CN115951602A - 基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，属于农业领域，用于解决农机作业无法依据农业区域的区域情况以及农业区域内种植物的生长情况进行精准作业的问题，包括定位监测模块、历史作业记录模块、作业定位模块和需求分析模块，需求分析模块用于对农田区域内农作物的作业需求进行分析，历史作业记录模块用于对农田区域的作业情况进行记录，作业定位模块用于对农机的作业路径进行定位，得到农机的作业轨迹线，定位监测模块用于对农机作业时的定位情况进行监测，生成作业异常信号或作业正常信号，本发明是根据农业区域的区域情况以及农业区域内种植物的生长情况实现农机的精准作业。

Description

基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统

技术领域

本发明属于农业领域，涉及农机定位作业控制技术，具体是基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统。

背景技术

农业机械是指在作物种植业和畜牧业生产过程中，以及农、畜产品初加工和处理过程中所使用的各种机械，农业机械包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械、植物保护机械等，广义的农业机械还包括林业机械、渔业机械和蚕桑、养蜂、食用菌类培植等农村副业机械；

当下农机在进行作业时，通常在指定农业区域进行作业，农机作业无法根据农业区域的区域情况以及农业区域内种植物的生长情况设定精准的作业行为，也没有准确的差异化作业；

为此，我们提出基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是如何根据农业区域的区域情况以及农业区域内种植物的生长情况实现农机的精准作业。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，包括处理器，处理器连接有驱动组件、辅助采集模块和服务器，所述服务器连接有数据采集模块、定位模块、定位监测模块、历史作业记录模块、作业定位模块、需求分析模块以及用户终端，所述用户终端用于工作人员输入农田区域内农作物的实时生长数据和实时环境数据并发送至服务器，所述服务器将实时生长数据和实时环境数据发送至需求分析模块；

所述需求分析模块用于对农田区域内农作物的作业需求进行分析，分析得到农田区域的第一作业需求值反馈至服务器，所述服务器将农田区域的第一作业需求发送至作业定位模块；

所述用户终端模块还用于输入农田区域的历史作业数据并发送至服务器，所述服务器将历史作业数据发送至历史作业记载模块；所述历史作业记录模块用于对农田区域的作业情况进行记录，得到农田区域的第二作业需求值反馈至服务器，所述服务器将农田区域的第二作业需求值发送至作业定位模块；所述作业定位模块用于对农机的作业路径进行定位，定位得到农机的作业轨迹线反馈至服务器，所述服务器将农机的作业轨迹线发送至处理器；

在农机对农田区域进行作业时，处理器依据作业轨迹线控制驱动组件进行工作，驱动组件驱动农机按照作业轨迹线为指定的农田区域进行作业；

所述辅助采集模块用于采集农机的实时运行数据并发送至处理器，所述处理器将实时运行数据发送至服务器，所述服务器将实时运行数据发送至运行监测模块；所述定位模块用于定位农田区域的实时位置，所述定位监测模块用于对农机作业时的定位情况进行监测，生成作业异常信号或作业正常信号。

