水之后未能成為綠色，那么其將這個場所標記為需要園丁的干涉、向用戶發(fā)出這個確定方案的警報并且停止對這個場所灑水直到用戶另外指示。[0009]一方面，本發(fā)明提供一種灌溉系統(tǒng)。所述灌溉系統(tǒng)包括:圖像傳感器，其被構造成捕獲灌溉區(qū)域的圖像，灌溉區(qū)域是受灌溉系統(tǒng)照料的區(qū)域；可操縱的水輸送系統(tǒng)，其被構造成將水流導引到灌溉區(qū)域；和控制器單元，其耦接到圖像傳感器和可操縱的水輸送系統(tǒng)且被構造成從圖像傳感器接收圖像、確定灌溉區(qū)域中的位置以灑水以及導引可操縱的水輸送系統(tǒng)將水輸送到確定位置。[0010]一方面，本發(fā)明提供一種用于操作灌溉系統(tǒng)的方法，所述方法包括:確定當前時間是否適合于灑水；獲取灌溉區(qū)域的一個或多個圖像，灌溉區(qū)域是受灌溉系統(tǒng)照料的區(qū)域；至少部分基于獲取的圖像確定灌溉區(qū)域中需要灑水的位置；確定是否給被確定需要灑水的位置灑水；和當確定給被確定需要灑水的位置灑水時，給確定位置灑水。[0011]一方面，本發(fā)明提供一種用于設立灌溉系統(tǒng)的方法，所述方法包括:使用圖像傳感器獲取灌溉區(qū)域的一個或多個圖像，灌溉區(qū)域是受灌溉系統(tǒng)照料的區(qū)域；至少部分基于獲取的圖像確定灌溉區(qū)域的范圍；估計可操縱的水輸送系統(tǒng)相對于灌溉區(qū)域的位置；導引可操縱的水輸送系統(tǒng)來將水輸送到灌溉區(qū)域中的多個點；使用灌溉區(qū)域的圖像確定多個點的位置；使用多個點的確定位置確定用于可操縱的水輸送系統(tǒng)的校準信息；和保存校準信息和灌溉區(qū)域的范圍用于操作灌溉系統(tǒng)。[0012]附圖簡述[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明方面的灌溉系統(tǒng)的方塊圖。[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明方面的相機傳感器子系統(tǒng)的方塊圖。[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明方面的可操縱噴嘴子系統(tǒng)的方塊圖。[0016]圖4是根據(jù)本發(fā)明方面的圖1的灌溉系統(tǒng)的示例安裝的透視圖。[0017]圖5是根據(jù)本發(fā)明方面的灌溉過程的流程圖。[0018]詳細描述[0019]圖1是灌溉系統(tǒng)的方塊圖。灌溉系統(tǒng)包括傳感器單元10。舉例來說，傳感器單元10可以是視頻相機。傳感器單元10耦接到控制器單元11?？刂破鲉卧?1耦接到可操縱的水輸送系統(tǒng)12。水從水源15被輸送到可操縱的水輸送系統(tǒng)12。舉例來說，水源15可通過標準水龍帶來自水龍頭或來自其它管道系統(tǒng)?？刂破鲉卧?1可基于來自傳感器單元10的圖像控制可操縱的水輸送系統(tǒng)12。[0020]控制器單元11也耦接到網(wǎng)絡13。網(wǎng)絡13可以是局域網(wǎng)。網(wǎng)絡13也耦接到服務器14。因此，控制器單元11和服務器14可通信。服務器14可有助于由用戶進行系統(tǒng)監(jiān)控和安裝。舉例來說，服務器14可以是個人計算機。服務器14也可以是連接因特網(wǎng)的基于云計算的服務器。各個單元之間的連接可以是無線或有線連接，其能夠攜載數(shù)據(jù)流量。所述連接可使用通信標準，例如以太網(wǎng)、無線以太網(wǎng)或通用串行總線(USB)。可使用組合或有線和無線連接，舉例來說，控制器單元11與傳感器單元10之間是有線連接且可操縱的水輸送系統(tǒng)12與網(wǎng)絡13是無線。在一些實現(xiàn)方式中，攜載數(shù)據(jù)的連接可額外地攜載電力。單元之間可使用其它連接，舉例來說，傳感器單元10和可操縱的水輸送系統(tǒng)12可經(jīng)由網(wǎng)絡13耦接到控制器單元11。[0021]圖2是相機傳感器子系統(tǒng)的方塊圖。舉例來說，圖1的灌溉系統(tǒng)的傳感器單元10可使用圖2的相機傳感器子系統(tǒng)來實現(xiàn)。相機傳感器子系統(tǒng)包括視頻相機20?；蛘?，相機傳感器子系統(tǒng)可包括靜態(tài)圖像相機。視頻相機20含有視頻成像器201，例如CCD或CMOS成像傳感器。視頻相機20也含有聚焦透鏡系統(tǒng)202。聚焦透鏡系統(tǒng)202可具有固定或可變焦距。聚焦透鏡系統(tǒng)202前面是濾光單元21。濾光單元21包含多個濾光片210。每個濾光片210容許光譜的不同部分穿過。濾光單元21含有伺服系統(tǒng)211，其可將一個或多個濾光片210放置在聚焦透鏡系統(tǒng)202前面。