跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法

跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法
【专利摘要】一种跨区作业机械作业区域自动识别与面积测量系统及方法。包括ARM9系列嵌入式中央处理器、跨区机械作业面积测量模块、电源模块、GPRS网络通信模块、存储模块、检测模块和远程监控显示模块。跨区机械作业面积测量模块包括GPS定位模块、作业区域与非作业区域自动识别模块和面积计量模块GPS定位模块将定位信息通过RS485通信送入ARM9嵌入式处理器；ARM9处理器对定位信息进行处理，计算出相应作业面积和费用；GPRS网络通信模块将测量数据实时传输到远程监控显示模块。快速完成面积和费用计算。测量迅速，能避免租赁经纪人与农户因农田面积而产生付费争议情况的发生，满足价格低廉、操作简单使用方便，为跨区农业机械作业收费提供准确依据。
【专利说明】跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及跨区作业的农业机械领域，尤其是涉及一种远程跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法，主要用于跨区作业农业机械的作业区与非作业区的自动识别，以及作业面积的自动测量，并实现计费和多台机械的同时管理。
【背景技术】
[0002]传统的农田面积大多使用皮尺测量，简单实用，但存在的主要问题是只适合于小面积的矩形田块，对于大面积的田块，则费时费力，易出差错，并且难以测量不规则田块的面积。
[0003]随着现代科技的发展，农业现代化的要求也越来越高。农业机械的信息化、自动化、数字化技术发展到现在，为满足发展需求人们已经做过大量研究。高速插秧机等农业机械的跨区作业是适合我国国情的农田生产作业形式，然而对于异地作业，机械调度管理者、机手和农民等都希望知道实际作业的面积以及其它参量，故在跨区作业机械上配置安装轨迹自动识别和面积测量系统是其发展趋势。传统机械调度管理者对农业机械作业面积或其它有用信息的获取，主要通过机械手估计信息或是询问雇主的方式将机械的作业信息告知机械管理者。每年由于对方经纪人或农户因少报农田面积等产生少付费等情况损失较为严重。以海宁永兴合作社为例，通过收割机抽样调查(5台)，因上述问题农机手少收益农田面积在5%?15% (以10%计算),平均每台收割机每年跨区作业面积166.67 h m 2以上,每667 m 2收费60?80元(以60元计算)，每台收割机每年损失15000元。农田面积是农业生产管理中最基础的数据之一，田块的大小直接决定了种子、化肥、农药等生产资料的投入量，也是农业机械进行田间作业计算工时和收费的主要依据。
[0004]目前出现的一类手持GPS面积测量仪主要是人工沿作业的农田行走一周，通过GPS定位得知标准矩形田块的坐标，然后经过相关数学方法计算出结果，或在此基础上增加路径和图形等显示功能。该类方式存在的主要问题是对于跨区作业机械的远程调度者实时准确了解机械情况十分不便，需要人工亲临现场沿农田行走一周才能获得相关数据，而且对于形状较为复杂的田块无法准确计算面积等参数。另一类是结合GPS和单片机进行开发的测量系统，如由北京农业信息技术研究中心研制的专利号为Z1200520113683.8的“农田作业面积测量仪”，主要通过霍尔元件检测脉冲数，通过轮子周长和工作宽度计算面积和速度，运用GSM进行数据传输。该类系统的问题是人需要预先知道机械的作业地点和作业区域，然后通过GPS定位绕行作业测量区域一周，自动记录作业路线的坐标，最后计算所围绕的面积。存在的突出问题是如果采用高精度的GPS定位系统，价格高不宜推广，采用低精度则误差大，亦难推广。而且无法实现对机械作业区和非作业区的自动轨迹识别，同时无法完成数据实时传输和非规则田块的面积测量，也未能实现远程调度者同时对多台跨区作业机械的监管等需求；还有一类是通过实时检测农业机械作业宽度和行走距离，接着计算面积和价格，例如专利号为Z1200710175342.7的“一种收割面积测量与计费系统及方法”和专利号为Z1200510012373.1的“自动在线测量谷物实时实际割幅宽度的方法及装置”都是应用超声波检测作业幅宽，然后经由单片机实时计算出作业面积和费用。此种方法由于机械作业环境差、工况复杂等原因，导致超声波检测收割幅宽存在较大误差，可靠性低，而且单片机对于大量数据的处理存在效率的影响，同时未能实现作业区和非作业区的自动识别，以及同时对多台机械的管理等功能。