进一步地，实时生长数据为农田区域内农作物的实时生长高度、实时茎干直径和实时叶片宽幅；

实时环境数据为农田区域的实时湿度值、实时温度值和实时土壤养分含量；

历史作业数据为农田区域的农机作业次数、上一次农机的作业时间。

进一步地，所述需求分析模块的分析过程具体如下：

获取农田区域内农作物的实时生长高度，而后获取农田区域内农作物的实时茎干直径和实时叶片宽幅；

计算得到农田区域内农作物的实时生长需求值；

同时，获取农田区域的实时湿度值和实时温度值，而后再获取农田区域的实时土壤养分含量；

计算农田区域的实时环境需求值；

结合实时生长需求值和实时环境需求值计算农田区域的第一作业需求值。

进一步地，所述历史作业记录模块的记录过程具体如下：

获取农田区域的农机作业次数；

而后获取农田区域上一次农机的作业时间，利用服务器的当前时间减去上一次农机的作业时间得到农田区域的农机作业间隔时长；

计算农田区域的第二作业需求值。

进一步地，所述作业定位模块的定位过程具体如下：

获取农田区域的第一作业需求值和第二作业需求值；

计算农田区域的作业值；

作业值比对作业阈值，判定农田区域的作业等级为第三作业等级、第二作业等级或第一作业等级；

依据农业等级为农田区域设定不同颜色的作业坐标点，相同颜色的作业坐标点构成农机的作业轨迹线。

进一步地，作业坐标点的设定过程具体为：

若第三作业等级，则设定绿色的作业坐标点；

若第二作业等级，则设定黄色的作业坐标点；

若第一作业等级，则设定红色的作业坐标点。

进一步地，实时运行数据为农机的实时位置、实时高度值和实时速度值。

进一步地，所述定位监测模块的监测过程具体如下：

获取农机的实时位置以及农机当前作业时农田区域的实时位置；

通过两点距离公式计算得到农机与农机当前作业时农田区域的作业间距；

若作业间距超过间距阈值，则生成作业异常信号；

若作业间距未超过间距阈值，则获取农机的实时高度值和实时速度值，而后获取服务器中存储的农机的作业标准高度值和作业标准高度速度值；实时高度值与作业标准高度值进行比对，实时速度值与作业标准速度值进行比对；若实时高度值超过作业标准高度值或实时速度值超过作业标准速度值，则生成作业异常信号；若实时高度值未超过作业标准高度值，且实时速度值未超过作业标准速度值，则生成作业正常信号。

进一步地，所述定位监测模块将作业异常信号或作业正常信号反馈至服务器；

若服务器接收到作业正常信号，则不进行任何操作，若服务器接收到作业异常信号，则将作业异常信号发送至用户终端，所述用户终端接收到作业异常信号后用于对农机进行作业调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明工作人员通过需求分析模块对农田区域内农作物的作业需求进行分析，得到农田区域的第一作业需求值发送至作业定位模块，再通过历史作业记录模块对农田区域的作业情况进行记录，得到农田区域的第二作业需求值发送至作业定位模块，通过作业定位模块对农机的作业路径进行定位，得到农机的作业轨迹线，在农机对农田区域进行作业时，处理器依据作业轨迹线控制驱动组件进行工作，驱动组件驱动农机按照作业轨迹线为指定的农田区域进行作业，本发明根据农业区域的区域情况以及农业区域内种植物的生长情况实现农机的精准作业；

2、本发明在农机进行作业时，通过定位监测模块对农机作业时的定位情况进行监测，依据作业间距、作业高度值和作业速度值，判定生成作业异常信号或作业正常信号，本发明方便对作业中的农机进行运行监测，避免农机作业出现偏差。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的整体系统框图；

图2为本发明的又一系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，本系统主要适用于农机在集中广阔的农田区域进行作业时，其中，农机可以农用无人机、农业拖拉机等，在本技术方案中，农机为农用无人机，包括处理器，处理器设置在农机上或者农机内部，处理器连接有驱动组件、辅助采集模块和服务器，服务器连接有数据采集模块、定位模块、定位监测模块、历史作业记录模块、作业定位模块、需求分析模块以及用户终端；

具体的，用户终端用于工作人员输入个人信息注册登录系统，并将个人信息发送至服务器，其中，个人信息包括工作人员的姓名、手机号码、身份证号码等；

在具体实施时，此处我们默认农田区域内的农作物为同一种类，农作物为同一批次同时期进行种植，且农田区域为集中分布的，农田区域已经事先进行划分；

用户终端用于工作人员输入农田区域内农作物的实时生长数据和实时环境数据，并将实时生长数据和实时环境数据发送至服务器，服务器将实时生长数据和实时环境数据发送至需求分析模块；

