CN101897260A - 基于传感网上的高精度智能化棉花采摘机 - Google Patents

Abstract

基于传感网上的高精度智能化棉花采摘机属于农业收获机械领域。本发明的目的在于有效地运用新技术提高农业机械化水平，提高生产力。本发明采用了GIS、GPRS、数据库管理、通讯管理、基本定位的新技术。通过对采棉机的调度、定位与监控、轨迹回放、地图的操作管理等常规功能，同时通过对采棉机作业信息的采集、作业情况的统计、实时调度和辅助决策，使得调度中心可以及时、可靠、系统化地进行指挥和调度。在农业收获机械领域有广获得应用前景。

Description

基于传感网上的高精度智能化棉花采摘机

技术领域

本发明专利属于农业收获机械领域，具体涉及采棉机作业管理系统、GPRS车载终端组成。

背景技术

新疆棉花每年的总产量都占到了中国产量的三分之一，占全球产量百分之八左右，与长江中下游流域、黄河流域并称中国三大产棉区。从一九九三年以来，新疆棉花已连续多年获总产、单产、商品出口率、调出量、人均占有量五个中国第一。随着电子技术和计算机技术的发展，智能机在很多领域已经得到广泛应用。智能化和自动化取得了长足的进展。在农业生产中，由于作业对象的复杂、多样，使得高精度智能化棉花采摘机具有巨大的经济市场和广泛的开发前景。

中国是一个发展中农业大国，农业问题始终是关系到国民经济发展的根本问题。随着棉花生产规模和植棉水平的不断扩大和提高，新疆采摘棉花劳力紧缺的矛盾日益突出。其中新疆兵团每年需要拾花劳力五十多万人。每到采摘季节，数十万外省拾花工陆续进入新疆采摘棉花从而形成下半年度西部最大的季节性劳动力转移潮，仅新疆生产建设兵团每年为此支付的人工费就高达十二亿元人民币。

棉地区的数据显示，在高峰期，1台采棉机日采籽棉超过40000kg，相当于1000个拾花工的劳动量。新疆农科院农机化所的有关专家指出，一般情况下，1台采棉机相当于600个拾花工的劳动量。以近几年新疆兵团为例，人工采收籽棉最低成本约为0.6元/kg，而机采棉实际采收成本在0.4元/kg左右。考虑到机采后清花加工厂需要增加的能耗和人工费用，每千克籽棉分摊0.06元，合计籽棉机采成本为0.46元/kg，机械采收比人工采收每千克籽棉可减少成本0.14元左右。随着机采棉规模的不断扩大以及管理水平的提高，机械采棉的成本还可降低。

根据相关资料显示，到2010年新疆机采棉种植面积将占棉花总面积的50％以上，兵团将有80％以上的棉田实行机械采摘。

农业机械是农业生产中不可缺少的工具，直接影响农业生产的质量和效益。因此，从目前正在蓬勃发展的农业新技术革命来讲，没有机械的农业新技术革命是不可能完成的。农业从纯粹的手工化向机械的发展是历史的必然。

经过不断的摸索，2002年初，我国首台“自走式采棉机”在安顺诞生，当年又在新疆试采取得初步成功。在实现大幅提高棉花采摘的同时，又史无前例的将生产效率大幅提高。“PcottonM”公司生产的采棉机具有以下特点：第一，一次可采两行，可完成摘棉、脱棉、卸棉等一系列完整作业。第二，高精度智能化棉花采摘机具有操作简单、可到性好、采摘效率高等特点。第三，基于物联网上的采棉机。运用地理信息系统和全球卫星定位系统。

从道路运输方面来分析，采棉机也是一种特殊的车辆，车辆的运行需要监控、调度，需要对车辆的运行轨迹及司机的作业情况进行考核，其需求与工程车辆是一样的。从其用途来分析，采棉机主要是在棉田采收棉花，因此，需要统计采棉机的采摘面积。根据采棉机工作的特点及应用范围，结合GPRS车辆监控调度，可对采棉机进行统一集中管理和实时监控调度。并且能够结合业界领先的GIS查询分析，辅助决策支持，提高系统响应速度。通过对采棉机的调度、定位与监控、轨迹回放、地图的操作管理等常规功能，有效地起到对采棉机动态管理的目的，同时通过对采棉机作业信息的采集，作业情况的统计、采棉机采收面积的测量，有效地起到采棉机工作过程中的应急处理、实时调度和辅助决策，使得调度中心可以快速、准确、及时、可靠、系统化地进行指挥和调度。国外先进的采棉机机价格不菲，过多采用进口机器则在无形之中增加了农业的生产成本。为此市场上急需一种高度自动化、智能化，价格又适中的新型采棉机。正是在这种背景下，我们的高精度智能化采棉机应运而生了。