舉例來說，伺服系統(tǒng)211可由圖1的控制器單元11控制。在實施方案中，相機傳感器子系統(tǒng)不包括濾光單元21且僅使用可見光圖像?；蛘?，相機傳感器子系統(tǒng)可使用專用的窄光譜成像器。另外，舉例來說，視頻相機20可通過安裝在定向轉動架(pointingturret)上而是可定向的(pointable)。[0022]在僅使用可見光的實施方案中，灌溉系統(tǒng)可分析圖像中的顏色來決定需要灑水之處。所述分析可包括關于植物顏色和綠色飽和度狀況的信息。在實施方案中，灌溉系統(tǒng)可包括傳感器，其感測近紅外光來改進對植物狀況的確定。舉例來說，濾光片210可包括用于兩種波長范圍的濾光片。或者，可使用多個相機或多個視頻成像器。灌溉系統(tǒng)可使用以下觀測來檢測葉綠素用于測定灑水需求或位置:葉綠素吸收紅色和藍色可見光且散射可見的綠色和近紅外光兩者。另外，灌溉系統(tǒng)可從當與干燥狀況比較時植物提高的顏色飽和度以及通過近紅外光的反射來檢測水和濕度。系統(tǒng)可使用類似于賓夕法尼亞州15213匹茲堡卡內(nèi)基美隆大學機器人學院的2004年2月CMU-R1-TR-04-12發(fā)表的DavidM.Bradley,ScottM.Thayer>AnthonyStentz和PeterRander的“VegetationDetectionforMobileRobotNavigation”中描述的技術的方法，所述技術使用可見和紅外光吸收特性來檢測植被?；谌~綠素和水檢測，系統(tǒng)可確定需要灑水的區(qū)域。類似地，系統(tǒng)可確定需要輸送肥料的區(qū)域。[0023]參考圖1，傳感器單元10可將圖像發(fā)送到控制器單元11。類似地，傳感器單元10可從控制器單元11接收命令。舉例來說，傳感器單元10可被命令來使用濾光片和何時獲取圖像。傳感器單元10也可被命令來使用特定的平移、傾斜、縮放、聚焦位置和其它相機設置。[0024]控制器單元11可包括處理器、存儲器和永久存儲。永久存儲(例如閃存或硬盤驅動器)可存儲由處理器執(zhí)行的程序指令。控制器單元11可與其它單元(例如與傳感器單元10或與可操縱的水輸送系統(tǒng)12)共同定位。或者，控制器單元11可定位在遠離其它單元的單獨位置。[0025]灌溉系統(tǒng)也提供有當天時間及其位置，例如通過提供有正確的緯度和經(jīng)度，或通過可確定其緯度和經(jīng)度的街道地址。系統(tǒng)使用這個信息能夠確定當天時間和天空中太陽的位置來改進其傳感器數(shù)據(jù)的處理，且尤其能夠校正高反差陰影。系統(tǒng)可使用對強烈陰影的檢測來有助于隨著陰影形狀掃越過種植區(qū)域而確定種植區(qū)域的斜坡和下坡。[0026]在常規(guī)操作模式下，系統(tǒng)持續(xù)或重復地獲取種植區(qū)域的圖像并且處理圖像來確定種植區(qū)域中哪些位置需要灑水或其它類型的照料。接著系統(tǒng)可將其噴嘴導引到需要水、肥料或有害物控制溶液的位置。系統(tǒng)可在執(zhí)行植被檢測之前執(zhí)行圖像處理。舉例來說，系統(tǒng)可執(zhí)行圖像幾何校正、坐標映射、日光和顏色補償、運動追蹤以及2D和3D投影。系統(tǒng)可使用圖像處理庫，例如OpenCV庫實現(xiàn),舉例來說,如書本“LearningOpenCVComputerVisionwithOpenCVLibrary”ISBN978-0-596-51613-0中描述。[0027]圖3是可操縱噴嘴子系統(tǒng)的方塊圖。舉例來說，圖1的灌溉系統(tǒng)的可操縱的水輸送系統(tǒng)12可使用圖3的可操縱噴嘴子系統(tǒng)來實現(xiàn)?？刹倏v噴嘴子系統(tǒng)包括水噴嘴30，其安裝在轉動架31上。轉動架31可平移和傾斜用于對準水噴嘴30。平移和傾斜可分別改變方位角和傾斜角。水通過入水口35饋送到系統(tǒng)。水流過測量裝置(計量器)32到水閥33而到達水噴嘴30。水閥33具有可調(diào)整水流量的可變位置。替代地或此外，水閥33可能夠調(diào)整水壓。在實施方案中，可操縱噴嘴子系統(tǒng)包括用于水壓的傳感器。當灌溉系統(tǒng)不灑水時，水閥33可完全關閉。[0028]可操縱噴嘴子系統(tǒng)可提供精確的水輸送。通過調(diào)整水閥33的開口，來自可操縱噴嘴子系統(tǒng)的水的投擲距離可改變。調(diào)整傾斜度也可改變投擲距離。通過在水平平面中平移水噴嘴30的角度，可改變投擲距離。因此，水可被導引到受灌溉系統(tǒng)照料的全部草地或植物區(qū)域。在一些實施方案中，可操縱噴嘴子系統(tǒng)僅包括平移、傾斜或閥調(diào)整中的兩個。傾斜水噴嘴30可用來幫助在較小或較大壓力下使水到達其目的地。在水閥33開口和水噴嘴30的傾斜角的不同組合下，水可被輸送到相同位置。