需要具体说明的是，实时生长数据为农田区域内农作物的实时生长高度、实时茎干直径、实时叶片宽幅等，其中，采用抽检的方式，获取农田区域内指定数量农作物的生长高度、茎干直径和叶片宽幅，而后计算均值因此此处的实时生长高度、实时茎干直径、实时叶片宽幅为农田区域内所有农作物的平均值；实时环境数据为农田区域的实时湿度值、实时温度值、实时土壤养分含量等，其中，在农田区域内的不同地点进行测量湿度值、温度值和土壤养分含量，而后计算均值所得到实时湿度值、实时温度值和实时土壤养分含量；

在具体实施时，工作人员通过标尺、卷尺、土壤养分含量检测仪、传感器等相关设备将实时生长数据和实时环境数据进行测得；

需求分析模块用于对农田区域内农作物的作业需求进行分析，分析过程具体如下：

获取农田区域内农作物的实时生长高度，并将实时生长高度标记为SGi，i＝1，2，……，z，z为正整数，i代表农田区域的编号；

而后获取农田区域内农作物的实时茎干直径SJi和实时叶片宽幅SYi；

通过公式SSi＝1/SGi×a1+SJi×a2+SYi×a3计算得到农田区域内农作物的实时生长需求值SSXi；式中，a1、a2和a3均为固定数值的权重系数，且a1、a2和a3的取值均大于零，由此上式可见，实时生长高度、实时茎干直径和实时叶片宽幅均与实时生长需求值成反比关系；

同时，获取农田区域的实时湿度值SSi和实时温度值SWi；

而后再获取农田区域的实时土壤养分含量，并将实时土壤养分含量标记为SYHi；

通过公式SHXi＝SWi/(SSi+SYHi)计算得到农田区域的实时环境需求值SHXi；由上式可知，实时温度值与实时环境需求值成正比关系，实时湿度值、实时土壤养分含量均与实时环境需求值成反比关系，此处解释实时湿度值与实时环境需求值为反比关系，因为在本方案中农机为农用无人机，农用无人机通常对农田区域进行喷洒药物，喷洒药物通常为液体状，因此当农田区域的湿度过大，其喷洒药物的剂量可能就需要相应的减少，以避免农田区域湿度过大，腐烂农作物的根部；

