[發明專利]跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統及方法

無效

• 申請號: 201310711419.3
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103673970A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 熊中剛;羅素連;賀娟;敖邦乾;令狐金卿
• 申請（專利權）人: 遵義師范學院
• 主分類號: G01B21/28
• 分類號: G01B21/28;G06Q50/02
• 代理公司: 遵義市遵科專利所 52102
• 代理人: 劉學詩

1.跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統，其特征在于：包括跨區機械作業面積測量模塊、ARM9系列嵌入式中央處理器、GPRS網絡通信模塊、遠程監控顯示模塊、電源模塊、存儲模塊和檢測模塊；所述的跨區機械作業面積測量模塊包括GPS定位模塊、作業區域與非作業區域自動識別模塊和面積計量模塊；所述的GPS定位模塊通過通訊接口與ARM9嵌入式處理器連接；所述的作業區域與非作業區域自動識別模塊與ARM9嵌入式處理器連接；所述的面積計量模塊與ARM9嵌入式處理器連接；所述的ARM9嵌入式處理器主要用于定位信息的分析和處理，并完成作業面積計算，同時分別與GPRS網絡通信模塊、電源模塊、存儲模塊和檢測模塊連接；所述的通信模塊主要完成數據的實時遠程傳輸；所述電源模塊為整個系統供電；所述的存儲模塊和檢測模塊分別用于有用數據的存儲和發動機信息的檢測。

2.根據權利要求1所述的跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統，其特征在于：所述的ARM9系列處理器采用的是S3C2410型嵌入式處理器，所述的跨區機械作業面積測量模塊主要包括GPS定位模塊、作業區域與非作業區域識別模塊以及識別出的作業區域面積計量模塊，GPS定位模塊采用NEO-6M-0-001GPS接收機,定位信息通過RS485通信送入S3C2410嵌入式處理器，作業區域與非作業區域識別模塊與S3C2410嵌入式處理器連接，應用GPS定位模塊，實現對機械行走軌跡的記錄分析，運用條形掃描算法使系統自動識別出機械的作業區域和非作業區域，面積計量模塊與S3C2410嵌入式處理器連接，完成識別出的作業區域的面積測量，并實現費用的計算。

3.根據權利要求1所述的跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統，其特征在于：所述的GPRS網絡通信模塊將測量數據通過GPRS經由Internet實時將下位機監控數據傳輸至遠程監控顯示模塊。

4.根據權利要求1所述的跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統，其特征在于：所述的遠程監控顯示模塊即PC監控顯示界面，是基于Microsoft?Visual?Basic6.0遠程監控軟件。

5.根據權利要求1所述的跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統，其特征在于：所述的電源模塊主要由車體自帶的24V蓄電池供電，并通過ZA3020分別穩壓輸出5V、4.2V、3.3V和1.8V，給ARM9中央處理器、GPS定位模塊和網絡通信模塊等供電。

6.根據權利要求1所述的一種跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統，其特征在于：所述的存儲模塊與ARM9處理器連接，主要是對ARM9處理器識別出的機械作業區域的信息數據以及對相應面積測量結果和計算費用存儲。

7.根據權利要求1所述的跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統，其特征在于：所述的檢測模塊主要是通過CAN總線通信方式將各傳感器檢測單元與ARM9處理器連接，用于對機械發動機常規故障參數的遠程檢測與診斷工作，重點完成對發動機功率、單缸斷火功率、發動機油耗、冷卻液溫度、機油壓力、次級點火電壓、點火提前角、氣缸壓力、起動電流以及噴油脈沖信號的檢測。

8.跨區作業機械的作業區域自動識別與面積測量系統的方法，其特征在于，具體面積測量方法包括以下步驟：

（1）跨區作業機械連續作業區域自動識別算法設計；

GPS模塊通過RS485通信方式連接到S3C2410嵌入式處理器，運用GPS定位經S3C2410嵌入式處理器對機械每秒鐘采集一次定位信息，得到N個離散點陣信息，設機械的運動軌跡是由其中Ω(Ω∈N)個按照定位采集時間先后順序的目標物即車體所在的位置坐標(x_n,y_n)構成，故將其相關軌跡信息定義為：