不同設置可調(diào)整水輸送速度。所述設置也會影響水輸送的精確度。平移、傾斜和可變閥開口可由伺服電動機控制。舉例來說，伺服電動機可由灌溉系統(tǒng)的主處理單元或控制器來命令。類似地，如由測量裝置32所測量，流到噴嘴的水量也可報告給控制器單元或服務器。[0029]在實施方案中，水噴嘴30是以層流輸送水的層流噴嘴。因此，從水噴嘴30輸送的水可以是連續(xù)的玻璃棒狀水流。因為是層狀，所以水流不會在直徑上擴散且在空氣中不會分裂成離散液滴。因此，水輸送的點可精確到幾乎無噴濺和擴散分散。此外，舉例來說，因風力或壓力變動引起的層流著陸點的變動易由灌溉系統(tǒng)校正，這是因為著陸的單一點和著陸點的最小擴散。也可使用其它噴嘴類型。舉例來說，當水從噴嘴輸送的距離較小時，非層狀水流中的分散會較小。[0030]可操縱噴嘴子系統(tǒng)可包括對水流的照明。舉例來說，水噴嘴30中可包括光源。舉例來說，光源可以是發(fā)光二極管(LED)或其它類型的燈泡。呈層狀形式的水流通常將保持所述光。所述光可具有使水流在圖像中更突出的顏色。舉例來說，可考慮到灌溉系統(tǒng)中使用的傳感器單元的光譜響應來選擇顏色。水流用作為光管，且通過水流的光可鮮明地照亮著陸點使其可更易被傳感器檢測到。因此，灌溉系統(tǒng)可更易于調(diào)整水流的軌道來將水精確輸送到期望場所。在水流中注入有色光可使用的技術類似于用于裝飾性噴泉的技術。[0031]可操縱噴嘴子系統(tǒng)可能夠輸送其它材料來代替水或用水輸送。舉例來說，肥料、殺蟲劑或材料組合可選擇性地添加到水流。[0032]再次參考圖1，灌溉系統(tǒng)可以多種模式操作。對操作模式的控制可根據(jù)控制器單元11、服務器14或組合。第一模式是設置模式；第二模式是運行模式。設置模式可在安裝灌溉系統(tǒng)期間使用。運行模式可在灌溉系統(tǒng)的日常操作期間使用。[0033]設置模式可執(zhí)行的算法開始于以下任務:確定種植區(qū)域中區(qū)域的范圍和類型。確定種植區(qū)域的方法是使用亮色顏料描繪種植區(qū)域的周界，系統(tǒng)可易于從由傳感器單元10獲取的圖像中挑選出亮色顏料。系統(tǒng)可檢測被涂色周界。舉例來說，可在服務器14中執(zhí)行位置信息的精致化。確定種植區(qū)域的另一方法使用虛擬繪畫，其中用戶可使用軟件工具在由傳感器單元10獲取的圖像上繪制覆蓋周界。接著，包括覆蓋周界的位置的信息被返回到系統(tǒng)。即使在系統(tǒng)檢測到圖像之一中的周界之后，傳感器單元10的物理位置和其相對于種植區(qū)域的角度也無法完全確定。舉例來說，這會在種植區(qū)域不平坦或水平時發(fā)生。此外，參考對象在圖像中可能無法用來確定距圖像比例尺的距離。然而，系統(tǒng)可在不完全知曉傳感器相機與種植區(qū)域之間的物理關系的情況下適當?shù)夭僮?。由于系統(tǒng)可針對給定噴嘴角度和閥開口監(jiān)控水著陸之處，所以可操縱的水輸送系統(tǒng)12可易于調(diào)整使得水著陸在系統(tǒng)已經(jīng)檢測到種植區(qū)域需要灑水之處的圖像部分上。即，灌溉可在閉環(huán)控制下導引灑水。[0034]設置模式算法可繼續(xù)到以下任務:將水從可操縱的水輸送系統(tǒng)12發(fā)射到種植區(qū)域內(nèi)的許多位置。所述任務經(jīng)由傳感器單元10監(jiān)控水著陸之處。這用作為噴嘴角度和可變閥位置與種植區(qū)域內(nèi)水著陸之處之間的相互關系的粗略校準。即使可操縱的水輸送系統(tǒng)12不在傳感器單元10的視域內(nèi)，校準任務仍可通過注釋這個校準過程期間水著陸之處來確定可操縱的水輸送系統(tǒng)12相對于種植區(qū)域的位置。舉例來說，灌溉系統(tǒng)可觀測來自兩個噴嘴平移角度的可操縱的水輸送系統(tǒng)12的水流而通過確定兩股水流的交叉點來推斷可操縱的水輸送系統(tǒng)12相對于圖像平面的位置，不管是在視野中或是在視野外。如果相機的角度使得水流的弧可見且因此會使這個推斷模糊不清，那么系統(tǒng)可調(diào)整水的投擲給出兩個點用于每個噴嘴平移角度。在從相同噴嘴角度的兩個著陸點的每一個之間繪制直線給出在可操縱的水輸送系統(tǒng)12位置上向后延伸的線。不同噴嘴角度的兩條線的交叉點確定了噴嘴相對于圖像幀的位置。這個確定在以下情況中有用:確定噴嘴的平移或傾斜角是否需要增大或減小或水投擲是否應增大或減小以便水著陸場所更靠近種植區(qū)域內(nèi)的期望位置。來自噴嘴的水流的兩次以上觀測也可以其他方式使用，舉例來說，在確定噴嘴位置時用來補償測量誤差。[0035]從上述可見可操縱的水輸送系統(tǒng)12或傳感器單元10相對于彼此和相對于種植區(qū)域存在有利位置。當傳感器單元10處于使傳感器單元10能夠給整個種植區(qū)域成像的位置時，灌溉系統(tǒng)可被改進。