CN106163261B - 农业机具和农业机具操作者监控装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
公开了用于在农业操作期间监控一台或多台农业机具并且用于监控操作者表现标准的装置、系统和方法。在一些实施例中，可将操作者表现标准报告给农业机具上的监控器以及远程机队监控器。
Description
发明背景
近年来，农业事务(farming concerns)的规模已经增大，使得在受到农业经济学、天气和土壤条件约束的时间期限内完成农业操作所需的机具和操作者数量增多。用于监控机具性能的现有解决方案是无效的。因而，存在对用于监控机具和操作者表现的改善装置、系统和方法的需要。
附图说明
图1示意性地示出叠置在联合收割机上的收割机监控系统的实施例。
图2示出用于建议和/或改变收割机速度的过程的实施例。
图3示出用于显示收割机的操作者表现参数的屏幕的实施例。
图4示出用于显示多台收割机的操作者表现参数的屏幕的实施例。
图5示出操作者表现参数警报的实施例。
图6示出谷粒损失图屏幕的实施例。
图7示出用于监控多台收割机的监控系统的实施例。
图8示出监控收割机的过程的实施例。
图9示出联合收割机监控屏幕。
具体实施方式
监控系统
监控系统100在图1中被示意性地图示为叠置在农业机具50，诸如联合收割机上。在此实施例中，监控系统100包括谷粒损失传感器110、产量传感器120、湿度传感器130、全球定位接收器140、监控器160、处理板150，以及转速计170。
谷粒损失传感器110优选地被设置并且配置成测量谷粒损失率，例如与杂余物(tailings)一起从联合收割机丢弃的谷粒。作为说明性实例，谷粒损失传感器可包括在美国专利No.3,935,866、No.4,360,998和No.6,869,355和欧洲专利No.0023500中公开的实施例中的一个实施例，所述专利的全部公开内容由此以引用方式并入本文。在一些实施例中，设置多个谷粒损失传感器来测量联合收割机中的多个脱粒后位置处的谷粒损失。在一些实施例中，谷粒损失传感器可包括电磁场发射器和接收器，所述电磁场发射器和接收器被配置成通过测量谷粒被从联合收割机丢弃时穿过的电磁场的阻滞(obstruction)来检测谷粒损失。在此类实施例中，监控器160优选地使用将谷粒损失与由电磁传感器产生的信号的信号标准(例如，振幅、平均值、频率)相关联的经验数据库来确定谷粒损失量。在其它实施例中，谷粒损失传感器可包括电磁发射器和接收器(例如，雷达系统)，所述电磁发射器和接收器被设置和配置成测量正被从联合收割机丢弃的谷粒的反射率。在此类实施例中，监控器160优选地使用将谷粒损失与由反射率传感器所产生的信号的信号标准(例如，振幅、平均值、频率)相关联的经验数据库来确定谷粒损失量。在其中使用电磁和/或雷达反射率传感器的实施例中，传感器优选地包括发射器和接收器阵列，所述发射器和接收器阵列被设置用于测量被从联合收割机丢弃的所有材料流或者相当大部分材料流中谷粒的存在。谷粒损失传感器110优选地与监控器160进行电子和/或数据通讯。
产量传感器120优选地被设置和配置成测量收割机的净谷粒升运器中洁净谷粒的流率。作为说明性例子，产量传感器120可包括在美国专利No.5343761和国际专利申请No.PCT/US2012/050341中公开的实施例中的一个实施例，所述两个专利的公开内容以引用方式并入本文。产量传感器120优选地与监控器160进行电子通信。
湿度传感器130优选地包括设置用于测量正由联合收割机的净谷粒升运器升运的谷粒的湿度的传感器。例如，在一些实施例中，湿度传感器130包括电容式湿度传感器，诸如在美国专利No.6,285,198中公开的电容式湿度传感器，所述专利的公开内容以引用方式并入本文。湿度传感器130优选地被安装至净谷粒升运器外壳的侧面上，且与谷粒堆在到达净谷粒升运器顶部之前被垂直升运的位置相邻。在其它实施例中，湿度传感器130可被安装在联合收割机的粮箱中并且被设置用于测量存放在粮箱中的谷粒的湿度。湿度传感器130优选地与监控器160进行数据通信。如本文所用的术语“数据通信”旨在涵盖无线(基于无线电的)、电气的、电子的和其它形式的数字数据或模拟数据传输。
