[发明专利]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

权利要求书

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NEO-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：

（1）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∈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(x_n,y_n)构成，故将其相关轨迹信息定义为：

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

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y坐标轴扫描

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：

y₀≤y_n<y₀+n·Δ    （2）

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(x_n,y_n)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=±1,±2,Λ,±n）。

若当连续扫描到的点数满足：

D(k),D(k±1),D(k±2)≤1    （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(|k|,|k±1|,|k±2|)>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y_max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A(x₀,y₀)为扫描起始位置，采用的扫描矩形条为：

x₀≤x_n<x₀+n·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(x_n,y_n)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=±1,±2,Λ,±n）。

若当连续扫描到的点数满足：

D(k),D(k±1),D(k±2)≤1    （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(|k|,|k±1|,|k±2|)>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x_max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x_min和x_max以及沿x轴连续平移扫描的每个矩形条区域内的y_min和y_max，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A_n={c₁,c₂,c₃,Λ,c_n}，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A_n中每个元素的counter_data，详细过程如下：

①设当A_n中的元素c₁，先和元素c₂进行比较，如果c₁>c₂，则counter_data1加1，否则counter_data2加1，接着逐次与c₃,c₄,Λ,c_n-1,c_n比较，输出每个元素的counter_data；

②其次A_n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1，接着逐次与c₄,c₅,Λ,c_n-1,c_n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a_n-1与元素a_n比较完为止，即得出数组A_n中每个元素的counter_data总值；

（c）经过上述方法计算出元素的counter_data值加1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（x_max）和最小值（x_min）所组成的点集为A_xmin={a₁,a₂,a₃,Λ,a_n}，其对应的x_max的点集为A_xmax={b₁,b₂,b₃,Λ,b_n}，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=(b₁-a₁)·Δ

第二个矩形条面积为：

s₂=(b₂-a₂)·Δ

以此类推可得第n个矩形条的面积为：

s_n=(b_n-a_n)·Δ

则整个作业区域的面积可近似计算为：

S=s₁+s₂+s₃+Λ+s_n

故S=Δ·Σi=1n(bi-ai)---(10)]]>

其中n是区域内矩形条个数，S表示整个作业区域的面积，Δ是矩形条高度。