CN107295083A - 一种耕作监管系统及监管方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农机车的监管系统及方法，该系统包含控制盒、智能终端、云服务器。控制盒接收卫星初始测量值和车辆运行状态数据经短距离通信传送给智能终端，智能终端再通过无线网络将数据发送到云服务器做分析运算。本发明可实现农机车授权管理智能启动、围栏管理来限定和监督农机车使用情况；根据位置轨迹形成的区域面计算农田耕作面积，并通过结算中心计算出耕作费用；还可以利用车辆运行状态数据辅助判断车辆农机车耕作的真实性。

Description

一种耕作监管系统及监管方法

技术领域

本发明涉及农机车使用管理领域，特别涉对农机车进行授权、智能启动、围栏管理和耕作费用计算。

背景技术

随着精准农业的快速发展，目前对农业机械信息化、智能化的要求日益强烈。农机车价格较为昂贵，机主购置机器后除了满足自己使用，还可以通过出租或者聘请农机手等方式来对农田进行耕种作业。当机主出租或者聘请机手来操作机器时，就必须对机器进行管理。如何防止机器被盗走，如何防止农机手对机器滥用，对于机主来说需求一个简单而又灵活的可控方法。另一方面，一般耕作费用采用面积计算较为合理，耕作面积计算的准确性对于农户来说，也是其关注事情之一。另外一方面，国家大力鼓励农业机械化，针对机械式耕作农田，机主可享受补贴。如何收集到农机车真实的耕作情况，防止机主为骗取政府补贴做虚假信息行为，对农机耕作面积实时而精确的统计也是政府迫切需求的。

实用新型申请号201420438543.7，公开了一种农机监控终端及农机监控系统，主要目的在于适应农机使用的恶劣环境，满足农机精细化作业需求，实现实时监控农机的作业状态，以对农机进行有效地监管和调度，从而提高农机的作业效率。但是此方案解决的技术问题相对比较窄。监控终端与服务器通过GPRS方式通信，数据流量容量较大，通信费用高。而且一个应用场合就必须配置一个服务器，应用推广起来，硬件投入较大。

发明内容

本发明就是针对上述问题设计的一套监管系统和监管方法,通过智能终端授权租户或者农机手使用农机车；通过围栏管理设定农机车只能在限定的范围内作业，接近围栏边界值时，农机车会报警提醒使用者，超出围栏设定值时农机车就自动熄火。根据位置轨迹形成的区域面计算农田耕作面积，结算中心计算出耕作费用并支持移动支付方式。另外本系统中轨迹分析计算中心收集到的农机车的车辆运行状态数据可以辅助判断车辆农机车耕作的真实性。

为了达到上述有效所述的效果，本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种农机车的监管系统及方法，该系统包含控制盒、智能终端、云服务器。

所述的控制盒包含农机车智能启动单元和卫星接收单元。智能启动单元用于无钥匙启动、熄火农机车；卫星接收单元采集卫星初始测量值。

具体的，控制盒由壳体和线路板组成，线路板焊接有MCU模块、蓝牙模块、北斗模块或GPS模块、CAN收发芯片、电源芯片、继电器、LED灯、蜂鸣器。

MCU模块用于分析和处理控制盒数据信息；

蓝牙模块用于与智能终端的蓝牙模块建立短距离通信；向智能终端传输启动、熄火指令和卫星初始测量值。

北斗模块或GPS模块用于对车辆进行定位；

CAN收发芯片获取农机车上ECU、BCM、仪表及其他传感器的数据；

电源芯片用于管理控制盒输出电流；

继电器控制电流的接通和断开；

LED灯用来指示车辆点火、启动、熄火三种状态；

蜂鸣器用来当机器接近围栏区域时报警。

所述的智能终端装载APP控制程序，可分别与控制盒、云服务器互通信息。

具体的，智能终端内含有蓝牙模块与控制盒短距离通信；含有数据流量模块和WiFi模块，与云服务器远距离通信信息。智能终端短距离接收控制盒的智能启动单元和卫星接收单元数据信息后远距离传输给云服务器。