全球定位接收器140优选地包括被配置成从全球定位系统(GPS)或者类似的地理参考系统接收信号的接收器。全球定位接收器140优选地被安装至收割机50的顶部。全球定位接收器140优选地与监控器160进行数据通信。
转速计170优选地被配置和设置用于测量如本领域中已知的联合收割机的发动机转速。转速计170优选地与监控器160进行数据通信。
处理板150优选地包括中央处理单元(CPU)和存储器，以用于处理和存储来自系统部件110、120、130、140、170的信号并传输数据至监控器160。监控器160优选地与处理板150进行数据通信。
监控器160优选地包括中央处理单元(CPU)、存储器和图形用户界面，所述图形用户界面可操作用于向操作者显示产量测量值和产量图并从所述操作者接收指令和数据。监控器160优选地被安装在收割机50的驾驶室内部，在操作者的视野内并且在操作者可触及处。监控器160优选地与收割机的CAN网络190或者其它数据总线进行数据通信，以便从收割机的各种系统和部件接收信号并且传输信号至所述系统和部件。
转向图7，机队监控系统700示出为包括多台收割机50，其中各台收割机50具有包括监控器160的监控系统100。各个监控器160优选地包括通信设备(例如，蜂窝调制解调器)以用于向机队监控器720传输数据(例如，谷粒损失数据)。机队监控器720和监控器160之间的通信可通过与云710通信来实现；也可在所述云上存储和处理数据。机队监控器可包括个人计算机或平板电脑。机队监控系统700优选地被配置成使用通信协议(诸如WebSocket等)在机队监控器720上显示监控器160中的一个或多个监控器的屏幕(或者共享其它数据)。
收割机监控方法
系统100优选地执行图8中示出的操作监控过程800。在步骤805处，系统100优选地测量操作者表现参数或者操作者表现标准。在步骤810处，系统100优选地例如在监控器160上向操作者或者在机队监控器720上向另一个操作者显示操作者表现参数。在步骤815处，系统100优选地将操作者表现参数与阈值作比较。在步骤820处，如果操作者表现参数不满足阈值，则系统100优选地(例如，在监控器160上向操作者或者在机队监控器720上向另一个操作者)发送和显示警报。应当理解的是，一些阈值包括最小期望值，而其它阈值可包括最大期望值。
监控器160和/或机队监控器720优选地显示屏幕300，所述屏幕300包括如图3所示的一种或多种操作者表现参数。屏幕300可包括操作者记分卡，所述操作者记分卡包括多个操作者评分。屏幕300优选地包括表格310，所述表格310包括一组操作者表现参数。在图3所示的实施例中，针对多个时刻(例如，在收割操作期间每隔半小时)显示各个操作者表现参数的值。
在表格310中显示的操作者表现参数优选地包括脱粒器调整水平、收割台调整水平、生产率和谷粒损失。操作者表现参数还可包括脱粒器的运转速度。
在图3的表格310中，“脱粒器”列显示在操作期间多个时刻处的脱粒器调整范围。脱粒器调整范围优选地是通过确定一个或多个脱粒器部件(例如凹板间隙、转子转速、风扇转速、清粮筛(shoe)(即，下筛)间隙或者颖糠筛(chaffer)(即，上筛)间隙)的远程调整范围来计算的。“收割台”列显示在操作期间多个时刻处的收割台调整范围。收割台调整范围优选地是通过确定一个或多个收割台部件(例如，喂入室速度、喂入高度节距、喂入室辊、台面板间隙、拨禾轮(reel)速度、拨禾轮前/后位置和拨禾轮高度)的远程调整范围来计算的。收割台和脱粒器部件的远程调整优选地基于收割机的CAN网络190上的命令或测量信号或者通过直接测量来确定。
在所示出的实施例中，调整范围显示于“脱粒器”和“收割台”列，例如，该调整范围是通过将最大值和最小值之间的差值除以预定时段(如半小时)内的最小值计算的。在其它实施例中，显示脱粒器和收割台的调整频率(例如，调整大于1％的量)来代替或者补充调整范围。在所示出的实施例中，脱粒器和收割台的调整范围通过与在图例320中显示的调整范围中的范围相关的图案或颜色来表示；在其它实施例中，另外或者替代地显示调整数值。
在图3的表格310中，“温度”列显示在操作期间各个时刻处的气温。在其它实施例中，在表格310中报告了其它气象数据，例如露点、相对湿度、云量和风速。气象数据优选地从云710获取，例如从气象数据库获取。
