CN109254306B - 一种基于移动互联网和gnss定位的农机作业路径调取系统及方法 - Google Patents

一种基于移动互联网和gnss定位的农机作业路径调取系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取系统及方法，涉及精准智能农业领域，通过人工驾驶车辆进入作业起始点，并在此过程中相隔一段距离采集多个定位点远程发送至数据服务中心，用射线法或电子围栏算法识别包含所有定位点或定位点个数最多的田块并提取相应的田块边界和规划路径，实现已作业田块信息的识别和路径规划信息的提取并远程发送至车载主控制器用于自动导航，解决现有的农业机械在实际田间运作时，每次都需要在作业开始前到地块进行踩点测量及路径规划并多次压地等问题，提高农业机械设备的作业效率。

Description

一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取系统及 方法
技术领域
本发明涉及精准智能农业领域，具体涉及一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取方法和系统。
背景技术
随着经济的发展与技术的进步，农业机械设备的应用越来越广泛，有效提高了农业资源的利用率和农业生产效率，促进我国农业的可持续发展。目前，现有的农业机械在实际田间运作时，每次都需要在作业开始前到地块进行踩点定位测量及路径规划，这不仅会多次轧地甚至轧苗，而且大大浪费了人力物力，降低农机的自动化程度。如果是水田，还会破坏硬泥层，增大陷车机率。因此，如果能对已作业田块进行准确识别并提取已存储好的规划路径，将会大大提高农业机械设备的自动化程度和作业效率，保护农田作物。
近年来，智能化农机及农机管理系统发展迅速。专利CN104865874A公开了一种基于北斗导航的智能化农机系统的管理方法，通过北斗系统进行农业机械的定位以及通过GPRS传输作业的实时画面，同时用控制器采集作业参数进而显示在车载终端给予驾驶员提供作业参考，但该管理方法未提供作业路径的规划以及旧田块的识别。专利CN107255976A公开了一种基于“互联网+北斗+GIS”服务的智慧农场监管系统，通过互联网将北斗定位信息和作业状态信息以及农场基础信息发送到信息管理中心，实现对农业机械作业的轨迹和农场基础信息显示和调度，同样未实现对旧作业田块的识别和规划路径的调取。
综上所述，现有技术中农业机械应用北斗卫星和互联网，主要还在机具状态及位置监测研究方面，实际田间作业时，未能进行旧田块的识别及规划路径的提取。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取方法和系统，以实现农业机械实际田间作业前，实现对已作业田块的准确识别，从而提取规划路径，提升作业效率。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取系统，包括卫星、地面GNSS定位终端、安装在农机上的农机GNSS定位终端、移动通信塔和数据服务中心；所述地面GNSS定位终端包括定位天线、基准接收机和基准电台；所述定位天线连接基准接收机接收卫星信号并实现农业机械的定位，通过基准电台与安装在农机上的农机GNSS定位终端的移动电台进行无线通信；农机GNSS定位终端包括天线、移动电台、移动接收机、车载主控制器、车载显示器、CAN/串口通信模块和移动通信模块，其中车载主控制器与车载显示器相连，通过天线、移动电台和移动接收机接收并处理地面GNSS定位终端的定位数据并在车载显示器显示，同时通过CAN/串口通信模块和移动通信模块将定位数据经过移动通信塔发送至数据服务中心；数据服务中心包括服务器和数据库，服务器接收农机主控制器发送的定位数据进行数据校验后保存至数据库，识别出当前作业田块后通过移动通信模块提取旧田块信息和规划路径远程发送至车载主控制器。
进一步的，所述移动通信模块可通过2G或者3G或者4G或者WIFI或者LoRa进行远程数据传输。
一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取方法，通过以下步骤来实现：
步骤一：获取已作业田块信息：已作业过的田块，再次作业前人工驾驶车辆进入田块作业起始点，在此过程中相隔一定距离采集多个定位点坐标；
步骤二：定位数据的远程发送：将步骤一)中获得的定位点坐标经过车载主控制器处理后通过移动通信模块发送给数据服务中心；
步骤三：数据服务中心校验接收步骤二)传来的数据：服务器接收到定位点数据通过农业机械行驶速度和接收时间和上个定位点进行累加来判断下个定位点是否正常；
步骤四：已作业田块识别：将步骤三)中采集好的定位点与数据库的已存储的田块信息进行比较，识别农机所发送定位点所在田块；
步骤五：规划路径调取：服务器将识别出的田块边界及路径规划信息通过移动通信模块远程传送给车载主控制器用于后续自动导航。