類似地，當可操縱的水輸送系統(tǒng)12處于水可被輸送到種植區(qū)域內(nèi)任何地方的位置時,灌溉系統(tǒng)可被改進。[0036]圖1的灌概系統(tǒng)以及圖2和圖3的相關子系統(tǒng)圖不有每項的單一實例?？墒褂迷S多其它配置。舉例來說，灌溉系統(tǒng)可具有多個可操縱的水輸送系統(tǒng)、多個傳感器單元或兩者中的多個以促進種植區(qū)域的全面成像以及水覆蓋。舉例來說，當種植區(qū)域是大型或具有的形狀和斜坡在使用單一圖像傳感器或單一可操縱的水輸送系統(tǒng)難以勝任時，可應用這類灌溉系統(tǒng)。在一個區(qū)域中的灌溉系統(tǒng)的多個安裝可鏈接到服務器用于組合數(shù)據(jù)分析。相同地理區(qū)域中連接到相同服務器的系統(tǒng)的更多安裝會因可用的寬區(qū)域數(shù)據(jù)而允許更精確地照料種植區(qū)域。類似地，已經(jīng)描述了各個系統(tǒng)和子系統(tǒng)的功能的特定分配。也可使用許多其它配置。舉例來說，歸功于控制器單元11的一些功能可由傳感器單元10或可操縱的水輸送系統(tǒng)12來執(zhí)行。[0037]圖4是圖1的灌溉系統(tǒng)的示例性安裝的透視圖。示例性安裝相對于種植區(qū)域40示出傳感器單元10和可操縱的水輸送系統(tǒng)12。為了簡潔起見，“種植區(qū)域”用來指灌溉系統(tǒng)灑水的區(qū)域或受灌溉系統(tǒng)照料的區(qū)域。也可使用術語“灌溉區(qū)域”。種植區(qū)域可包括不灌溉部分，例如硬景觀。示例性安裝也示出離開可操縱的水輸送系統(tǒng)12導引到種植區(qū)域40內(nèi)的著陸點42的水流41的軌道。[0038]為了易于說明，圖示的種植區(qū)域40具有簡單形狀。描述的灌溉系統(tǒng)不限于此。此外，可使用圖4的示例性安裝中傳感器單元10和可操縱的水輸送系統(tǒng)12的位置的許多變動。舉例來說，可操縱的水輸送系統(tǒng)12可位于種植區(qū)域40內(nèi)。[0039]圖5是灌溉過程的流程圖。舉例來說，灌溉過程可由圖1的灌溉系統(tǒng)來執(zhí)行。[0040]在步驟500中，過程進入設置模式。舉例來說，所述過程可在灌溉系統(tǒng)第一次啟動時進入設置模式。[0041]在步驟501中，過程獲取日期和時間。這可通過提示用戶(例如通過控制面板或遠程通過用戶個人電腦、智能手機或類似裝置)輸入日期和時間來完成。取決于灌溉系統(tǒng)的性能，所述過程可從本地實時時鐘獲取日期。舉例來說，所述時鐘可經(jīng)由全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器模塊來設置。所述時鐘也可經(jīng)由調(diào)諧到時鐘廣播(例如美國國家標準技術研究院(NIST)時鐘廣播)的無線接收器來設置。所述過程也可經(jīng)由因特網(wǎng)獲取日期和時間。[0042]在步驟502中，過程獲取灌溉系統(tǒng)的位置。所述位置可根據(jù)緯度和經(jīng)度描述。類似于步驟501中的日期和時間，所述過程可通過多種方法獲取位置。舉例來說，所述過程可提示用戶輸入信息。舉例來說，用戶輸入的信息可以是郵政街道地址。接著，舉例來說，所述過程可通過因特網(wǎng)查找將地址轉變成緯度和經(jīng)度。也可通過使用IP地址的因特網(wǎng)連接自動接近所述位置。當可用時，所述過程可使用連接的GPS模塊。所述位置以及日期和時間可用于隨后過程步驟中，舉例來說，用于關于當前和預報天氣的信息且用來預測會影響圖像處理的陰影。舉例來說，如果近期預測有雨，那么即使尚未發(fā)生下雨，所述過程也會延遲灑水。[0043]在步驟503中，過程例如使用傳感器單元10獲取一個或多個圖像。在獲取圖像之前，灌溉系統(tǒng)的安裝員可能已經(jīng)標記種植區(qū)域用于確定所述種植區(qū)域。標記可以是相對于種植區(qū)域的對比顏色，例如亮色顏料。[0044]在步驟504中，過程確定種植區(qū)域的范圍。在實施方案中，步驟503中獲取的圖像或多個圖像可被傳輸?shù)椒掌?4，用戶在服務器14上可對圖像中的種植區(qū)域進行編輯或添加新周界(其可具有不毗連的子區(qū)域)且所述信息被發(fā)送回到系統(tǒng)。[0045]在步驟505中，過程估計水噴嘴相對于種植區(qū)域的位置。過程可通過在多個噴嘴角度和閥設置下發(fā)射水流、注釋水著陸之處以及由這個信息計算水噴嘴定位之處來完成這個估計。[0046]在步驟506中，過程將水發(fā)射到種植區(qū)域中的許多點且檢測水著陸之處。所述過程使用這個信息來使噴嘴角度和閥設置與水著陸點關聯(lián)。在這個過程期間，供應到水噴嘴的水壓可被測量使得在將來操作期間可執(zhí)行對改變水壓的補償。