在图3的表格310中，“生产率”列显示例如通过计算预定时间段内(如一个小时期间)由联合收割机收割的面积所确定的收割生产率的测量值。由联合收割机收割的面积可如本领域中已知的那样确定。在其它实例中，收割生产率的测量值可通过计算特定时间段内收割的谷粒蒲式耳(bushels)或者在预先确定的时间段内所使用的燃料量来测量。
在图3的表格310中，“损失”列显示在操作期间各个时刻处的谷粒损失测量值。谷粒损失测量值优选地根据由谷粒损失传感器110产生的信号来确定。谷粒损失测量值可包括在清粮筛(即，下筛)或者在颖糠筛(即，上筛)处测量的谷粒损失。谷粒损失测量值可被报告为百分数(如所示出的)或者被报告为绝对值(例如，蒲式耳/英亩)。
应当理解的是，表格310中所显示的数据行对应于在操作期间相同或者几乎相同的时刻，从而允许操作者将气象及其它条件与相应的操作者表现标准作比较。
屏幕300还优选地包括机器细节窗口330，所述机器细节窗口330显示收割机特征(诸如图3中示出的那些)。可通过监控器160输入各台收割机的收割机特征。
转向图4，机队监控器720(和/或监控器160)优选地显示屏幕400以用于显示多台联合收割机的操作者评分。屏幕400可包括操作者记分卡，所述操作者记分卡包括多个操作者评分。表格410的列包括与图3中所显示的信息相似的信息，区别在于单行显示特定收割机的单一值。每一行中的数据优选地反映在操作期间某个时间段(例如，当日在当前田地中所花费的时间或者前半小时)内的当前值或者平均值。标记为“调整频率”的列显示对调整频率的评价(例如，“高”、“正常”和“低”可分别反映大于1％的调整，例如分别为每小时大于10次，在每小时5次和每小时10次之间，以及小于每小时5次)。图例420与图例320一样，将多个调整范围与颜色或图案相关联。轻敲或者点击某行数据(或者“联合收割机”列中的收割机编号)优选地命令机队监控器720显示与所述行相关的那个收割机的屏幕300。
在屏幕400的表格410中，标记为“生产率指数”的列优选地包括由系统100确定的各台收割机的当前生产率指数。所述生产率指数优选地反映操作的生产率。在一些实施例中，生产率指数是使用以下关系式计算的：
其中：B＝时间段T内收割的蒲式耳，优选地通过对在时间段T内由产量传感器120报告的流率求积分来确定。
在一些实施例中，通过减去由谷粒损失传感器110报告的谷粒损失量来校正B值。在谷粒损失被报告为分数的情况下，优选地将所收割的蒲式耳B乘以谷粒损失分数。在谷粒损失被报告为损失的蒲式耳数的情况下，优选地从收割的蒲式耳B中减去所损失的蒲式耳数。时间段T可为当前时间之前以秒、分钟、半小时或者一小时为数量级的时间段，或者可包括在田地中收割所花费的时间或者在当天期间所花费的时间。
在一些实施例中，用来计算生产率指数的时间段优选地排除收割机停止和/或不收割时的时间段。例如，系统100优选地排除在收割机速度(如由GPS接收器或者雷达速度传感器所报告的)小于阈值速度(例如，0.5英里/小时)的时间内所采集的数据。另外，系统100优选地排除在收割机未穿过先前未收割的区域的时间内所采集的数据、在产量传感器120报告的流率小于阈值(例如，1蒲式耳/秒)的时间内所采集的数据、或者在联合收割机的作物咬合部件(例如，收割台或其部件)不在操作模式中的时间内所采集的数据。
转向图5，示出了在上述过程800的步骤815、820处产生的警报的示例性实施例。机队监控器720(和/或监控器160)优选地显示警报屏幕500，所述警报屏幕500包括已经超出步骤815的阈值的一种或多种操作者表现标准。屏幕500包括针对收割机中的一个收割机(在所示出实施例中为“联合收割机2”)的警报。所示出的表格510包括以下操作者表现标准：“发动机阻力”报告由转速计170报告的发动机转速低于预定阈值的次数；“平均损失”报告如上所述的谷粒损失百分数；“调整范围”报告如上所述的脱粒器或收割台的部件调整范围；并且“调整频率”报告如上所述的脱粒器或收割台的部件调整频率。框512或者其它指示符优选地指示已经超出步骤815的关联阈值的一种或多种操作者表现标准。选择按钮514或者其它选择界面优选地促使机队监控器720显示关于那个屏幕的屏幕300。
