CN115131934A - 一种用于无人农场的监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无人农场的监测系统及方法，属实时工况报警领域，旨在解决现有技术中当人为对GNSS信号进行欺骗或干扰时，控制中心无法在无人驾驶农机超越围栏范围时进行有效报警和管控的问题。本发明通过边缘监控识别模块对农场边缘区域进行监控，边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块识别农机上的识别码，并通过第一无线通信模块和第二无线通信模块将农机上的识别码信息传给总控中心，总控中心接收第二无线通信模块传来的信息，总控中心控制报警单元报警；总控中心通过第二无线通信模块和第三无线通信模块向农机控制器发送停车指令，农机控制器控制农机停车。

Description

一种用于无人农场的监测系统及方法
技术领域
本发明属于实时工况报警技术领域，涉及一种用于无人农场的监测系统及方法。
背景技术
目前农业劳动力人口不足，使用农业机械作业替代人力作业是最直接解决劳动力不足的方案。其中最理想的形式是无人农场，即利用无人驾驶的农机自动完成土地耕整、播种、田间管理和收获（耕种管收）。
无人驾驶农机是无人农场中的主要组成部分，通常无人驾驶农机安装有卫星定位系统（GNSS）并且实时给控制中心回传自己的位置信息，控制中心可以根据无人驾驶农机的位置信息来判断其当前所处位置是否合规，是否有危险。同时控制中心对无人驾驶农机有虚拟电子围栏的设计，当无人驾驶农机所处位置超越电子围栏范围时，对管理人员进行报警，同时控制无人驾驶农机熄火停车。但是，当人为对GNSS信号进行欺骗或干扰时，即使无人驾驶农机实际位置已经超越电子围栏范围，但是回传给控制中心的位置信息依然是电子围栏范围之内的位置信息，控制中心无法得知无人驾驶农机的真实位置，无法进行有效的报警和管控。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中当人为对GNSS信号进行欺骗或干扰时，控制中心无法在无人驾驶农机超越围栏范围时进行有效的报警和管控的问题，提供一种用于无人农场的监测系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提出的一种用于无人农场的监测系统，包括第一供电单元、第一无线通信模块、第二无线通信模块、总控中心、报警单元、第三无线通信模块、农机控制器、第二供电单元、识别码和用于监测农场区域及识别识别码信息的边缘监控识别模块；第三无线通信模块、农机控制器、第二供电单元和识别码均安装在农机上；
边缘监控识别模块的输出端口与第一无线通信模块的输入端口相连，第一无线通信模块的输出端口与第二无线通信模块的输入端口相连；第二无线通信模块与总控中心相连，总控中心的输出端口与报警单元相连用于报警；第三无线通信模块的输入端口与第二无线通信模块相连，第三无线通信模块的输出端口与农机控制器的输入端口相连用于控制农机停车；
边缘监控识别模块和第一无线通信模块均与第一供电单元相连；第三无线通信模块和农机控制器均与第二供电单元相连。
优选地，所述边缘监控识别模块包括视频采集模块和边缘计算模块，所述视频采集模块的输出端口与所述边缘计算模块的输入端口相连，所述边缘计算模块的输出端口与所述第一无线通信模块的输入端口相连。
优选地，所述视频采集模块为高清摄像头；
所述视频采集模块安装在农场边缘，且距离地面50m-80m。
优选地，所述边缘计算模块为边缘处理器。
优选地，所述识别码下方安装有透明二维码灯箱，所述透明二维码灯箱外安装有光照传感器，所述透明二维码灯箱内安装有发光二极管；
所述光照传感器的输出端口和所述发光二极管的第一输入端口均与所述农机控制器相连；
所述光照传感器的输入端口和所述发光二极管的第二输入端口均与所述第二供电单元相连。
优选地，第一无线通信模块与第二无线通信模块采用4G或5G通信方式通信；
第三无线通信模块与第二无线通信模块采用4G或5G通信方式通信。
优选地，所述边缘监控识别模块与所述农机控制器相连；
所述边缘监控识别模块与所述农机控制器采用2.4G通信方式通信。
优选地，所述识别码的外表面设有防水薄膜。
本发明提出的一种用于无人农场的监测系统的方法，包括如下步骤：
第一供电单元为边缘监控识别模块和第一无线通信模块供电，第二供电单元为农机控制器和第三无线通信模块供电；