所述的云服务器包含身份认证中心、智能启动管理中心、轨迹分析计算中心、计亩结算中心。云服务器中的身份认证中心管理农机车使用人员的有效身份信息；智能启动管理中心管理农机车的启动和熄火；轨迹分析计算中心收集农机车的位置数据、时间数据、车辆运行状态数据并对数据进行处理。

具体的，用户通过智能终端APP注册个人有效的身份信息，智能终端通过无线网络将用户身份信息传输到云服务器的身份认证中心，云服务器下发秘钥给用户终端，用户终端解码后，云服务器甄别用户信息可信，将用户信息存储在身份认证中心。

云服务器智能启动中心可以将不同用户设置为拥有不同权限的等级用户，也可以通过智能终端设置不同用户为不同权限的等级用户。

所述的等级用户分为一级用户和二级用户，一级用户拥有最高权限，即启动和管理车辆的权限。二级用户拥有次级权限，即仅在一级用户授权后才能启动车辆。用户使用的时间、次数等数据信息存储在智能启动中心。

具体的，用户要启动农机车时持智能终端接近农机车，打开无线网络通信环境和蓝牙，农机车上的控制盒跟智能终端通过蓝牙模块建立短距离无线通信，与云服务器通过数据流量模块或者WiFi模块建立远距离无线通信。云服务器甄别智能终端身份信息可信，控制盒MCU模块指定继电器通电，即可启动农机车。同时控制盒内GPS模块或北斗模块激活，开始接收卫星初始测量值，控制盒通过短距离通信将初始测量值发送给智能终端，智能智端再通过远距离通信将初始测量值发送到云服务器的轨迹分析计算中心。轨迹分析计算中心接入了RTK技术，将初始测量值分析计算得出一个修正位置信息，将信息精度提到厘米级。同时控制盒内的CAN收发芯片获取农机车上ECU、BCM、仪表及其他传感器的数据发送给智能终端，智能智端再通过远距离通信将初始测量值发送到云服务器的轨迹分析计算中心。

当农机车启动时，机主可以用智能终端预设定农机车封闭的运动区域，做围栏管理，当农机车运动轨迹接近设定封闭区域值时，农机车控制盒内的蜂鸣器会被启动并发出报警提示音。当农机车运动轨迹超出预设定封闭区域值时，农机车控制盒内的继电器会自动断电，农机车自动熄火，再无法运动。

当农机车到达农田，会在农田做来回运动对农田进行耕作，农机车来回的运动轨迹最终形成一个不规则区域的面，轨迹分析计算中心通过面积计算公式将不规则区域的面计算成面积，最后计亩结算中心将其结合计费方案自动计算出耕作费用，农户可以直接通过移动支付平台进行付费。由于智能智端收集到控制盒的初始测量经过云服务器链接的RTK技术，将初始测量值分析计算得出一个修正位置信息，将信息精度提到了厘米级，最终得出的面积精度更高。

另外，农机车耕作时，农机车作用部件传动跟非耕作时部件传动状态有很大差异。CAN收发芯片获取农机车上ECU、BCM、仪表及传感器的数据；这些数据可以作为判断农机车耕作真实性的依据。

附图说明

图1是农机车耕作监管系统结构示意图；

图2是农机车控制盒电气原理图；

图3是农机车智能启动流程图；

图4是农机车耕作监管系统工作流程图；

图5是农机车耕作面积形成示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种农机车的监管系统及方法，该系统包含控制盒、智能终端、云服务器。为了更好的理解本技术方案，下面结合附图对本发明进行详细叙述。