[0047]在步驟507中，過程保存了在設置模式步驟期間確定的全部校準和設置信息。所述過程可通過繼續(xù)到步驟510而進行到常規(guī)操作模式。[0048]在常規(guī)操作模式中，過程通過步驟510到步驟518重復地循環(huán)。在步驟510中，過程確定當前時間是否適于灑水。這可基于一天時間、前一次灑水時間、由于干旱狀況的灑水日限制(例如地方性法律)或類似狀況。所述過程也會考慮一天中什么時間灑水是有利的，舉例來說，來減少蒸發(fā)且減少有害物生長。所述過程還會考慮當前天氣狀況、之前天氣狀況或未來天氣狀況，舉例來說，來利用雨水。灑水時間也會受陽光照射影響。舉例來說，所述過程可基于過去幾天期間的陽光照射量來提前或推遲灑水。陽光照射可使用灌溉系統(tǒng)的傳感器單元10或經(jīng)由天氣信息(舉例來說，經(jīng)由因特網(wǎng)獲得)來檢測。即使證實現(xiàn)在并非灑水的適當時間，但在實施方案中，所述過程繼續(xù)進行常規(guī)操作模式循環(huán)中的隨后步驟。[0049]在步驟511中，過程使用時間和日期以及系統(tǒng)的緯度和經(jīng)度來計算太陽相對于種植區(qū)域且相對于傳感器單元的當前位置。獲取的圖像中的陰影的銳度和對比度可有助于估計陽光照射的強度。所述過程存儲這個信息使得其也可更好地預測圖像內(nèi)的陰影位置來幫助檢測干燥區(qū)域。[0050]在步驟512中，過程獲取一個或多個圖像。所述圖像可僅使用可見光獲得或所述圖像可以是多光譜圖像。[0051]在步驟513中，過程處理圖像。所述過程可校正和增強圖像，舉例來說，來補償可變照明(其可日常以及季節(jié)性變化)且補償因相機定向或有缺點的光學器件造成的幾何失真。[0052]在步驟514中，過程確定種植區(qū)域中哪些位置需要灑水。所述過程可使用植被檢測方法，舉例來說，類似于以上參考論文中描述的技術的一種或多種植被檢測。[0053]在實施方案中，過程可使用熱慣性處理提高濕度檢測的精確度。濕潤的植物和土壤比干燥的植物和土壤具有更高的熱慣性。這意謂當在給定一天期間多次收集表面溫度數(shù)據(jù)(例如由溫度收集傳感器或紅外線相機確定)時，濕潤且綠色的植物區(qū)域將在整個日夜周期期間展示更低的溫度波動極限。與較干燥區(qū)域比較，潮濕和濕潤區(qū)域在白天更冷且在夜晚更暖。類似方法可用以確定具有人行道或墻壁的區(qū)域。系統(tǒng)可使用熱慣性處理信息來確定需要灑水的區(qū)域。[0054]在步驟515中，在確定需要灑水的位置(受脅迫(stressed)植被區(qū)域)之后，過程確定現(xiàn)在是否給受脅迫植被區(qū)域灑水。所述過程可使用來自步驟510的一般信息和其數(shù)據(jù)庫中所具有的每個受脅迫植被區(qū)域的特定信息。舉例來說，如果最近已經(jīng)給受脅迫植被區(qū)域灑水，那么所述過程不會再次給所述區(qū)域灑水，即使其看似仍呈受脅迫。這給予植物綠色灑水之后改變的時間。此外，如果已經(jīng)給給定位置重復灑水且仍展示受脅迫跡象，那么所述過程會停止再次給所述位置灑水且向用戶發(fā)送信號稱特定位置需要園藝注意的問題。舉例來說，在所述過程停止給位置灑水之前，重復灑水的量可取決于所述位置中的植物特性。[0055]在步驟516中，過程給步驟515中確定的位置灑水。所述過程將噴嘴角度和可變閥位置設置成估計的設置來給特定位置灑水。所述過程可重復獲取和檢測水著陸點且可作出調(diào)整來校正任何水著陸點偏移誤差。所述過程進行到給期望位置灑水達給定時間段。時間段是上述變量和被灑水的植物或多種植物的類型和性質(zhì)的函數(shù)。替代地或此外，所述過程可給期望位置灑水直到已經(jīng)輸送期望體積的水。[0056]在步驟517中，過程將哪些位置被灑水和灑了多少記入日志，因此這個信息可用于系統(tǒng)算法的往后迭代。[0057]在步驟518中，過程進行到睡眠(舉例來說)達幾分鐘。此后所述過程再次回到步驟510。[0058]在各個實施方案中，上述步驟中的一些或全部可在灌溉系統(tǒng)的本地處理單元或在服務器上完成，舉例來說，用存在于因特網(wǎng)云計算中某處的大數(shù)據(jù)庫。[0059]圖5的灌溉過程可通過添加、省略、重新排序或改變步驟予以修改。舉例來說，灌溉系統(tǒng)可在無日期、時間或位置信息(但性能會因具有這個信息而大大改進)的情況下提供基本功能。因此，在實施方案中，所述過程省略步驟501和步驟502。所述過程通過處理獲取場所的圖像且將水導引到所述場所同時考慮其他外部和天氣狀況而造成非常有效地使用水來實現(xiàn)給種植區(qū)域內(nèi)的特定場所灑水的總目標。[0060]可使用描述的灌溉系統(tǒng)和方法的許多另外變更。舉例來說，灌溉系統(tǒng)可使用微波無線電波來檢測系統(tǒng)照料下的土壤或植物的含濕量。