【发明内容】

[0005]为解决上述问题，本发明公开了远程跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法，其特点是:采用ARM9作为中央处理器，采用价格较为便宜的GPS定位系统，针对GPS定位精度低的问题，设计提出基于复合滤波与平滑迭代算法进行处理，并通过静动态试验进行定位数据的修正；针对跨区作业机械，通过自行设计的条形扫描定位点的算法实现对GPS定位轨迹的自动识别，无论田块形状，系统都能通过对定位点的分析识别出机械的作业区域和非作业区域，然后计算扫描出的作业区域面积，并通过GPRS将数据实时传输到基于VB6.0开发的上位机监控软件进行远程监控，从而有效提高系统的智能性、远程管理便利性以及面积测量精度。
[0006]为了实现上述技术目的，本发明所述的技术方案是，远程跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法，包括:
[0007]ARM9中央处理器、GPS定位模块、电源模块、存储模块、检测模块、网络通信模块、远程监控显示模块、作业区域与非作业区域自动识别模块。
[0008]所述的ARM9中央处理器分别连接GPS定位模块、电源模块、存储模块、检测模块、网络通信模块和作业区域与非作业区域自动识别模块。
[0009]所述的ARM9中央处理器，主要完成对GPS模块定位数据的接收、检测模块数据的输入、信息的处理、作业区域的自动识别、数据的远程传输和存储以及显示打印功能。
[0010]所述的GPS定位模块，通过RS485通信方式与ARM9中央处理器连接，主要用于每隔固定时间对GPS卫星信号的接收，并将相应定位信息送入ARM9处理器，完成对跨区作业机械的行走轨迹的定位工作。
[0011]所述的电源模块，主要由车体自带的24V蓄电池供电，并通过ZA3020分别稳压输出5V、4.2V和3.3V，给ARM9中央处理器、GPS定位模块和网络通信模块供电。
[0012]所述的存储模块，是与ARM9处理器连接，主要是对ARM9处理器识别出的机械作业区域的信息数据存储，以及对相应面积测量结果和计算费用的存储。
[0013]所述的检测模块，主要包括通过CAN总线通信方式将各传感器检测单元与ARM9处理器连接，用于对机械发动机常规故障参数的远程检测与诊断工作，重点完成对发动机功率、单缸断火功率、发动机油耗、冷却液温度、机油压力、次级点火电压、点火提前角、气缸压力、起动电流以及喷油脉冲信号的检测。
[0014]所述的网络通信模块，是与ARM9处理器连接，主要包括GPRS通信模块，插接有SM卡，用于进行GPRS通信，所述的网络通信模块将系统测量面积、计费数据以及检测的其它发动机参数实时传输到自主开发的远程上位机监控管理中心。
[0015]所述的远程监控显示模块即PC监控显示界面，是基于Microsoft VisualBasic6.0自主开发的远程监控软件,系统通过GPRS经由Internet实时将下位机监控数据传输至监控管理中心。[0016]所述的作业区域与非作业区域自动识别模块，是运用GPS的定位功能，对机械行走轨迹的分析，运用自主设计研发的条形扫描算法系统自动识别出机械的作业区域和非作业区域。
[0017]本发明的有益效果是，提供一种远程跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法。该系统主要优点是设计提出基于复合滤波与平滑迭代算法对GPS定位数据处理，很大程度上提高定位精度；针对跨区作业机械，通过自行设计的条形扫描定位点的算法，对不同形状田块，应用GPS对机械行走轨迹进行定位分析处理后，系统能自动识别出机械的作业区域和非作业区域，然后计算扫描出的作业区域面积，并通过GPRS通信将数据实时传输到基于VB6.0开发的上位机监控软件管理中心，而且远程监控管理中心能同时对多台跨区作业机械进行管理，同时也能对作业数据及计费结果进行保存。既能使对方经纪人或农户因少报农田面积等产生少付费等损失情况的发生，又能满足价格低廉、操作简单的使用要求。不需要预先设定或选择作业路线，或作业后人工通过仪器绕行作业区域边界一周测量面积。能够有效提高系统的智能性、远程管理便利性以及面积测量精度，便于农业机械化跨区作业应用的推广。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1是本发明的系统结构框图；