边缘监控识别模块对农场边缘区域进行监测，边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块识别农机上的识别码，采集越过监测区域的农机的身份信息；
通过第一无线通信模块和第二无线通信模块向总控中心传输身份信息，总控中心控制报警单元报警；
总控中心通过第二无线通信模块和第三无线通信模块向农机控制器发送停车指令，农机控制器控制农机停车。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种用于无人农场的监测系统，通过边缘监控识别模块能够对农场边缘区域进行监控，边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块识别农机上的识别码，采集越过监测区域的农机的身份信息；通过第一无线通信模块和第二无线通信模块向总控中心传输身份信息，总控中心接收第二无线通信模块传来的身份信息，总控中心控制报警单元报警；总控中心通过第二无线通信模块和第三无线通信模块向农机控制器发送停车指令，农机控制器控制农机停车。通过第一供电单元为边缘监控识别模块和第一无线通信模块供电，通过第二供电单元为第三无线通信模块和农机控制器供电，保证本发明提出的监测系统能够正常工作。因此，本发明提出的用于无人农场的监测系统，能够解决现有技术中当人为对GNSS信号进行欺骗或干扰时，控制中心无法在无人驾驶农机超越围栏范围时进行有效的报警和管控的问题。
进一步地，视频采集模块为高清摄像头，采集的图像像素高，便于边缘计算模块进行安全区域划分。视频采集模块安装在农场边缘，且距离地面50m-80m，能够使采集的农场边缘信息更准确。
进一步地，安装透明二维码灯箱在识别码的下方，且透明二维码灯箱外安装有光照传感器，透明二维码灯箱内安装有发光二极管，目的是为了在光线暗的情况下，方便视频采集模块采集识别码信息，即根据光照度控制是否需要补光，低碳环保。
进一步地，边缘监控识别模块与农机控制器相连，边缘监控识别模块与农机控制器采用2.4G通信，是为了在网络异常的时候，边缘监控识别模块将农场边缘异常信息及农机上的识别码信息传输至农机控制器，农机控制器直接控制农机停车。
进一步地，识别码的外表面设有防水薄膜，目的是为了保证识别码不被雨水淋湿。
本发明提出的一种用于无人农场的监测系统的方法，通过边缘监控识别模块将农机的身份信息传输至第一无线通信模块，第一无线通信模块再将信息传至第二无线通信模块，第二无线通信模块将信息传输至总控中心，总控中心控制报警单元报警，能够解决现有技术中当人为对GNSS信号进行欺骗或干扰时，控制中心无法在无人驾驶农机超越围栏范围时进行有效的报警的问题；同时总控中心将停车指令传至第二无线通信模块，第二无线通信模块再将停车指令传至第三无线通信模块，第三无线通信模块将停车指令发送给农机控制器，农机控制器控制农机停车，能够解决现有技术中当人为对GNSS信号进行欺骗或干扰时，控制中心无法在无人驾驶农机超越围栏范围时进行有效的管控的问题。该方法操作简单，便于解决现有技术存在的问题。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明网络正常时无人农场的监测系统结构图。
图2为本发明网络异常时无人农场的监测系统结构图。
图3为本发明网络正常时无人农场的监测方法流程图。
图4为本发明用于无人农场的监测系统的工作过程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
本发明提出一种用于无人农场的监测系统，如图1所示，包括第一供电单元、第一无线通信模块、第二无线通信模块、总控中心、报警单元、第三无线通信模块、农机控制器、第二供电单元、识别码和用于监测农场区域及识别识别码信息的边缘监控识别模块；第三无线通信模块、农机控制器、第二供电单元和识别码均安装在农机上；
边缘监控识别模块的输出端口与第一无线通信模块的输入端口相连，第一无线通信模块的输出端口与第二无线通信模块的输入端口相连，目的是为了将边缘监控识别模块获取的信息通过第一无线通信模块传输至第二无线通信模块；第二无线通信模块与总控中心相连，总控中心的输出端口与报警单元相连，能够在边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块识别农机上的识别码，采集越过监测区域的农机的身份信息，并通过第一无线通信模块和第二无线通信模块向总控中心传输身份信息，总控中心控制报警单元报警；第三无线通信模块的输入端口与第二无线通信模块相连，第三无线通信模块的输出端口与农机控制器的输入端口相连，总控中心通过第二无线通信模块和第三无线通信模块向农机控制器发送停车指令，农机控制器控制农机停车；边缘监控识别模块和第一无线通信模块均与第一供电单元相连；第三无线通信模块和农机控制器均与第二供电单元相连，保证监测系统能够正常工作。