所述系統(tǒng)發(fā)射由預定偽隨機數(shù)字圖案調(diào)制的微波信號且等待來自區(qū)域的報告。在實施方案中，所述系統(tǒng)可以被動且僅依賴于從植物反射的自然發(fā)生的微波。灌溉系統(tǒng)在發(fā)射與返回信號之間執(zhí)行信號處理，或在被動系統(tǒng)的情況下就處理返回信號，以及估計返回聲波的強度。[0061]在高達且超過400MHz到3GHz范圍中的微波頻率的無線電波下，水的介電常數(shù)約為80，而干燥土壤在相同頻率下的介電常數(shù)約為3。這個差值造成與干燥的植物和土壤區(qū)域比較由潮濕且覆蓋植被的區(qū)域對微波能量的反向散射存在可測量的差。與使用相機比較，微波(比光學頻率具有更長波長)可檢測土壤內(nèi)更深的水而不是表面上的水。然而，安裝到種植區(qū)域側邊的實際微波天線的空間分辨率會比光學相機的空間分辨率較不精確。這是因為大型天線被要求將微波束聚焦到遠離天線若干米處的區(qū)域上的小場所。大型可操縱天線可用來給予較長微波波長高空間分辨率。舉例來說，可使用固定到高聳于種植區(qū)域的建筑側邊的相控陣平坦天線。[0062]如果天線實體上定位成十分接近觀察下的小場所，那么可消除使用大型或復雜天線的挑戰(zhàn)。在草地區(qū)域的情況下，低成本、低分辨率且低穿透微波雷達可安裝在用來修整草地區(qū)域的割草機上。當在割草期間收集地面濕度數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)街魈幚砥鲿r，割草機的位置由系統(tǒng)的相機確定且因此地面濕度數(shù)據(jù)與每次收集的實體位置正確地配對?？墒褂脧母浇拥礁畈輽C的裝置到主處理器的有線或無線方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)。替代地，數(shù)據(jù)可通過由相機拾取的紅外鏈路被發(fā)送到系統(tǒng)，其可降低成本。[0063]替代地，割草機也可裝備有無線電波發(fā)射器，其由鄰近觀察下的區(qū)域固定的天線陣列拾取。這個技術可通過用天線陣列拾取無線電信號來確定傳輸器的三維位置，舉例來說，類似于智能辦公室白板中使用的技術。天線陣列連接到系統(tǒng)處理單元且可精確地確定割草機在任何瞬間所在之處。這個信息與割草機安裝雷達信號報告配對。通過將信息下載到系統(tǒng)處理器(割草時或割草之后)，可十分精確地確定區(qū)域內(nèi)的土壤濕度。系統(tǒng)可使用算法來確定土壤含濕量，其使用的主動或被動微波技術類似于加利福尼亞技術研究所噴氣推進實驗室的EniG.Njokul和DaraEntekhabi的論文“PassiveMicrowaveRemoteSensingofSoilMoisture”以及美國VA22030Fairfax喬治梅森大學理學院的環(huán)境科學與技術中心(ESTC)的EastFIRE實驗室的LingliWang、JohnJ.Qu的“SatelliteRemoteSensingApplicationsforSurfaceSoilMoistureMonitoring:AReview，，中概述且在這些論文中列舉的參考資料中更詳細地描述的技術。[0064]在另一變更方案中，灌溉系統(tǒng)的傳感器中的一些或全部位于飛行(空中)平臺上。這對大型區(qū)域(例如農(nóng)場和高爾夫球場)來說會尤其有利。飛行平臺可增加有導航和穩(wěn)定電子器件且在受其照料的區(qū)域上方周期性地飛行并且記錄傳感器數(shù)據(jù)。一旦飛行平臺返回其本站臺，數(shù)據(jù)可被無線地或通過導線中繼到系統(tǒng)的處理單元。接著，如其它實施方案，傳感器信息被處理。這種飛行平臺在現(xiàn)今可商業(yè)購得且期望隨時間會日益負擔得起。替代地，飛行平臺可以是系留氣球。[0065]在另一變更方案中，灌溉系統(tǒng)可連接到云計算上的因特網(wǎng)服務器。由灌溉系統(tǒng)的各個傳感器收集的數(shù)據(jù)中的一些或全部可被發(fā)送到服務器，其中執(zhí)行確定植物和草地狀況所需的計算中的一些或全部。較高的可用計算功率和存取較寬局部、區(qū)域性和國家性數(shù)據(jù)可改進所述確定。接著，服務器計算的結果被發(fā)送回灌溉系統(tǒng)的本地處理單元以便對種植區(qū)域執(zhí)行灑水以及肥料和殺蟲劑輸送。[0066]技術人員將了解結合本文公開的實施方案描述的各個說明性邏輯塊、模塊和算法步驟可實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。為了清晰地說明硬件與軟件的這個可交替性，上文已經(jīng)大體根據(jù)其功能描述了各個說明性組件、塊、模塊和步驟。這個功能是實施為硬件還是軟件取決于施加給總系統(tǒng)的設計約束。