结合实时生长需求值和实时环境需求值计算农田区域的第一作业需求值ZX1i，计算公式具体如下：

ZX1i＝SHXi×α+SSXi×β，式中，α和β均为固定数值的权重系数，且α和β的取值均大于零；

需求分析模块将农田区域的第一作业需求值ZX1i反馈至服务器，服务器将农田区域的第一作业需求值ZX1i发送至作业定位模块；

用户终端模块还用于输入农田区域的历史作业数据，并将历史作业数据发送至服务器，服务器将历史作业数据发送至历史作业记载模块；

需要具体解释的是，历史作业数据为农田区域的农机作业次数、上一次农机的作业时间；

历史作业记录模块用于对农田区域的作业情况进行记录，记录过程具体如下：

获取农田区域的农机作业次数，并将农机作业次数标记为ZYi；

而后获取农田区域上一次农机的作业时间，利用服务器的当前时间减去上一次农机的作业时间得到农田区域的农机作业间隔时长JZYi；

通过公式ZX2i＝ZYi×b1+JZYi×b2计算得到农田区域的第二作业需求值ZX2i，式中，b1和b2均为固定数值的权重系数，且b1和b2的取值均大于零；

历史作业记录模块将农田区域的第二作业需求值ZX2i反馈至服务器，服务器将农田区域的第二作业需求值ZX2i发送至作业定位模块；

作业定位模块用于对农机的作业路径进行定位，定位过程具体如下：

获取上述计算得到农田区域的第一作业需求值ZX1i和第二作业需求值ZX2i；

通过公式ZYi＝ZX1i×c1+ZX2i×c2计算得到农田区域的作业值ZYi，式中，c1和c2均为固定数值的权重系数，且c1和c2的取值均大于零；

若ZYi＜X1，则农田区域的作业等级为第三作业等级；

若X1≤ZYi＜X2，则农田区域的作业等级为第二作业等级；

若X2≤ZYi，则农田区域的作业等级为第一作业等级；其中，X1和X2均为个固定数值的作业阈值，且X1＜X2；

依据农业等级为农田区域设定不同颜色的作业坐标点，相同颜色的作业坐标点构成农机的作业轨迹线；

在本实施例中，作业坐标点的设定过程具体为：

若第三作业等级，则设定绿色的作业坐标点；

若第二作业等级，则设定黄色的作业坐标点；

若第一作业等级，则设定红色的作业坐标点；

作业定位模块将农机的作业轨迹线反馈至服务器，服务器将农机的作业轨迹线发送至处理器；

在农机对农田区域进行作业时，处理器依据作业轨迹线控制驱动组件进行工作，驱动组件驱动农机按照作业轨迹线为指定的农田区域进行作业；

由于在本技术方案中农机为农用无人机，因此驱动组件可以为农用无人机上的驱动电机；

与此同时，辅助采集模块用于采集农机的实时运行数据，并将实时运行数据发送至处理器，处理器将实时运行数据发送至服务器，服务器将实时运行数据发送至运行监测模块；

其中，实时运行数据为农机的实时位置、实时高度值和实时速度值，辅助采集模块具体为农机上的GPS、北斗导航和速度检测仪，实时位置和实时高度值均可以通过北斗导航得到，北斗导航的定高模式是根据北斗导航卫星测量农机的高度，实时速度值可以通过速度检测仪测量得到；

定位监测模块连接有定位模块，定位模块用于定位农田区域的实时位置，定位模块具体为设置在农田区域内的定位设备，定位监测模块用于对农机作业时的定位情况进行监测，监测过程具体如下：

获取农机的实时位置以及农机当前作业时农田区域的实时位置；

通过两点距离公式计算得到农机与农机当前作业时农田区域的作业间距；

若作业间距超过间距阈值，则生成作业异常信号，若作业间距未超过间距阈值，则获取农机的实时高度值和实时速度值；

而后获取服务器中存储的农机的作业标准高度值和作业标准高度速度值；

实时高度值与作业标准高度值进行比对，实时速度值与作业标准速度值进行比对；

若实时高度值超过作业标准高度值或实时速度值超过作业标准速度值，则生成作业异常信号；

若实时高度值未超过作业标准高度值，且实时速度值未超过作业标准速度值，则生成作业正常信号；

定位监测模块将作业异常信号或作业正常信号反馈至服务器，若服务器接收到作业正常信号，则不进行任何操作，若服务器接收到作业异常信号，则将作业异常信号发送至用户终端，用户终端接收到作业异常信号后用于对农机进行作业调整；

基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，工作时，工作人员通过用户终端输入农田区域内农作物的实时生长数据和实时环境数据，并将实时生长数据和实时环境数据发送至服务器，服务器将实时生长数据和实时环境数据发送至需求分析模块；

通过需求分析模块对农田区域内农作物的作业需求进行分析，获取农田区域内农作物的实时生长高度，而后获取农田区域内农作物的实时茎干直径SJi和实时叶片宽幅，计算农田区域内农作物的实时生长需求值，同时，获取农田区域的实时湿度值和实时温度值，而后再获取农田区域的实时土壤养分含量，计算农田区域的实时环境需求值，结合实时生长需求值和实时环境需求值计算农田区域的第一作业需求值，需求分析模块将农田区域的第一作业需求值反馈至服务器，服务器将农田区域的第一作业需求值发送至作业定位模块；