其中，边缘监控识别模块包括视频采集模块和边缘计算模块，视频采集模块的输出端口与边缘计算模块的输入端口相连，边缘计算模块的输出端口与第一无线通信模块的输入端口相连。
安装在识别码下方的透明二维码灯箱外安装有光照传感器，透明二维码灯箱内安装有发光二极管；光照传感器的输出端口和发光二极管的第一输入端口均与农机控制器相连；光照传感器的输入端口和发光二极管的第二输入端口均与第二供电单元相连。当照度值低于1勒克斯时，透明二维码灯箱内的发光二极管开始发光。反之当照度值大于1勒克斯时，透明二维码灯箱内的发光二极管停止发光。
视频采集模块安装在农场边缘，且距离地面50m-80m，视频采集模块为高清摄像头，高清摄像头拥有透雾功能，可拍摄周围360°环视画面，像素不低于1200万。
边缘计算模块为边缘处理器，边缘计算模块可快速对高清图片进行处理与分析，算力不低于4TOPS。边缘计算模块可通过高清摄像头拍摄的照片快速识别照片中的识别码位置，并且判断照片中的每一个识别码是否位于安全区域内。
识别码的外表面设有防水薄膜，能够防止识别码破损。
当网络正常的时候，第一无线通信模块与第二无线通信模块采用4G或5G通信方式通信；第三无线通信模块与第二无线通信模块采用4G或5G通信方式通信。
如图2所示，当网络异常的时候，边缘监控识别模块与农机控制器相连，边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块识别农机上的识别码，并向农机控制器传输识别码信息，农机控制器控制农机停车；其中，边缘监控识别模块与农机控制器采用2.4G通信方式通信。
实施例2：
本发明提出的一种用于无人农场的监测系统的方法，如图3所示，包括如下步骤：
S1、第一供电单元为边缘监控识别模块和第一无线通信模块供电，第二供电单元为农机控制器和第三无线通信模块供电；
S2、边缘监控识别模块对农场边缘区域进行监测，边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块识别农机上的识别码，采集越过监测区域的农机的身份信息；
S3、通过第一无线通信模块和第二无线通信模块向总控中心传输身份信息，总控中心控制报警单元报警；
S4、总控中心通过第二无线通信模块和第三无线通信模块向农机控制器发送停车指令，农机控制器控制农机停车。
如图4所示，本发明提出的一种用于无人农场的监测系统的具体工作过程及工作原理如下：
第一步：根据将要安装的监测系统，将监测系统要管理和监控的范围设置到监测系统的边缘计算模块中，作为安全边界。
第二步：将视频采集模块安装在无人农场的外围边缘50米-80米高度的位置，对周围地面地物进行不间断拍摄。
第三步：对无人农场内的所有无人驾驶农机上安装唯一性识别码，并将识别码安装在透明二维码灯箱上方，透明二维码灯箱位于无人驾驶农机的车顶。
第四步：透明二维码灯箱内部的发光二极管根据安装在透明二维码灯箱顶部的光照传感器采集的照度值来控制是否发光。
第五步：视频采集模块每秒拍摄一张周围地物的照片，并将照片传输给边缘计算模块。
第六步：边缘计算模块在获取到拍摄的照片之后对照片进行处理和判读，识别照片中的识别码所处位置，并判断是否有识别码超出了安全边界。
第七步：如果有识别码超出了安全边界，对该识别码的内容进行解析，获取到超出安全边界的无人驾驶农机的身份信息。
第八步：判断边缘计算模块与总控中心，以及总控中心与农机控制器是否可以正常通讯。
如果通讯正常时，第一无线通信模块与第二无线通信模块采用4G或5G通信方式通信；第三无线通信模块与第二无线通信模块采用4G或5G通信方式通信；则边缘监控识别模块将农机的身份信息通过第一无线通信模块和第二无线通信模块发送给总控中心，总控中心收到身份信息后通过第二无线通信模块和第三无线通信模块将身份信息传给农机控制器，农机控制器控制农机熄火停车，同时总控中心通过报警单元通知无人农场管理人员。
如图2所示，如果通讯不正常时，边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块与农机控制器相连，边缘监控识别模块识别农机上的识别码获取农机的身份信息，并向农机控制器传输身份信息，安装在农机上的农机控制器控制农机停车，并在网络恢复后通过总控中心向无人农场管理人员发出报警。其中，边缘监控识别模块使用2.4G通信方式给农机控制器发送熄火停车的指令。