[0019]图2是本发明功能实现的主程序流程图；
[0020]图3是本发明自动识别算法处理后系统识别出的作业区域及面积测量图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步详细说明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0022]本发明所述的跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法，采用的是嵌入式处理器ARM9系列和一般GPS定位系统结合应用的方式，针对GPS定位精度低的问题，设计提出了基于复合滤波与平滑迭代算法进行处理，并通过静动态试验进行定位数据的修正。同时为加强系统普遍适应性，对于不同形状的田块，无需预先设定或是选择机械的作业路线，而是针对跨区作业机械，通过自行设计的条形扫描定位点的算法，应用GPS对机械行走轨迹进行定位分析处理后，系统能自动识别出不同形状机械的作业区域和非作业区域，然后计算扫描出的作业区域面积，同时完成机械发动机常规故障参数的远程监测与诊断工作，并通过GPRS通信将数据实时传输到基于VB6.0开发的远程上位机监控软件管理中心，该远程监控管理中心能同时实现对多台跨区作业机械进行管理，并能对作业数据及计费结果进行自动保存。
[0023]如图1所示，为本发明所述的跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法的原理框图，包括ARM9系列处理器、跨区机械作业面积测量模块、电源模块、GPRS网络通信模块、存储模块、检测模块和远程监控显示模块等。
[0024]所述的ARM9系列处理器采用的是韩国三星公司生产的S3C2410型嵌入式处理器，主要面向手持设备以及高性价比，低功耗的应用，对于片内各部件所需的电压供电范围是
1.8—3.3V，该32位处理器拥有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，MMU,支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer，I/O 口，RTC，8路10 位 ADC，Touch Screen 接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2 个 USB 主机，I 个 USB 设备，SD主机和MMC接口，2路SPI，S3C2410处理器最高可运行在203MHz，主要用于完成GPS定位数据的接收与信息处理、面积的计算与数据的远程传输。
[0025]所述的跨区机械作业面积测量模块主要包括GPS定位模块、作业区域与非作业区域识别模块以及识别出的作业区域面积计量模块，GPS定位模块采用瑞士 ublox公司生产的NE0-6M-0-001GPS接收机，通过RS485通信接口与S3C2410嵌入式处理器连接，作业区域与非作业区域识别模块与S3C2410嵌入式处理器连接，应用GPS定位模块，实现对机械行走轨迹的记录分析，运用自主设计研发的条形扫描算法使系统自动识别出机械的作业区域和非作业区域，面积计量模块与S3C2410嵌入式处理器连接，完成识别出的作业区域的面积测量。
[0026]所述的电源模块主要由车体自带的24V蓄电池供电，并通过ZA3020分别稳压输出5V、4.2V、3.3V和1.8V，同时经由网络节点分别与S3C2410嵌入式处理器、GPS定位模块和网络通信模块等连接且供电。
[0027]所述的网络通信模块主要是GPRS通信，用于将机械的GPS定位轨迹识别信息、面积测量的相关数据、计算费用以及机械发动机的常规故障参数情况传输到远程上位机监控
管理中心。