发明内容

1、一种基于传感网上的高精度智能化棉花采棉机，其特征是作业数据采集、采收亩数测量、作业轨迹回放、作业范围控制、定位跟踪功能、GIS地理信息系统、信息管理功能。

2、权利要求1所述的作业数据采集其特征包含以下步骤：作业数据的采集主要包括地理位置信息的采集、油耗信息和采棉机作业状态的采集。

3、权利要求1所述的采收亩数测量其特征包含以下步骤：

由于采棉机有一定的宽度，当采棉机运行时作业半径是恒定的，所以根据采棉机的作业轨迹乘以作业半径即可计算出采棉机采收亩数。

4、权利要求1所述的作业轨迹回放其特征包含以下步骤：

操作人员通过操作软件界面中的“回放”按钮，在操作对象中选择目标，设置需回放的时间段并选定某种状态，在监控窗口会出现车辆图标、轨迹点，右上侧同步显示该轨迹点车辆所处的状态信息和图片信息。可通过标尺调节回放速度。

5、权利要求1所述的作业范围控制其特征包含以下步骤：

在系统投入使用前先用GPRS接收机采集棉田的范围数据，采集到数据后在系统软件中事先设置棉田的位置信息，当采棉机工作的时候如果偏离该区域，车载设备将自动向监控中心报警。在进入或离开该区域时向中心发送区域报警信息，在没有受到中心确认命令情况下，必须以间隔5秒时间向中心发送区域报警信息。

6、权利要求1所述的定位跟踪功能其特征包含以下步骤：

车载终端具有采棉机点名、定时跟踪、固定上传定位信息等定位与跟踪功能。车载终端接收GPRS定位信息和采集状态信息，通过GPRS通信平台定时上传数据到调度监控中心，监控中心能随时掌握到采棉机的位置和运行轨迹。监控中心可对处于报警状态和非报警状态的车辆进行跟踪监控。

7、权利要求1所述的GIS地理信息系统其特征包含以下步骤：

GIS系统提供了多种地图操作，方便坐席直观地在地图上受理业务，提高工作效率。本系统提供了非常灵活的鼠标、快捷键等操作地图显示操作，操作方便、功能强大。

8、权利要求1所述的信息管理功能其特征包含以下步骤：

信息查询：系统通过数据库查询采棉机的详细资料信息，如；车辆型号、牌照、停放位置等。

统计分析：实现作业用车情况的汇总、查询、分析、统计、打印等功能。便于管理部门及时掌握用车申请、动用情况，提高管理效率，采棉机使用合理化、科学化；

对监控中心工作人员的工作量、采棉机的调度情况等进行记录、统计、分析、打印，统计报表和分析用报表自动生成。

具体实施方式

1、通过安装在车载终端上的GPRS接收机可以采集到作业点的地理位置信息，车载终端采集到作业数据后根据用户设定的上传间隔，定时上传到信息中心并保存，作为作业的原始数据。

GPRS车载终端通过传感器采棉机的油量传感器和采头相连，当采棉机到达地头后，降下采头、延升棉箱至工作状态，传送采头状态信号至车载终端，车载终端经过处理实时发送到监控中心，监控中心保存采棉机的状态，以备统计使用。当棉箱装满时，GPRS车载终端将箱满信号发送到监控中心。当车载终端每次上传地理位置信息或采棉机状态信息都附带传送采棉机的油耗信息。通过这些信息，监控系统可以自动算出采棉机的当前状态(是否工作)、最新位置、运行轨迹(历史轨迹记录)、当前平均速度、总工作时间、当天工作时间、当天行走时间、当天平均速度、当天卸棉次数、当天采头升降次数、当天油耗、燃油剩余量、当天工作量、累计工作量。同时可以计算出工作时间、行走时间对比，当天油耗、当天工作量、当天卸棉次数、当天采头升降次数对比。根据作业轨迹和采棉机工作台宽度可以实时计算出采棉机当前采收面积。