图1是农机车耕作监管系统结构示意图；

控制盒包含农机车智能启动单元和卫星接收单元。

智能启动单元用于无钥匙启动、熄火农机车；卫星接收单元采集卫星初始测量值。

所述的智能终端装载APP控制程序，可与云服务器互通信息。

所述的云服务器包含身份认证中心、智能启动管理中心、轨迹分析计算中心、计亩结算中心。云服务器中的身份认证中心管理农机车使用人员的有效身份信息；智能启动管理中心管理农机车的启动和熄火；轨迹分析计算中心收集农机车的位置数据、时间数据、车辆运行状态数据并对数据进行处理。

控制盒内还有蓝牙模块；智能终端内含有蓝牙模块、数据流量模块和WiFi模块。控制盒与智能终端通过蓝牙建立短距离通信；智能终端与云服务器通过数据流量模块或WiFi模块建立远距离通信。智能终端短距离接收控制盒的智能启动单元和卫星接收单元数据信息后远距离传输给云服务器。

控制盒内包含农机车智能启动单元和卫星接收单元。智能启动单元用于无钥匙启动、熄火农机车；卫星接收单元采集卫星初始测量值。卫星接收单元采集到的卫星初始测量值通过蓝牙模块传输到智能终端APP内，智能终端再将卫星初始测量值通过数据流量模块或WiFi模块传输到云服务器。云服务器链接了RTK系统，将初始测量值分析计算得出一个修正位置信息，将信息精度提到了厘米级，用修正后的数据计算面积。

此处控制盒与智能终端采用蓝牙短距离通信，是因为蓝牙通信方式是免费的，而智能手机可以直接作为智能终端建立控制盒和云服务器的中间站，将计算量转移到云服务器上，使前段设备投入最低，费用最低。

图2是农机车控制盒电气原理图；

控制盒由壳体和线路板组成，线路板焊接有MCU模块、蓝牙模块、北斗模块或GPS模块、CAN收发芯片、电源芯片、继电器、LED灯、蜂鸣器。

MCU模块用于分析和处理控制盒数据信息；

蓝牙模块用于与智能终端的蓝牙模块建立短距离通信；向智能终端传输启动、熄火指令和卫星初始测量值。

北斗模块或GPS模块用于对车辆进行定位；

CAN收发芯片获取农机车上ECU、BCM、仪表及其他传感器的数据；

电源芯片用于管理控制盒输出电流；

继电器控制电流的接通和断开；

LED灯用来指示车辆点火、启动、熄火三种状态；

蜂鸣器用来当机器接近围栏区域时报警。

蓝牙模块、北斗模块或GPS模块、CAN收发芯片、继电器、LED灯、蜂鸣器分别与MCU模块连接；

CAN收发芯片连接ECU、BCM、仪表、他传感器。

控制盒蓝牙模块与智能终端无线通信；

北斗模块或GPS模块与卫星系统无线通信。

图3是农机车智能启动流程图；下面以拖拉机为例来说明本技术方案的实现方式，本实施例仅用解释方案实现方式，并不是以此例限定技术方案的实现范围。

拖拉机驾驶室内安装本技术方案所述的控制盒，机主的智能终端扫描控制盒条形码，下载控制程序APP输入有效的身份信息，身份信息包括机主购机时的真实身份信息，云服务验证核实身份后将机主定义为一级用户。一级用户一旦设定，其他任何人都不能再被授权为一级用户。机主雇佣的农机手或者租户想要拥有拖拉机的使用权必须先下载制程序APP输入有效的身份信息。机主通过APP验证农机手或者租户身份后授权农机手或者租户二级权限，农机手或者租户才可以直接用智能终端去开启拖拉机。