[0028]所述的存储模块是对嵌入式处理器S3C2410的有用信息存储，主要包括机械的行走轨迹信息存储，对当前识别出的作业区域以及面积测量结果的存储、计算费用以及机械发动机的相关工况信息的存储。
[0029]所述的检测模块主要包括通过CAN总线模块将各传感器检测单元与嵌入式处理器S3C2410连接，用于对机械发动机常规故障参数的远程检测与诊断工作，重点完成对发动机功率、单缸断火功率、发动机油耗、冷却液温度、机油压力、次级点火电压、点火提前角、气缸压力、起动电流以及喷油脉冲信号的检测。
[0030]如图2所示，为本发明所述功能实现的主程序流程图。具体工作过程如下:整个系统启动时，首先系统进行自身初始化，主要是对嵌入式处理器S3C2410、GPRS通讯、串口通讯、RS485通讯以及CAN总线通讯进行初始化，然后需要发送远程GPRS通信握手信号，远程上位机监控管理中心则一直监听下位机的握手信号，监听到握手信号后，则通过GPRS与上位机进行通信握手连接，若没有连接成功，则返回一直发送握手信号；若连接成功，对于下位机车载终端嵌入式处理器S3C2410采集到的车体位置坐标和发动机工况传感器检测数据，系统进行自动识别，并通过GPRS直接将发动机工况传感器检测数据打包上传到远程上位机监控管理中心,对接收到的GPS定位数据由下位机嵌入式处理器S3C2410完成解析处理，运用坐标转换算法和复合滤波与平滑迭代算法保留可靠有效数据，剔除掉无效数据，为后续软件算法功能的实现提供可靠基础。得到GPS的可靠定位数据后，系统通过连续作业区域识别算法判断机械是否进行连续作业，若是则结合作业区域边界识别算法自动扫描识别出作业区域与非作业区域，并将识别出的若干微元矩形条作业区域面积进行累加，同时记录每一块作业区域开始时的日期和时间；测量得到的每一块作业区域面积和机械发动机工况参数都是通过GPRS实时传输到远程监控管理中心PC机上显示的。系统对计算出的每一块作业区域面积乘以当前作业单价计算总费用，同时记录下每一块作业区域结束时的日期和时间，系统识别出的机械作业区域总面积、计算总费用以及起止日期和时间都将同时被保存在上下位机中。
[0031]本发明所述的跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统及方法，面积测量实现的方法如下步骤:
[0032](I)跨区作业机械连续作业区域识别算法设计。通过运用GPS对机械每秒钟采集一次定位信息，得到N个离散点阵信息。设机械的运动轨迹是由其中Ω (Ω e N)个按照定位采集时间先后顺序的目标物(车体)所在位置坐标(xn，yn)构成，故将其相关轨迹信息定义为:
[0033]T={(x0, y0), (X11Y1), (x2, y2), A, (χΩ,YΩ)} (I)
[0034]本发明所述采用对区域内坐标点矩形条扫描法对所界定区域内的X、Y坐标进行扫描计数。将所得到的定位点信息建立在平面坐标系内，具体实现步骤如下:
[0035]①沿y坐标轴扫描
[0036]以起始定位点A (x0, y0)为扫描起始位置，采用的扫描矩形条为:
[0037]y0 yn<y0+n * Δ (2)
[0038]其中Λ为矩形条高度，且满足:
[0039]Δ =s=v.t (V, t 为已知量) (3)
[0040]分别对所有机械作业的点(xn，yn)进行连续平移扫描、判断并计数，将各对应区间内扫描的点数记为D(k) (k=±l, ±2，A , ±n)。
[0041]若当连续扫描到的点数满足:
[0042]D(k)，D(k±l)，D(k±2)≤ I (4)
[0043]时，则停止扫描，取其中扫描序号接近零的一个矩形区域，即通过式:
[0044]min (I k I，I k± 11，I k±2 I) >0 (5)
[0045]取得矩形区域作为扫描到的边界区域，并该区域内的数据中选取最大值ymax作为沿y轴扫描的上下边界值。由此可以识别出连续作业区域，区域内的点为连续作业定位点。
[0046]②沿X坐标轴扫描
[0047]同样以起始定位点A(X(l，y0)为扫描起始位置，采用的扫描矩形条为:
[0048]χ0 < χη〈χ0+η.Δ (6)
[0049]其中Λ为矩形条高度，且满足:
[0050]Δ =s=v.t (V, t 为已知量) (7)