转向图9，机队监控器720(和/或监控器160)优选地显示设置屏幕900。设置屏幕优选地显示一台或多台收割机的各个部件的当前机器设置。在所示出的实施例中，表格910显示当前的脱粒器部件设置。屏幕900优选地显示多个脱粒器部件设置，包括凹板间隙、转子转速、风扇转速、清粮筛(下筛)间隙和颖糠筛(上筛)间隙。在所示出的实施例中，表格920显示当前的收割台部件设置。屏幕900优选地显示多个收割台部件设置，包括喂入室速度、节距和辊；台面板间隙；和拔禾轮速度、前/后位置及高度。系统100优选地基于通过CAN网络190从各个部件发出或者发送到各个部件的信号来确定部件设置。
谷粒损失图
转向图6，机队监控器720(和/或监控器160)优选地显示谷粒损失图屏幕600，所述谷粒损失图屏幕600包括绘制的与多个谷粒损失范围相关联的空间区域。区域622、624、626的颜色或者图案优选地与图例610中的图例范围612、614、616相关。收割机的当前位置和方向优选地由收割机图标10指示。界面680优选地允许使用者请求其它图或屏幕。谷粒损失图屏幕600还优选地包括时间曲线图窗口690，所述时间曲线图窗口690标绘将谷粒损失与操作期间的各时刻相关联的数据点692。
谷粒损失传感器灵敏度自动化
在一些实施例中，所报告和/或绘图的谷粒损失量是基于谷粒损失传感器信号的振幅和一种或多种辅助谷粒损失测量标准来确定的。
在一些此类实施例中，辅助的谷粒损失测量标准包括作物类型(例如，由操作者通过图形用户界面确定)。辅助的谷粒损失测量标准还可包括辅助的谷粒损失传感器信号标准，诸如谷粒损失传感器信号的频率等。在一些实施例中，监控器160可基于将辅助的谷粒损失传感器信号标准值(例如，信号频率值)与针对所选择的作物类型的乘数相关联的经验数据库，来确定将被应用于原始信号振幅的乘数。该乘数优选地随后被应用于所述信号振幅以确定所报告的谷粒损失。
速度建议和控制
转向图2，监控系统100优选地执行过程200以建议和/或控制收割机的速度。
在步骤205处，系统100优选地估计所收割的作物流率。在一些实施例中，基于由产量传感器120报告的当前流率来估计所收割的作物流率。然而，因为由产量传感器测量的流率一般相对于正在收割的产量延迟，所以当前报告的流率并不对应于正在被带入收割台的作物的产量。因此在一些实施例中，基于先前测量的并且与邻近联合收割机收割台的当前位置的位置相关联的产量来估计所收割作物的流率；例如，流率可被估计为与先前测量的且与邻近联合收割机收割台的当前位置的位置(例如，在最近一次行进期间被收割并且紧邻收割台的位置)相关联的流率具有相同值。当没有相邻的位置被收割时，可基于由产量传感器120报告的流率来确定流率(如上所述)。在另外其它实施例中，田地的作物健康图像(例如，在本季度期间获取的天线或者卫星NDVI(归一化植被指数)图像)可被用于估计局部流率；例如监控器可具有存储在存储器中、将NDVI水平与所估计的流率相关联的查找表。在其它实施例中，基于作物健康图像估计的流率可根据针对已经收割的位置且基于图像的流率估计值和基于由产量传感器120报告的信号且与该位置相关联的流率之间的差值来缩放；例如，如果针对当前正在被收割的田地中的一组先前已收割位置、基于图像的估计值被过度预估10％，则系统100可使基于图像的当前估计值减小10％。
无论当前流率怎样确定，在步骤210处优选地基于所估计的流率来确定期望速度。监控器160优选地具有存储在存储器中、将期望速度与估计的流率相关联的查找表；期望速度优选地随着所估计流率的增大而增大(例如，以线性方式)。在其它实施例中，可基于当前收割操作的其它标准(例如，谷粒损失)来选择期望速度。
在步骤215处，优选地将收割机速度调整至期望速度。在一些实施例中，期望速度显示在监控器上，从而促使操作者调整收割机速度至期望速度。在其它实施例中，监控器160发送速度命令至收割机速度控制系统(例如，通过CAN网络190)，以使得速度控制系统将收割机速度调整至所需速度，但是操作者超控所述命令或者所述速度控制系统时除外。
虽然针对联合收割机呈现了上述描述，但是应当理解的是其它机具，例如播种和肥料液施用机具，也可使用与本文所公开的那些类似的系统、方法和装置来监控。