拖拉机机主开启拖拉机流程，具体步骤如下：

S01：机主手持智能终端进入农机车，打开数据流量或WiFi,建立无线网络通信；

S02：机主的智能终端扫描控制盒条形码，下载控制程序APP输入有限的身份信息，身份信息包括机主购机时的真实身份信息，云服务验证核实身份后将机主定义为一级用户；

S03：机主打开智能终端蓝牙,控制盒的蓝牙与智能终端蓝牙配对，建立短距离无线通信环境；

S04：机主在APP上确认开启指令；

S05：控制盒的MUC并指令继电器通电；

S06：拖拉机开启成功。

图4是农机车耕作监管系统工作流程图；下面任以拖拉机为例来说明本技术方案的实现方式，本实施例仅用解释方案实现方式，并不是以此例限定技术方案的实现范围。

S01：控制盒的MUC并指令继电器通电，拖拉机开启成功后，控制盒内卫星接收单元开始接收卫星发射的初始数据；

S02：控制盒的蓝牙模块将初始数据传送给智能终端；

S03：智能终端将初始数据通过无线网络传送给云服务器；

S04：云服务器接入的RTK系统将初始数据分析计算得出修正的位置数据；

S05：当机主授权农机手或者租户使用拖拉机时，机主通过APP不仅可以通过智能终端授权方式给拖拉机授权开启；还可以对拖拉机进行围栏管理；围栏区域可以是以某点为中心，设置半径值，圈出一个圆形封闭区；也可以是其他封闭的区域。

S06：当农机车运动轨迹接近设定封闭区域值时，农机车控制盒内的蜂鸣器会被启动并发出报警提示音。

S07：当农机车运动轨迹超出预设定封闭区域值时，农机车控制盒内的继电器会自动断电，农机车自动熄火，再无法运动。

图5是农机车耕作面积形成示意图，下面任以拖拉机为例来说明本技术方案的实现方式，本实施例仅用解释方案实现方式，并不是以此例限定技术方案的实现范围。

S01：拖拉机在田间来回运动对农田进行耕作；

S02：控制盒内卫星接收单元接收到卫星发射的初始数据经云服务器的RTK系统修正为厘米机的位置数据；

S03：拖拉机运动轨迹位置数据点最终形成一个不规则区域的面；

S04：轨迹分析计算中心通过面积计算公式将不规则区域的面计算成面积；

S05：计亩结算中心将其结合计费方案自动计算出耕作费用，农户可以直接通过移动支付平台进行付费。

本技术方案采用目前常用距离测量算法，距离测量算法采用农机运行轨迹距离和作业幅宽二者乘积进行实时作业面积解算。假设农机作业轨迹线包含n+1个运行轨迹点Pi(Xi，Yi)，(1≤i≤n+1)，农机具作业幅宽为W,则农机作业面积Ac为：

在本发明方案中，云服务器中的身份认证中心管理农机车使用人员的有效身份信息；采用授权管理方式保证了机主的利益，机主不用给农机手或者租户发钥匙，而是通过智能终端授权启动车辆。在本发明方案还通过围栏管理方式限定农机车在设定内的区域内作业，超出区域就可以智能启动管理中心远程将车辆熄火。在本发明方案云服务器链接了RTK系统，将初始测量值分析计算得出一个修正位置信息，将信息精度提到了厘米级，用修正后的数据计算面积，保证面积计算的精度。在本发明方案CAN收发芯片获取农机车上ECU、BCM、仪表及传感器的数据，这些数据还可以作为判断农机车耕作真实性的依据。

在本发明方案中，由于整套系统的成本仅有控制盒和云服务器的租用费用。控制盒与智能终端用蓝牙通信，再通过智能终端将控制盒提取到的数据传送到云服务器做计算和分析，系统成本也是很低的。

Claims (10)