2、采棉机有一定的宽度，当采棉机运行时采棉机工作台的宽度是恒定的，所以根据采棉机的作业轨迹乘以采棉机工作台宽度即可计算出采棉机采收亩数，并在电子地图加以标。

3、轨迹回放主要应用于作业过程中出现的问题和争端，可以通过回放进行分析和判断。通过对过往数据的分析，将帮助管理者从失败的任务中寻找和总结教训；从成功的任务中寻找和总结经验。

4、当采棉机完成某一片区的采集后，该区域在系统置采集结束标志，当采棉机第二次进入该区域时，系统与GPRS车载终端上传的位置信息进行比较，当发现该片区为采集结束标志时，系统不做作业采集。

监控中心可以根据客户需求，自动匹配作业区域，制定采棉机工作计划，并对采棉机的运行设定边界、速度等限制，当采棉机超过此限制值时，车载设备将自动向监控中心报警。在进入或离开该区域时向中心发送区域报警信息，在没有受到中心确认命令情况下，必须以间隔5秒时间向中心发送区域报警信息。调度管理中心可选择使用该项服务以限制和规范采棉机的行驶范围。当车辆超出规定线路运营时，服务中心将得到警报，并立即自动向车载设备发送越界警报警告，同时服务中心将对警报进行相应记载和处理。

5、采棉机新增，采棉机信息修改。包括查询、修改、删除采棉机和终端的基本属性信息，包括车牌号，车型，终端编号，所属单位，采棉机所配移动电话号码、终端呼叫号码。终端配置的基本功能包括配置终端的新ID，配置终端定位信息发送方式，包括发送时长，发送的时间间隔。

Claims (8)

1.一种基于传感网上的高精度智能化棉花采棉机，其特征是作业数据采集、采收亩数测量、作业轨迹回放、作业范围控制、定位跟踪功能、GIS地理信息系统、信息管理功能。

2.权利要求1所述的作业数据采集其特征包含以下步骤：

作业数据的采集主要包括地理位置信息的采集、油耗信息和采棉机作业状态的采集。

3.权利要求1所述的采收亩数测量其特征包含以下步骤：

由于采棉机有一定的宽度，当采棉机运行时作业半径是恒定的，所以根据采棉机的作业轨迹乘以作业半径即可计算出采棉机采收亩数。

4.权利要求1所述的作业轨迹回放其特征包含以下步骤：

操作人员通过操作软件界面中的“回放”按钮，在操作对象中选择目标，设置需回放的时间段并选定某种状态，在监控窗口会出现车辆图标、轨迹点，右上侧同步显示该轨迹点车辆所处的状态信息和图片信息。可通过标尺调节回放速度。

5.权利要求1所述的作业范围控制其特征包含以下步骤：

在系统投入使用前先用GPRS接收机采集棉田的范围数据，采集到数据后在系统软件中事先设置棉田的位置信息，当采棉机工作的时候如果偏离该区域，车载设备将自动向监控中心报警。在进入或离开该区域时向中心发送区域报警信息，在没有受到中心确认命令情况下，必须以间隔5秒时间向中心发送区域报警信息。

6.权利要求1所述的定位跟踪功能其特征包含以下步骤：

车载终端具有采棉机点名、定时跟踪、固定上传定位信息等定位与跟踪功能。车载终端接收GPRS定位信息和采集状态信息，通过GPRS通信平台定时上传数据到调度监控中心，监控中心能随时掌握到采棉机的位置和运行轨迹。监控中心可对处于报警状态和非报警状态的车辆进行跟踪监控。

7.权利要求1所述的GIS地理信息系统其特征包含以下步骤：

GIS系统提供了多种地图操作，方便坐席直观地在地图上受理业务，提高工作效率。本系统提供了非常灵活的鼠标、快捷键等操作地图显示操作，操作方便、功能强大。

8.权利要求1所述的信息管理功能其特征包含以下步骤：

信息查询：系统通过数据库查询采棉机的详细资料信息，如；车辆型号、牌照、停放位置等。

统计分析：实现作业用车情况的汇总、查询、分析、统计、打印等功能。便于管理部门及时掌握用车申请、动用情况，提高管理效率，采棉机使用合理化、科学化；对监控中心工作人员的工作量、采棉机的调度情况等进行记录、统计、分析、打印，统计报表和分析用报表自动生成。