进一步的，已作业田块识别和路径规划调取通过以下步骤实现：对于已作业过的田块，再次作业前人工驾驶车辆进入田块作业起始点，在此过程中相隔一定距离采集多个定位点坐标通过移动通信模块发送至数据服务中心，数据服务中心对接收到的定位点坐标通过射线法进行田块识别，并判断是否对应同一田块：若多个定位点对应同一田块，则调取识别出的田块边界和规划路径信息，并通过移动通信模块发送至车载主控制器；若多个定位点不包含在同一田块中，则提取包含定位点个数最多的田块边界和规划路径信息并发送至车载主控制器。
进一步的，数据服务中心对接收到的定位点坐标还可以通过电子围栏算法进行田块识别。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明能够实现在对已作业田块进行再次作业前，通过地面GNSS定位终端和安装在农机上的GNSS定位终端实现差分定位，并将定位信息通过移动互联网发送至数据服务中心进行判断识别，并远程提取保存在数据库中的已规划路径信息，避免了重复采集田块边界信息和路径规划，提升作业效率，提高自动化程度，减少压地次数。
附图说明
图1为本发明的农机作业路径调取方法流程图。
图2为本发明的农机作业路径调取系统组成原理图。
图中：1、地面GNSS定位终端；2、定位天线；3、基准接收机；4、基准电台；5、卫星；6、农机GNSS定位终端；7、移动接收机；8、移动电台；9、车载显示器；10、车载主控制器；11、CAN/串口通信模块；12、移动通信模块；13、移动通信塔；14、数据服务中心；15、天线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取方法，通过以下步骤来实现：
(1)新田块边界采集及路径规划。采集初次作业新田块边界信息并进行路径规划，将边界信息和规划的路径信息通过移动通信模块发送至数据服务中心存储；
(2)获取已作业田块信息。对步骤(1)已作业过的田块，再次作业前人工驾驶车辆进入田块作业起始点，在此过程中相隔一定距离采集多个定位点坐标；
(3)定位数据的远程发送。将采集的多个定位点坐标经过车载主控制器处理后通过移动通信模块发送给数据服务中心；
(4)数据服务中心校验接收数据。服务器接收到定位点数据通过农业机械行驶速度和接收时间和上个定位点进行累加来判断下个定位点是否正常。
(5)已作业田块识别。将采集好的定位点与数据库的已存储的田块信息进行比较，识别农机所发送定位点所在田块；
(6)规划路径调取。服务器将识别出的田块边界及路径规划信息通过移动通信模块远程传送给车载主控制器10用于后续自动导航。
其中地面GNSS定位终端实现对农业机械的实时定位、数据的转发；安装在农机上的GNSS定位终端实现对数据的接收解译以及转发；数据服务中心实现位置数据的存储和田块的识别和规划路径的提取。
该系统在实际田间运作过程中，定位天线接收卫星的定位信息经过基准接收机和基准电台发送给移动电台，同时天线接收卫星的定位信息结合移动电台发送给移动接收机的定位信息，传送给车载主控制器进行数据的解译，车载主控制器经过CAN/串口通信模块和移动通信模块进行数据交换，移动通信模块经过移动通信塔进行数据转发至数据服务中心实现数据的保存和识别。
进一步的，所述已作业田块识别和路径规划调取通过以下方法实现：对于已作业过的田块，再次作业前人工驾驶车辆进入田块作业起始点，在此过程中相隔一定距离采集多个定位点坐标通过移动通信模块发送至数据服务中心，数据服务中心对接收到的定位点坐标通过射线法或电子围栏算法进行田块识别，并判断是否对应同一田块。如果多个定位点对应同一田块，则调取识别出的田块边界和规划路径信息，并通过移动通信模块发送至车载主控制器；如果多个定位点不对应同一田块，则提取包含定位点个数最多的田块边界和规划路径信息并发送至车载主控制器。
为实现以上农机作业路径调取方法，本发明还提供了一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取系统，包括卫星5、地面GNSS定位终端1、安装在农机上的农机GNSS定位终端6、移动通信塔13和数据服务中心14；
其特征在于：所述地面GNSS定位终端包括定位天线2、基准接收机3和基准电台4，地面GNSS定位终端1通过定位天线2连接基准接收机3接收卫星5信号并实现农业机械的定位，通过基准电台4与安装在农机上的GNSS定位终端6的移动电台8进行无线通信；
所述安装在农机上的GNSS定位终端6包括天线15、移动电台8、移动接收机7、车载主控制器10、车载显示器9、CAN/串口通信模块11和移动通信模块12，其中车载主控制器10与车载显示器9相连，通过天线15、移动电台8和移动接收机7接收并处理地面GNSS定位终端1的定位数据并在车载显示器9显示，同时通过CAN/串口通信模块11和移动通信模块12将定位数据经过移动通信塔13发送至数据服务中心14；
所述数据服务中心14包括服务器和数据库，服务器接收农机车载主控制器10发送的定位数据进行数据校验后保存至数据库，识别出当前作业田块后通过移动通信模块12提取旧田块信息和规划路径远程发送至车载主控制器10；