用户终端模块还输入农田区域的历史作业数据，并将历史作业数据发送至服务器，服务器将历史作业数据发送至历史作业记载模块；

通过历史作业记录模块对农田区域的作业情况进行记录，获取农田区域的农机作业次数，而后获取农田区域上一次农机的作业时间，利用服务器的当前时间减去上一次农机的作业时间得到农田区域的农机作业间隔时长，计算农田区域的第二作业需求值，历史作业记录模块将农田区域的第二作业需求值反馈至服务器，服务器将农田区域的第二作业需求值发送至作业定位模块；

通过作业定位模块对农机的作业路径进行定位，获取农田区域的第一作业需求值和第二作业需求值，计算农田区域的作业值，作业值比对作业阈值，判定农田区域的作业等级为第三作业等级、第二作业等级或第一作业等级，依据农业等级为农田区域设定不同颜色的作业坐标点，若第三作业等级，则设定绿色的作业坐标点，若第二作业等级，则设定黄色的作业坐标点，若第一作业等级，则设定红色的作业坐标点，相同颜色的作业坐标点构成农机的作业轨迹线，作业定位模块将农机的作业轨迹线反馈至服务器，服务器将农机的作业轨迹线发送至处理器；

在农机对农田区域进行作业时，处理器依据作业轨迹线控制驱动组件进行工作，驱动组件驱动农机按照作业轨迹线为指定的农田区域进行作业，与此同时，通过辅助采集模块采集农机的实时运行数据，并将实时运行数据发送至处理器，处理器将实时运行数据发送至服务器，服务器将实时运行数据发送至运行监测模块；

定位模块定位农田区域的实时位置，并通过定位监测模块对农机作业时的定位情况进行监测，获取农机的实时位置以及农机当前作业时农田区域的实时位置，计算农机与农机当前作业时农田区域的作业间距，若作业间距超过间距阈值，则生成作业异常信号，若作业间距未超过间距阈值，则获取农机的实时高度值和实时速度值，而后获取服务器中存储的农机的作业标准高度值和作业标准高度速度值，实时高度值与作业标准高度值进行比对，实时速度值与作业标准速度值进行比对，若实时高度值超过作业标准高度值或实时速度值超过作业标准速度值，则生成作业异常信号，若实时高度值未超过作业标准高度值，且实时速度值未超过作业标准速度值，则生成作业正常信号，定位监测模块将作业异常信号或作业正常信号反馈至服务器，若服务器接收到作业正常信号，则不进行任何操作，若服务器接收到作业异常信号，则将作业异常信号发送至用户终端，用户终端接收到作业异常信号后用于对农机进行作业调整。

在另一实施例中，请参阅图2所示，与上一实施例的不同之处在于，服务器还连接有数据采集模块，本实施例中采用数据采集模块替代用户终端；

具体的，数据采集模块用于采集农田区域内农作物的实时生长数据和实时环境数据，并将实时生长数据和实时环境数据发送至服务器，服务器将实时生长数据和实时环境数据发送至需求分析模块；

在具体实施时，数据采集模块具体为设置在农田区域内的传感器组件、摄像设备等，其中传感器组件包括温湿度传感器等。

上述公式均是去量纲取其数值计算，权重系数和比例系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，关于权重系数和比例系数的大小，只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，包括处理器，处理器连接有驱动组件、辅助采集模块和服务器，所述服务器连接有数据采集模块、定位模块、定位监测模块、历史作业记录模块、作业定位模块、需求分析模块以及用户终端，所述用户终端用于工作人员输入农田区域内农作物的实时生长数据和实时环境数据并发送至服务器，所述服务器将实时生长数据和实时环境数据发送至需求分析模块；

所述需求分析模块用于对农田区域内农作物的作业需求进行分析，分析得到农田区域的第一作业需求值反馈至服务器，所述服务器将农田区域的第一作业需求发送至作业定位模块；

所述用户终端模块还用于输入农田区域的历史作业数据并发送至服务器，所述服务器将历史作业数据发送至历史作业记载模块；所述历史作业记录模块用于对农田区域的作业情况进行记录，得到农田区域的第二作业需求值反馈至服务器，所述服务器将农田区域的第二作业需求值发送至作业定位模块；所述作业定位模块用于对农机的作业路径进行定位，定位得到农机的作业轨迹线反馈至服务器，所述服务器将农机的作业轨迹线发送至处理器；