技術人員可以針對每個特定應用以不同方式實施描述的功能，但這些實施決定不應解釋為導致脫離了本發(fā)明的范圍。此外，模塊、塊或步驟內(nèi)功能的分組是為了易于描述。在不脫離本發(fā)明的情況下，特定功能或步驟可從一個模塊或塊移開。[0067]結合本文公開的實施方案描述的各個說明性邏輯塊和模塊可用以下項實施或執(zhí)行:通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或被設計成執(zhí)行本文描述的功能的裝置的任何組合。通用處理器可以是微處理器，但在替代方案中，處理器可以是任何處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器也可以實施為計算裝置的組合，舉例來說，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個微處理器結合DSP內(nèi)核或任何其它這種構造。[0068]結合本文公開的實施方案描述的方法或算法的步驟可直接具體實施在硬件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中或在兩者的組合中。軟件模塊可位于RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM或任何其它形式的存儲介質(zhì)中。示例性存儲介質(zhì)可耦接到處理器使得處理器可從存儲介質(zhì)讀取信息且將信息寫入存儲介質(zhì)。在替代方案中，存儲介質(zhì)可整合到處理器。處理器和存儲介質(zhì)可位于ASIC中。[0069]提供對公開的實施方案的上述描述使得本領域任何技術人員能夠制造或使用本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本領域技術人員將易于知曉對這些實施方案的各種修改，且本文描述的基本原理可應用到其它實施方案。因此，應了解本文呈現(xiàn)的描述和附圖表示本發(fā)明的目前優(yōu)選實施方案且因此表示本發(fā)明廣泛設想的主題。還應了解本發(fā)明的范圍完全包括本領域技術人員可明白的其它實施方案且因此本發(fā)明的范圍除了受限于隨附權利要求之外不受限于任何事項?！緳嗬蟆?.一種灌溉系統(tǒng)，其包括:圖像傳感器，其被構造成捕獲灌溉區(qū)域的圖像，所述灌溉區(qū)域是受所述灌溉系統(tǒng)照料的區(qū)域；可操縱的水輸送系統(tǒng)，其被構造成將水流導引到所述灌溉區(qū)域；和控制器單元，其耦接到所述圖像傳感器和所述可操縱的水輸送系統(tǒng)且被構造成從所述圖像傳感器接收圖像、確定所述灌溉區(qū)域中的位置以灑水以及導引所述可操縱的水輸送系統(tǒng)將水輸送到所述確定位置。2.根據(jù)權利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述圖像傳感器包括:視頻成像器；透鏡系統(tǒng)，其被構造成將光導引到所述視頻成像器；和濾光單元，其包括多個可選擇的濾光片，所述多個可選擇的濾光片被構造成過濾由所述圖像傳感器捕獲的光譜。3.根據(jù)權利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述可操縱的水輸送系統(tǒng)包括:水噴嘴，其被構造成輸送水流；水閥，其被構造成控制到所述水噴嘴的流量；和轉動架，其被構造成控制來自所述水噴嘴的所述水流的至少一個角。4.根據(jù)權利要求3所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述水流呈層流狀。5.根據(jù)權利要求3所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述可操縱的水輸送系統(tǒng)還包括光源，所述光源被構造成照亮來自所述水噴嘴的所述水流，且其中所述控制器單元還被構造成通過使用來自所述圖像傳感器的圖像檢測所述照亮水流來檢測所述水流的著陸點并且至少部分基于所述檢測到的著陸點來控制所述可操縱的水輸送系統(tǒng)。6.根據(jù)權利要求3所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述可操縱的水輸送系統(tǒng)還包括計量器，所述計量器被構造成測量來自所述可操縱的水輸送系統(tǒng)的所述水流量。7.根據(jù)權利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述控制器單元還被構造成在所述可操縱的水輸送系統(tǒng)正將水流導引到所述灌溉區(qū)域時從所述圖像傳感器接收圖像，且使用檢測到的所述水流的著陸點控制所述可操縱的水輸送系統(tǒng)的定位。8.