本发明提出的一种用于无人农场的监测系统及方法，通过边缘监控识别模块能够对农场边缘区域进行监控，边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块识别农机上的识别码，并通过第一无线通信模块和第二无线通信模块向总控中心传输识别码信息，总控中心接收第二无线通信模块传来的信息控制报警单元报警；总控中心通过第二无线通信模块和第三无线通信模块向农机控制器发送停车指令，农机控制器控制农机停车。因此，本发明提出的用于无人农场的监测系统及方法，能够解决现有技术中当人为对GNSS信号进行欺骗或干扰时，控制中心无法在无人驾驶农机超越围栏范围时进行有效的报警和管控的问题。具有如下优点：1）、用视觉来识别附近的无人驾驶农机所处位置是否合规；2）、可以无视GNSS信号的欺骗和干扰；3）、可以在夜间工作；4）、可以在网络异常的情况下完成报警工作；5）、透明二维码灯箱根据光照度控制是否需要补光，低碳环保。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于无人农场的监测系统，其特征在于，包括第一供电单元、第一无线通信模块、第二无线通信模块、总控中心、报警单元、第三无线通信模块、农机控制器、第二供电单元、识别码和用于监测农场区域及识别识别码信息的边缘监控识别模块；第三无线通信模块、农机控制器、第二供电单元和识别码均安装在农机上；
边缘监控识别模块的输出端口与第一无线通信模块的输入端口相连，第一无线通信模块的输出端口与第二无线通信模块的输入端口相连；第二无线通信模块与总控中心相连，总控中心的输出端口与报警单元相连用于报警；第三无线通信模块的输入端口与第二无线通信模块相连，第三无线通信模块的输出端口与农机控制器的输入端口相连用于控制农机停车；
边缘监控识别模块和第一无线通信模块均与第一供电单元相连；第三无线通信模块和农机控制器均与第二供电单元相连。
2.根据权利要求1所述的用于无人农场的监测系统，其特征在于，所述边缘监控识别模块包括视频采集模块和边缘计算模块，所述视频采集模块的输出端口与所述边缘计算模块的输入端口相连，所述边缘计算模块的输出端口与所述第一无线通信模块的输入端口相连。
3.根据权利要求2所述的用于无人农场的监测系统，其特征在于，所述视频采集模块为高清摄像头；
所述视频采集模块安装在农场边缘，且距离地面50m-80m。
4.根据权利要求2所述的用于无人农场的监测系统，其特征在于，所述边缘计算模块为边缘处理器。
5.根据权利要求1所述的用于无人农场的监测系统，其特征在于，所述识别码下方安装有透明二维码灯箱，所述透明二维码灯箱外安装有光照传感器，所述透明二维码灯箱内安装有发光二极管；
所述光照传感器的输出端口和所述发光二极管的第一输入端口均与所述农机控制器相连；
所述光照传感器的输入端口和所述发光二极管的第二输入端口均与所述第二供电单元相连。
6.根据权利要求1所述的用于无人农场的监测系统，其特征在于，第一无线通信模块与第二无线通信模块采用4G或5G通信方式通信；
第三无线通信模块与第二无线通信模块采用4G或5G通信方式通信。
7.根据权利要求1所述的用于无人农场的监测系统，其特征在于，所述边缘监控识别模块与所述农机控制器相连；
所述边缘监控识别模块与所述农机控制器采用2.4G通信方式通信。
8.根据权利要求1所述的用于无人农场的监测系统，其特征在于，所述识别码的外表面设有防水薄膜。
9.采用权利要求1所述的用于无人农场的监测系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一供电单元为边缘监控识别模块和第一无线通信模块供电，第二供电单元为农机控制器和第三无线通信模块供电；
边缘监控识别模块对农场边缘区域进行监测，边缘监控识别模块检测出农机越过农场边缘区域时，边缘监控识别模块识别农机上的识别码，采集越过监测区域的农机的身份信息；
通过第一无线通信模块和第二无线通信模块向总控中心传输身份信息，总控中心控制报警单元报警；
总控中心通过第二无线通信模块和第三无线通信模块向农机控制器发送停车指令，农机控制器控制农机停车。
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