所述移动通信模块12可通过2G/3G/4G/WIFI/LoRa进行远程数据传输。
下面结合图1～图2，以无人驾驶施药机为例，具体说明本发明的工作过程：首先作业前人工驾驶施药机进入田块作业起始点，在此过程中相隔一定距离采集三个定位点坐标。安装在农机上的农机GNSS定位终端6将采集的三个定位点坐标经过车载主控制器10接收解译后后通过移动通信模块12发送给数据服务中心14，数据服务中心14包括服务器和数据库，数据服务中心14内的服务器接收到定位点数据通过农业机械行驶速度和接收时间与上个定位点进行累加来判断下个定位点是否正常：如果数据正常则保存至数据库与数据库的田块信息坐标点进行比对识别，否则丢弃数据并发送错误信息给车载主控制器10；
数据服务中心14内的服务器通过射线法判断采集的三个定位点是否都包含在数据库中的旧田块中，如果都包含在同一块旧田块中则调取该田块信息和规划路径发送到车载主控制器10进行施药，否则提取包含定位点个数最多的旧田块信息和规划路径发送到车载主控制器10并进行施药。即数据库中有多个田块信息，有可能采集的三个点中的两个点包含在这块地，一个点包含在那块地，则提取包含两个点的这块地的信息。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取系统的调取方法，其特征在于，包括卫星(5)、地面GNSS定位终端(1)、安装在农机上的农机GNSS定位终端(6)、移动通信塔(13)和数据服务中心(14)；所述地面GNSS定位终端(1)包括定位天线(2)、基准接收机(3)和基准电台(4)；所述定位天线(2)连接基准接收机(3)接收卫星(5)信号并实现农业机械的定位，通过基准电台(4)与安装在农机上的农机GNSS定位终端(6)的移动电台(8)进行无线通信；农机GNSS定位终端(6)包括天线(15)、移动电台(8)、移动接收机(7)、车载主控制器(10)、车载显示器(9)、CAN/串口通信模块(11)和移动通信模块(12)，其中车载主控制器(10)与车载显示器(9)相连，通过天线(15)、移动电台(8)和移动接收机(7)接收并处理地面GNSS定位终端(1)的定位数据并在车载显示器(9)显示，同时通过CAN/串口通信模块(11)和移动通信模块(12)将定位数据经过移动通信塔(13)发送至数据服务中心(14)；数据服务中心(14)包括服务器和数据库，服务器接收车载主控制器(10)发送的定位数据进行数据校验后保存至数据库，识别出当前作业田块后通过移动通信模块(12)提取已作业过的田块和规划路径远程发送至车载主控制器(10)；通过以下步骤来实现：
步骤一：获取已作业田块信息：已作业过的田块，再次作业前人工驾驶车辆进入田块作业起始点，在此过程中相隔一定距离采集多个定位点坐标；
步骤二：定位数据的远程发送：将步骤一中获得的定位点坐标经过车载主控制器(10)处理后通过移动通信模块(12)发送给数据服务中心(14)；
步骤三：数据服务中心(14)校验接收步骤二传来的数据：服务器接收到定位点数据通过农业机械行驶速度和接收时间算出行驶距离并计算理想定位坐标后来判断接收定位数据是否正常；
步骤四：已作业田块识别：将步骤三中采集好的定位点与数据库的已存储的田块信息进行比较，识别农机所发送定位点所在田块；
步骤五：规划路径调取：服务器将识别出的田块边界及路径规划信息通过移动通信模块(12)远程传送给车载主控制器(10)用于后续自动导航。
2.根据权利要求1所述的基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取系统的调取方法，其特征在于，所述移动通信模块(12)可通过2G或者3G或者4G或者WIFI或者LoRa进行远程数据传输。
3.根据权利要求1所述的基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取系统的调取方法，其特征在于，已作业田块识别和路径规划调取通过以下步骤实现：对于已作业过的田块，再次作业前人工驾驶车辆进入田块作业起始点，在此过程中相隔一定距离采集多个定位点坐标通过移动通信模块(12)发送至数据服务中心(14)，数据服务中心(14)对接收到的定位点坐标通过射线法进行田块识别，并判断是否对应同一田块：若多个定位点对应同一田块，则调取识别出的田块边界和规划路径信息，并通过移动通信模块(12)发送至车载主控制器(10)；若多个定位点不包含在同一田块中，则提取包含定位点个数最多的田块边界和规划路径信息并发送至车载主控制器(10)。
4.根据权利要求3所述的基于移动互联网和GNSS定位的农机作业路径调取系统的调取方法，其特征在于，数据服务中心(14)对接收到的定位点坐标还可通过电子围栏算法进行田块识别。
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