根據(jù)權利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述控制器單元被構造成至少部分基于來自所述圖像傳感器的所述圖像確定所述灌溉區(qū)域中需要灑水的所述位置。9.根據(jù)權利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述控制器單元還耦接到云服務器且還被構造成將來自所述圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)供應到所述云服務器并且從所述云服務器接收信息用于確定所述位置以灑水。10.根據(jù)權利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其中所述圖像傳感器被布置在空中平臺上。11.一種用于操作灌溉系統(tǒng)的方法，所述方法包括:確定當前時間是否適合于灑水；獲取灌溉區(qū)域的一個或多個圖像，所述灌溉區(qū)域是受所述灌溉系統(tǒng)照料的區(qū)域；至少部分基于所述獲取的圖像確定所述灌溉區(qū)域中需要灑水的位置；確定是否給被確定需要灑水的所述位置灑水；和當確定給被確定需要灑水的所述位置灑水時，給所述確定位置灑水。12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中確定所述當前時間是否適合于灑水至少部分基于天氣信息。13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中獲取灌溉區(qū)域的一個或多個圖像包括獲取多個光譜下的所述圖像。14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述圖像的至少一個是紅外線圖像，且其中確定所述灌溉區(qū)域中需要灑水的位置包括使用熱慣性處理。15.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中確定是否給被確定需要灑水的所述位置灑水包括通過確定是否已經(jīng)給被確定需要灑水的所述位置中的一個重復灑水且仍需要灑水來檢測受脅迫狀況，且當檢測到受脅迫狀況時，給用戶發(fā)送信號稱檢測到所述受脅迫狀況。16.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中給所述確定位置灑水包括導引可操縱的水輸送系統(tǒng)來將水輸送到所述確定位置。17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中給所述確定位置灑水還包括:當所述可操縱的水輸送系統(tǒng)正將水輸送到所述確定位置時，獲取所述灌溉區(qū)域的一個或多個圖像；檢測所述輸送的水的著陸點；和使用所述檢測到的著陸點控制所述可操縱的水輸送系統(tǒng)的定位。18.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中至少部分基于所述獲取的圖像確定所述灌溉區(qū)域中需要灑水的位置包括使用關于太陽相對于所述灌溉區(qū)域的當前位置的信息來增強所述獲取的圖像。19.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中確定所述灌溉區(qū)域中需要灑水的位置包括分析微波信號來檢測濕度。20.一種用于設立灌溉系統(tǒng)的方法，所述方法包括:使用圖像傳感器獲取灌溉區(qū)域的一個或多個圖像，所述灌溉區(qū)域是受所述灌溉系統(tǒng)照料的區(qū)域；至少部分基于所述獲取的圖像確定所述灌溉區(qū)域的范圍；估計可操縱的水輸送系統(tǒng)相對于所述灌溉區(qū)域的位置；導引所述可操縱的水輸送系統(tǒng)來將水輸送到所述灌溉區(qū)域中的多個點；使用所述灌溉區(qū)域的圖像確定所述多個點的位置；使用所述多個點的所述確定位置確定用于所述可操縱的水輸送系統(tǒng)的校準信息；和保存所述校準信息和所述灌溉區(qū)域的所述范圍用于操作所述灌溉系統(tǒng)。21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其還包括:確定當前日期和時間；和確定所述灌溉區(qū)域的所述位置。22.根據(jù)權利要求20所述的方法，其還包括用與所述灌溉區(qū)域的顏色形成對比的顏色標記所述灌溉區(qū)域的邊界，且其中確定所述灌溉區(qū)域的所述范圍包括檢測所述灌溉區(qū)域的所述圖像中的所述對比顏色?！疚臋n編號】A01G25/00GK104023520SQ201280062812【公開日】2014年9月3日申請日期:2012年12月19日優(yōu)先權日:2011年12月19日【發(fā)明者】S·G·尤尼斯,A·S·尤尼斯申請人:S·G·尤尼斯,A·S·尤尼斯