在农机对农田区域进行作业时，处理器依据作业轨迹线控制驱动组件进行工作，驱动组件驱动农机按照作业轨迹线为指定的农田区域进行作业；

所述辅助采集模块用于采集农机的实时运行数据并发送至处理器，所述处理器将实时运行数据发送至服务器，所述服务器将实时运行数据发送至运行监测模块；所述定位模块用于定位农田区域的实时位置，所述定位监测模块用于对农机作业时的定位情况进行监测，生成作业异常信号或作业正常信号。

2.根据权利要求1所述的基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，实时生长数据为农田区域内农作物的实时生长高度、实时茎干直径和实时叶片宽幅；

实时环境数据为农田区域的实时湿度值、实时温度值和实时土壤养分含量；

历史作业数据为农田区域的农机作业次数、上一次农机的作业时间。

3.根据权利要求2所述的基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，所述需求分析模块的分析过程具体如下：

获取农田区域内农作物的实时生长高度，而后获取农田区域内农作物的实时茎干直径和实时叶片宽幅；

计算得到农田区域内农作物的实时生长需求值；

同时，获取农田区域的实时湿度值和实时温度值，而后再获取农田区域的实时土壤养分含量；

计算农田区域的实时环境需求值；

结合实时生长需求值和实时环境需求值计算农田区域的第一作业需求值。

4.根据权利要求2所述的基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，所述历史作业记录模块的记录过程具体如下：

获取农田区域的农机作业次数；

而后获取农田区域上一次农机的作业时间，利用服务器的当前时间减去上一次农机的作业时间得到农田区域的农机作业间隔时长；

计算农田区域的第二作业需求值。

5.根据权利要求1所述的基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，所述作业定位模块的定位过程具体如下：

获取农田区域的第一作业需求值和第二作业需求值；

计算农田区域的作业值；

作业值比对作业阈值，判定农田区域的作业等级为第三作业等级、第二作业等级或第一作业等级；

依据农业等级为农田区域设定不同颜色的作业坐标点，相同颜色的作业坐标点构成农机的作业轨迹线。

6.根据权利要求5所述的基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，作业坐标点的设定过程具体为：

若第三作业等级，则设定绿色的作业坐标点；

若第二作业等级，则设定黄色的作业坐标点；

若第一作业等级，则设定红色的作业坐标点。

7.根据权利要求1所述的基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，实时运行数据为农机的实时位置、实时高度值和实时速度值。

8.根据权利要求7所述的基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，所述定位监测模块的监测过程具体如下：

获取农机的实时位置以及农机当前作业时农田区域的实时位置；

通过两点距离公式计算得到农机与农机当前作业时农田区域的作业间距；

若作业间距超过间距阈值，则生成作业异常信号；

若作业间距未超过间距阈值，则获取农机的实时高度值和实时速度值，而后获取服务器中存储的农机的作业标准高度值和作业标准高度速度值；实时高度值与作业标准高度值进行比对，实时速度值与作业标准速度值进行比对；若实时高度值超过作业标准高度值或实时速度值超过作业标准速度值，则生成作业异常信号；若实时高度值未超过作业标准高度值，且实时速度值未超过作业标准速度值，则生成作业正常信号。

9.根据权利要求8所述的基于北斗导航的农机精准定位作业控制系统，其特征在于，所述定位监测模块将作业异常信号或作业正常信号反馈至服务器；

若服务器接收到作业正常信号，则不进行任何操作，若服务器接收到作业异常信号，则将作业异常信号发送至用户终端，所述用户终端接收到作业异常信号后用于对农机进行作业调整。

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