[0051]分别对所有机械作业的点(xn，yn)进行连续平移扫描、判断并计数，将各对应区间内扫描的点数记为D (k) (k=±l, ±2，A , ±n)。
[0052]若当连续扫描到的点数满足:
[0053]D(k)，D(k±l)，D(k±2)≤ I (8)
[0054]时，则停止扫描，取其中扫描序号接近零的一个矩形区域，即通过式:
[0055]min (I k I，I k± 11，I k±2 I) >0 (9)
[0056]取得矩形区域作为扫描到的边界区域，并该区域内的数据中选取最大值Xmax作为沿y轴扫描的上下边界值。故而可以识别出沿该方向的连续作业区域，以及区域内的点为连续作业定位点。
[0057]综合运用上述①——②中研究设计的识别算法，可以有效识别机械连续作业区域、连续作业定位点以及作业区域边界点的分布区域。
[0058](2)跨区作业机械的连续作业的边界点识别算法设计。当进行上述连续作业区域识别之时，对每个扫描区域内的定位坐标点通过排序算法进行最值比较，可得出沿y轴连续平移扫描时每个矩形条区域内的Xmin和以及沿X轴连续平移扫描的每个矩形条区域内的ymin和y_，并以此作为微元矩形条的边界，为后续面积计算法奠定基础。
[0059]本发明所述的设计一种标记定位法进行排序输出每组数据中的最小值和最大值。该算法主要特点是对两个关键字比较大小后，无需进行排序，直接采用标记累加方式持续进行比较，算法实现的基本步骤如下:
[0060](a)设上述任意一个矩形条圈定的区域内有n个定位点，将待排序的任意矩形区域内的一组元素记为An= Ic1, C2, C3, A, cn},给每一个元素设一个计数器counter_data,且设其初始值为0,即counter_data=0,用来表示计算数组中小于或等于自身元素的个数。
[0061](b)通过对数组中两两元素之间进行比较，计算记录An中每个元素的Counter_data,详细过程如下:
[0062]①设当An中的元素C1，先和元素C2进行比较，如果ci>c2，则counter_datal加I，否则counter_data2加I,接着逐次与c3, c4, A , Cn^1, Cn比较,输出每个元素的counter_data ；
[0063]②其次An中的元素c2，先与元素C3进行比较，如果c2>c3，则counter_data2加1，否则counter_data3加I,接着逐次与c4, c5, A, Cn^1, (^进行比较，同样输出每个元素的counter—data ；
[0064]③逐次类推，一直到元素&与元素\比较完为止，即得出数组An中每个元素的counter_data
[0065](c)经过上述方法计算出元素的C0Unter_data值加I之后，实际上是元素排序后在数组中的位置号，即可确定排序后新位置。由此可以输出该组中的最大值和最小值。
[0066](3)作业区域面积计量算法设计。如图3所示，是按照本设计提出的矩形条扫描法和排序算法所界定的沿y轴方向扫描的一个微元矩形条，设由每个矩形区域内横坐标点的最大值(Xmax)和最小值(Xmin)所组成的点集为Axmin= {&1，a2, a3, A，an}，其对应的Xmax的点集为Axmax=Ibpb2^3, A，bn}，则按照近似矩形条求面积法可以得到第一个矩形条面积为:
[0067]S1=ODfa1) ? A
[0068]第二个矩形条面积为:
[0069]S2= (b2-a2) ? A
[0070]以此类推可得第n个矩形条的面积为:[0071]sn= (bn-an).Δ
[0072]则整个作业区域的面积可近似计算为:
[0073]S=SfsJs3+Λ+sn
[0074]
【权利要求】
1.跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统，其特征在于:包括跨区机械作业面积测量模块、ARM9系列嵌入式中央处理器、GPRS网络通信模块、远程监控显示模块、电源模块、存储模块和检测模块；所述的跨区机械作业面积测量模块包括GPS定位模块、作业区域与非作业区域自动识别模块和面积计量模块；所述的GPS定位模块通过通讯接口与ARM9嵌入式处理器连接；所述的作业区域与非作业区域自动识别模块与ARM9嵌入式处理器连接；所述的面积计量模块与ARM9嵌入式处理器连接；所述的ARM9嵌入式处理器主要用于定位信息的分析和处理，并完成作业面积计算，同时分别与GPRS网络通信模块、电源模块、存储模块和检测模块连接；所述的通信模块主要完成数据的实时远程传输；所述电源模块为整个系统供电；所述的存储模块和检测模块分别用于有用数据的存储和发动机信息的检测。