1.一种农机车的监管系统，该系统包含控制盒、智能终端、云服务器；其特征在于：

所述的控制盒包含农机车智能启动单元和卫星接收单元；智能启动单元用于无钥匙启动、熄火农机车；卫星接收单元采集卫星初始测量值；

控制盒由壳体和线路板组成，线路板焊接有MCU模块、蓝牙模块、北斗模块或GPS模块、CAN收发芯片、电源芯片、继电器、LED灯、蜂鸣器。

2.根据权利要求1所述的一种农机车的监管系统，其特征在于：控制盒接收到数据经短距离通讯传送给智能终端，智能终端再通过无线网络传输给云服务器。

3.根据权利要求2所述的控制盒，其特征在于：控制盒输出的数据是接收的卫星初始测量值和农机车上ECU、BCM、仪表及传感器数据。

4.根据权利要求3所述的数据，其特征在于：卫星初始测量值经RTK系统修正得到厘米级的位置数据；CAN收发芯片获取农机车上ECU、BCM、仪表、传感器的数据辅助判断农机处于耕作状态。

5.根据权利要求1所述的一种农机车的监管系统，其特征在于：所述的云服务器包含身份认证中心、智能启动管理中心、轨迹分析计算中心、计亩结算中心；

云服务器中的身份认证中心管理农机车使用人员的有效身份信息；

智能启动管理中心管理农机车的启动和熄火；

轨迹分析计算中心收集农机车的位置数据、时间数据、车辆运行状态数据并对数据进行处理；

计亩结算中心结合计费方案自动计算出耕作费用，农户可以直接通过移动支付平台进行付费。

6.根据权利要求5所述的一种农机车的监管系统，其特征在于：云服务器智能启动中心将用户设置一级用户和二级用户，一级用户拥有使用和管理车辆的权限，二级用户仅拥有使用权限。

7.根据权利要求6所述的云服务器智能启动中心，其特征在于：一级用户授权给二级用户，二级用户才能使用车辆。

8.一种农机车监管系统的监管方法，其特征在于农机车启动管理具体步骤如下：

S01：机主手持智能终端进入农机车，打开数据流量或WiFi,建立无线网络通信；

S02：机主的智能终端扫描控制盒条形码，下载控制程序APP输入有限的身份信息，身份信息包括机主购机时的真实身份信息，云服务验证核实身份后将机主定义为一级用户；

S03：机主打开智能终端蓝牙,控制盒的蓝牙与智能终端蓝牙配对，建立短距离无线通信环境；

S04：机主在APP上确认开启指令；

S05：控制盒的MUC并指令继电器通电；

S06：拖拉机开启成功。

9.一种农机车监管系统的监管方法，其特征在于农机车围栏管理具体步骤如下：

S01：控制盒的MUC并指令继电器通电，拖拉机开启成功后，控制盒内卫星接收单元开始接收卫星发射的初始数据；

S02：控制盒的蓝牙模块将初始数据传送给智能终端；

S03：智能终端将初始数据通过无线网络传送给云服务器；

S04：云服务器接入的RTK系统将初始数据分析计算得出修正的位置数据；

S05：当机主授权农机手或者租户使用拖拉机时，机主通过APP不仅可以通过智能终端授权方式给拖拉机授权开启；还可以对拖拉机进行围栏管理；围栏区域可以是以某点为中心，设置半径值，圈出一个圆形封闭区；也可以是其他封闭的区域。

S06：当农机车运动轨迹接近设定封闭区域值时，农机车控制盒内的蜂鸣器会被启动并发出报警提示音。

S07：当农机车运动轨迹超出预设定封闭区域值时，农机车控制盒内的继电器会自动断电，农机车自动熄火，再无法运动。

10.一种农机车监管系统的监管方法，其特征在于农机车耕作结算方法具体步骤如下：

S01：拖拉机在田间来回运动对农田进行耕作；

S02：控制盒内卫星接收单元接收到卫星发射的初始数据经云服务器的RTK系统修正为厘米机的位置数据；

S03：拖拉机运动轨迹位置数据点最终形成一个不规则区域的面；

S04：轨迹分析计算中心通过面积计算公式将不规则区域的面计算成面积；

S05：计亩结算中心将其结合计费方案自动计算出耕作费用，农户可以直接通过移动支付平台进行付费。