呈现上述描述以用于使得本领域的普通技术人员能够实现和使用本发明，并且在专利申请及其要求的情况下提供所述描述。对所述装置的优选实施例的各种修改和本文所描述的系统和方法的一般原理及特征将为对本领域中的技术人员来说十分显而易见的。因此，本发明不限于上文所描述以及附图所示的装置、系统和方法的实施例，而是与符合所附权利要求书的精神和范围的最宽范围一致。
Claims (14)
1.一种用于在农业机具操作期间监控操作者表现的方法，其包括以下步骤：
存储查找表，所述查找表将所述农业机具要移动的期望速度与估计的随着所述农业机具移动而收集的谷物流率相关联；
监控随着所述农业机具移动而收集的谷物流率；
使用所述查找表，基于所监控的随着所述农业机具移动而收集的谷物流率来确定用于所述农业机具的期望速度；
将所述农业机具的当前速度自动地调整到所述期望速度。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在农业操作实行期间监控所述农业机具的操作特性，其中所述农业机具包括联合收割机，并且其中所述操作特性是脱粒器部件调整范围。
3.如权利要求1所述的方法，还包括在农业操作实行期间监控所述农业机具的操作特性，其中所述农业机具包括联合收割机，并且其中所述操作特性是收割台部件调整频率。
4.如权利要求1所述的方法，还包括在农业操作实行期间监控所述农业机具的操作特性，其中所述农业机具包括联合收割机，并且其中所述操作特性是发动机阻力测量值。
5.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
在农业操作实行期间监控所述农业机具的操作特性；
基于所监控的操作特性来确定操作者表现标准，
其中所述农业机具包括联合收割机，并且其中所述操作者表现标准包括生产率指数。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述生产率指数与已经完成的收割操作的速率相关。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述生产率指数与谷粒损失测量值相关。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括以下步骤：
在农业操作实行期间监控所述农业机具的操作特性；
基于所监控的操作特性来确定操作者表现标准；
将所述操作者表现标准与阈值进行比较；和
如果所述操作者表现标准不满足所述阈值，则发送警报。
9.一种用于在农业机具操作期间监控操作者表现的方法，其包括：
在农业操作实行期间监控所述农业机具的操作特性；
存储查找表，所述查找表将所述农业机具要移动的期望速度与估计的随着所述农业机具移动而收集的谷物流率相关联；
监控随着所述农业机具移动而收集的谷物流率；
使用所述查找表，基于所监控的随着所述农业机具移动而收集的谷物流率来确定用于所述农业机具的期望速度；
将所述农业机具的当前速度自动地调整到所述期望速度；
基于所监控的操作特性来确定操作者表现标准；
将所述操作特性与阈值进行比较；和
如果所述操作特性不满足所述阈值，则发送警报。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述农业机具是联合收割机，并且其中所述操作特性是联合收割机速度。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述农业机具是联合收割机，并且其中所述操作特性是谷粒损失测量值。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述农业机具包括联合收割机，并且其中所述谷粒损失测量值是基于辅助谷粒损失测量标准确定的。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述辅助谷粒损失测量标准包括谷粒损失传感器信号的频率。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述辅助谷粒损失测量标准包括由用户选择的作物类型。
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