2.根据权利要求1所述的跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统，其特征在于:所述的ARM9系列处理器采用的是S3C2410型嵌入式处理器，所述的跨区机械作业面积测量模块主要包括GPS定位模块、作业区域与非作业区域识别模块以及识别出的作业区域面积计量模块，GPS定位模块采用NE0-6M-0-001GPS接收机，定位信息通过RS485通信送入S3C2410嵌入式处理器，作业区域与非作业区域识别模块与S3C2410嵌入式处理器连接，应用GPS定位模块，实现对机械行走轨迹的记录分析，运用条形扫描算法使系统自动识别出机械的作业区域和非作业区域，面积计量模块与S3C2410嵌入式处理器连接，完成识别出的作业区域的面积测量，并实现费用的计算。
3.根据权利要求1所述的跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统，其特征在于:所述的GPRS网络通信模块将测量数据通过GPRS经由Internet实时将下位机监控数据传输至远程监控显示模块。
4.根据权利要求1所述的跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统，其特征在于:所述的远程监控显示模块即PC监控显示界面,是基于Microsoft Visual Basic6.0远程监控软件。
5.根据权利要求1所`述的跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统，其特征在于:所述的电源模块主要由车体自带的24V蓄电池供电，并通过ZA3020分别稳压输出5V、4.2V、3.3V和1.8V，给ARM9中央处理器、GPS定位模块和网络通信模块等供电。
6.根据权利要求1所述的一种跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统，其特征在于:所述的存储模块与ARM9处理器连接，主要是对ARM9处理器识别出的机械作业区域的信息数据以及对相应面积测量结果和计算费用存储。
7.根据权利要求1所述的跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统，其特征在于:所述的检测模块主要是通过CAN总线通信方式将各传感器检测单元与ARM9处理器连接，用于对机械发动机常规故障参数的远程检测与诊断工作，重点完成对发动机功率、单缸断火功率、发动机油耗、冷却液温度、机油压力、次级点火电压、点火提前角、气缸压力、起动电流以及喷油脉冲信号的检测。
8.跨区作业机械的作业区域自动识别与面积测量系统的方法，其特征在于，具体面积测量方法包括以下步骤: (I)跨区作业机械连续作业区域自动识别算法设计； GPS模块通过RS485通信方式连接到S3C2410嵌入式处理器，运用GPS定位经S3C2410嵌入式处理器对机械每秒钟采集一次定位信息，得到N个离散点阵信息，设机械的运动轨迹是由其中Ω (Ω e N)个按照定位采集时间先后顺序的目标物即车体所在的位置坐标(χη, yn)构成，故将其相关轨迹信息定义为:
T= {(χ0,y0), (Xi，yi)，(χ2,y2).Λ, (χΩ,Υω)1 ⑴ 本发明所述采用对区域内坐标点矩形条扫描法对所界定区域内的X、Y坐标进行扫描计数。将所得到的定位点信息建立在平面坐标系内，具体实现步骤如下: ①沿I坐标轴扫描 以起始定位点Α(Χ(Ι，％)为扫描起始位置，采用的扫描矩形条为: Y0 ( yn<y0+n.Δ ⑵ 其中Δ为矩形条高度,且满足: Δ =s=v.t (V, t 为已知量) (3) 分别对所有机械作业的点(xn，yn)进行连续平移扫描、判断并计数，将各对应区间内扫描的点数记为 D(k) (k=±l, ±2, A, ±n)o若当连续扫描到的点数满足: D(k)，D(k±l)，D(k±2)≤I (4) 时，则停止扫描，取其中扫描序号接近零的一个矩形区域，即通过式: min (I k I，I k± 11，I k±2 I) >0 (5) 取得矩形区域作为扫描到的边界区域，并该区域内的数据中选取最大值ymax作为沿y轴扫描的上下边界值。