T={(x₀,y₀),(x₁,y₁),(x₂,y₂),Λ,(x_Ω,y_Ω)}????（1）

本發明所述采用對區域內坐標點矩形條掃描法對所界定區域內的X、Y坐標進行掃描計數。將所得到的定位點信息建立在平面坐標系內，具體實現步驟如下：

①沿y坐標軸掃描

以起始定位點A(x₀,y₀)為掃描起始位置，采用的掃描矩形條為：

y₀≤y_n<y₀+n·Δ????（2）

其中Δ為矩形條高度，且滿足：

Δ=s=v·t（v,t為已知量）????（3）

分別對所有機械作業的點(x_n,y_n)進行連續平移掃描、判斷并計數，將各對應區間內掃描的點數記為D(k)（k=±1,±2,Λ,±n）。

若當連續掃描到的點數滿足：

D(k),D(k±1),D(k±2)≤1????（4）

時，則停止掃描，取其中掃描序號接近零的一個矩形區域，即通過式：

min(|k|,|k±1|,|k±2|)>0????（5）

取得矩形區域作為掃描到的邊界區域，并該區域內的數據中選取最大值y_max作為沿y軸掃描的上下邊界值。由此可以識別出連續作業區域，區域內的點為連續作業定位點。

②沿x坐標軸掃描

同樣以起始定位點A(x₀,y₀)為掃描起始位置，采用的掃描矩形條為：

x₀≤x_n<x₀+n·Δ????（6）

其中Δ為矩形條高度，且滿足：

Δ=s=v·t（v,t為已知量）????（7）

分別對機械作業所有軌跡點(x_n,y_n)進行連續平移掃描、判斷并計數，將各對應區間內掃描的點數記為D(k)（k=±1,±2,Λ,±n）。

若當連續掃描到的點數滿足：

D(k),D(k±1),D(k±2)≤1????（8）

時，則停止掃描，取其中掃描序號接近零的一個矩形區域，即通過式：

min(|k|,|k±1|,|k±2|)>0????（9）

取得矩形區域作為掃描到的邊界區域，并該區域內的數據中選取最大值x_max作為沿y軸掃描的上下邊界值。故而可以識別出沿該方向的連續作業區域，以及區域內的點為連續作業定位點；

綜合運用上述①——②中研究設計的識別算法，可以有效識別機械連續作業區域、連續作業定位點以及作業區域邊界點的分布區域；

（2）跨區作業機械連續作業的邊界點識別算法設計；

當進行上述連續作業區域識別之時，對每個掃描區域內的定位坐標點通過設計的排序算法進行最值比較，可得出沿y軸連續平移掃描時每個矩形條區域內的x_min和x_max以及沿x軸連續平移掃描的每個矩形條區域內的y_min和y_max，并以此作為微元矩形條的邊界，為后續面積計算法奠定基礎；

本發明所述的設計一種標記定位法進行排序輸出每組數據中的最小值和最大值。該算法主要特點是對兩個關鍵字比較大小后，無需進行排序，直接采用標記累加方式持續進行比較，算法實現的基本步驟如下：

（a）設上述任意一個矩形條圈定的區域內有n個定位點，將待排序的任意矩形區域內的一組元素記為A_n={c₁,c₂,c₃,Λ,c_n}，給每一個元素設一個計數器counter_data，且設其初始值為0，即counter_data=0，用來表示計算數組中小于或等于自身元素的個數；

（b）通過對數組中兩兩元素之間進行比較，計算記錄A_n中每個元素的counter_data，詳細過程如下：

①設當A_n中的元素c₁，先和元素c₂進行比較，如果c₁>c₂，則counter_data1加1，否則counter_data2加1，接著逐次與c₃,c₄,Λ,c_n-1,c_n比較，輸出每個元素的counter_data；

②其次A_n中的元素c₂，先與元素c₃進行比較，如果c₂>c₃，則counter_data2加1，否則counter_data3加1，接著逐次與c₄,c₅,Λ,c_n-1,c_n進行比較，同樣輸出每個元素的counter_data；

③逐次類推，一直到元素a_n-1與元素a_n比較完為止，即得出數組A_n中每個元素的counter_data總值；

（c）經過上述方法計算出元素的counter_data值加1之后，實際上是元素排序后在數組中的位置號，即可確定排序后新位置。由此可以輸出該組中的最大值和最小值；

（3）跨區作業機械的作業區域面積計量算法設計；

如圖3所示，是按照本發明所述的矩形條掃描法和排序算法所界定的沿y軸方向掃描的一個微元矩形條，設由每個矩形區域內橫坐標點的最大（x_max）和最小值（x_min）所組成的點集為A_xmin={a₁,a₂,a₃,Λ,a_n}，其對應的x_max的點集為A_xmax={b₁,b₂,b₃,Λ,b_n}，則按照近似矩形條求面積法可以得到第一個矩形條面積為：

s₁=(b₁-a₁)·Δ

第二個矩形條面積為：

s₂=(b₂-a₂)·Δ

以此類推可得第n個矩形條的面積為：

s_n=(b_n-a_n)·Δ

則整個作業區域的面積可近似計算為：

S=s₁+s₂+s₃+Λ+s_n

故S=Δ·Σi=1n(bi-ai)---(10)]]>

其中n是區域內矩形條個數，S表示整個作業區域的面積，Δ是矩形條高度。