由此可以识别出连续作业区域，区域内的点为连续作业定位点。 ②沿X坐标轴扫描 同样以起始定位点Α(Χ(Ι，％)为扫描起始位置，采用的扫描矩形条为: x0 ^ χη〈χ0+η.Δ (6) 其中Δ为矩形条高度,且满足: Δ =s=v.t (V, t 为已知量) (7) 分别对机械作业所有轨迹点(xn，yn)进行连续平移扫描、判断并计数，将各对应区间内扫描的点数记为D (k) (k= ± I, ±2, A , ±n)o若当连续扫描到的点数满足: D(k)，D(k±l)，D(k±2)≤ I (8) 时，则停止扫描，取其中扫描序号接近零的一个矩形区域，即通过式: min (I k I，I k± 11，I k±2 I) >0 (9) 取得矩形区域作为扫描到的边界区域，并该区域内的数据中选取最大值Xmax作为沿y轴扫描的上下边界值。故而可以识别出沿该方向的连续作业区域，以及区域内的点为连续作业定位点； 综合运用上述①——②中研究设计的识别算法，可以有效识别机械连续作业区域、连续作业定位点以及作业区域边界点的分布区域； (2)跨区作业机械连续作业的边界点识别算法设计； 当进行上述连续作业区域识别之时，对每个扫描区域内的定位坐标点通过设计的排序算法进行最值比较，可得出沿y轴连续平移扫描时每个矩形条区域内的Xmin和Xmax以及沿X轴连续平移扫描的每个矩形条区域内的ymin和ymax，并以此作为微元矩形条的边界，为后续面积计算法奠定基础； 本发明所述的设计一种标记定位法进行排序输出每组数据中的最小值和最大值。该算法主要特点是对两个关键字比较大小后，无需进行排序，直接采用标记累加方式持续进行比较，算法实现的基本步骤如下: (a)设上述任意一个矩形条圈定的区域内有n个定位点，将待排序的任意矩形区域内的一组元素记为An= Ic1, C2, C3, A , cn},给每一个元素设一个计数器counter_data,且设其初始值为0,即counter_data=0,用来表示计算数组中小于或等于自身元素的个数； (b)通过对数组中两两元素之间进行比较，计算记录An中每个元素的COunter_data，详细过程如下: ①设当An中的元素C1,先和元素C2进行比较,如果C1SC2,则counter_datal加I,否则counter_data2加I,接着逐次与c3, c4, A , Cn^1, Cn比较,输出每个元素的counter_data ； ②其次An中的元素C2，先与元素C3进行比较，如果c2>c3，则counter_data2加1，否则counter_data3加I,接着逐次与c4, c5, A, Cn^1, 4进行比较，同样输出每个元素的counter_data ； ③逐次类推，一直到元素an_i与元素an比较完为止，即得出数组An中每个元素的counter_data ； (c)经过上述方法计算出元素的counter_data值加I之后，实际上是元素排序后在数组中的位置号，即可确定排序后新位置。由此可以输出该组中的最大值和最小值； (3)跨区作业机械的作业区域面积计量算法设计； 如图3所示，是按照本发明所述的矩形条扫描法和排序算法所界定的沿y轴方向扫描的一个微元矩形条，设由每个矩形区域内横坐标点的最大(Xnlax)和最小值(Xnlin)所组成的点集为Axmin= Ia1, a2, a3, A，an}，其对应的Xmax的点集为Axmax= {b” b2, b3, A，bn}，则按照近似矩形条求面积法可以得到第一个矩形条面积为:
S1=ODfa1) ? A 第二个矩形条面积为:
s2=(b2-a2) ? A 以此类推可得第n个矩形条的面积为:
Sn= (bn-an) ? A 则整个作业区域的面积可近似计算为:
S=S^sJs3+ A +sn 故
【文档编号】G01B21/28GK103673970SQ201310711419
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】熊中刚, 罗素连, 贺娟, 敖邦乾, 令狐金卿 申请人:遵义师范学院