一种残膜回收作业过程智能监管终端及方法

本发明属于残膜回收作业领域，具体涉及一种残膜回收作业过程智能监管终端及方法。

背景技术：

1、农用地膜是主要的农业生产资料之一。但多年来，因超薄膜泛用、重用轻管等，农用残膜造成的“白色污染”问题日益显现。因而，需要推进农用残膜回收利用和回收作业监管；为了实现监管，在现有技术中公开了一些农田残膜污染监管系统，例如在专利cn116343065a中，公开了一种农田残膜污染监管系统及其应用方法，主要包括秋收后残膜回收机、春播前残膜回收机、无人机、服务器、移动用户端；其应用方法，是利用所述的秋收后残膜回收机以及安装的秋收后残膜回收监管系统、无人机、无人机残膜污染核验系统、春播前残膜回收机以及安装的春播前残膜回收监管系统，通过运动相机和机载相机获取残膜回收后的图像，在农田残膜污染监管信息平台上获得回收后农田残留的残膜覆盖率；本发明结合深度学习、图像处理、物联网技术，利用快捷的数据采集、上传和处理，实现不同阶段的高效准确的农田残膜污染的监测和核验；但是

2、该专利目的是监管农田残膜污染情况。方法是用地表的残膜覆盖率作为评价残膜污染程度的指标。用残膜回收机、无人机等机具携带相机和定位模块采集信息。利用结深度学习、图像处理、物联网技术等处理信息，实现对某个区域内各个地块的地表残膜覆盖率的监测和核验，该专利不涉及对残膜回收机具实时作业过程信息(运动轨迹、作业面积、现场作业视频)的记录和处理，也不具备对作业真实性的评估方法，因此不具备作业监管功能。

3、在专利cn116012281a中，公开了一种车载式残膜回收监测系统及其应用方法，通过拍摄残膜回收前后的影像，并使用机器学习的方法，实现了残膜污染与回收率的监测；通过采集作业过程中的经纬度数据，对数据进行预处理，使用高斯投影将其转化为平面坐标，实现了对作业轨迹和作业面积的监测；通过接收安装在发动机上的传感器数据，实现了对残膜回收机发动机转速和行进速度的监测，整体系统操作方便，功能多样，方便快捷。但是该专利提出的基于残膜回收效率监测与残膜作业面积监测的车载式残膜回收监测系统及其应用方法，侧重于残膜回收作业结果的监测。回收率方面该专利通过图像拼接分别得到残膜回收前后静态的农田全景图像，然后利用机器学习的方法计算得到残膜回收率，算法复杂，需要高算力/成本的硬件支持，且检测精度容易受到随机因素的影响(光照、灰尘、风速/风向、车身振动等)的影响。该专利中虽然实现了对残膜回收效率和残膜作业面积等多种信息的检测，但是信息之间是孤立的，未涉及对作业真实性的评估，无法防止作业数据作弊和丢失，因此不适宜用作残膜回收机作业补贴发放依据。

4、在专利cn113303045a中公开了一种残膜回收机智能监控系统，该系统通过检测自身位置与地面的距离实现对地面的实时仿形，控制残膜回收机两侧的液压举升油缸实时升降，防止起膜部件下陷过深，减少泥土及杂质进入集膜箱，降低残膜回收机的故障率。该专利不涉及对回收作业过程的监测，也不涉及对作业面积的统计。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于残膜回收机的作业过程可溯源监管终端，实现对残膜回收机作业面积、随机工作点视频信息、残膜回收重量、残膜回收作业质量信息的记录，实现实时监测有效作业区域和地表作业质量，相对于传统的人工抽检方式，避免了由于间隔时间较长或下雪等气候因素无法对残膜回收作业质量进行准确检查的问题，满足监管需求。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种残膜回收作业过程智能监管终端，主要用于监管残膜回收机的作业过程；基于车载的传感器和信息处理技术判断残膜回收机是否在真实作业，记录作业轨迹并精确计算作业了面积，并将结果在本地和远端储存，为残膜回收机作业补贴发放提供依据，具体如下：

4、包括主控制器、定位模块、视频采集模块、报警模块、本地存储模块、远程通讯模块、远端存储模块、作业信息检测模块；

5、所述的定位模块，获取残膜回收作业机具的位置信息，并将该位置信息发送至主控制器；

6、所述的视频采集模块，用于随机获取残膜回收作业后的地表视频，将视频数据发送至主控制器；

7、所述的显示模块，安装于驾驶室内，用于实时显示当前的地表视频数据、累计作业面积、回收作业速度；

8、所述的作业信息检测模块，主要用于对残膜回收机的车速、起膜部件位置、回收膜卷重量进行检测；

9、所述的报警模块，用于对残膜回收机的异常工作状态进行提醒，与主控制器连接；

10、所述的本地存储模块，用于将数据存储在与主控制器相连的存储设备中；

11、所述的远程通讯模块，用于实现主控制器与远端存储模块之间的通讯；

12、所述的远端存储模块，用于在远端存储数据。

13、所述的控制模块，根据定位模块的信息计算作业面积；基于作业视频、定位信息、作业信息、作业面积生成可回溯的监管信息，并实现本地和远程的存储；同时主控制器根据作业信息检测模块进行可信性评价。

14、作为进一步的技术方案，所述的定位模块由gps天线和信号处理电路组成；所述gps天线安装在驾驶室顶部外侧位置，信号处理电路安装在驾驶室内；gps天线用于接收和放大定位卫星在特定频率上发送的无线电信号，信号处理电路用于接收并解调卫星的广播c/a码信号，计算经纬度信息、并通过串口通信协议将其发送给主控制器。

15、作为进一步的技术方案，所述的视频采集模块由高清摄像头、信号处理电路组成，高清摄像头安装在残膜回收机的后方或者侧方，摄像头朝向地面；信号处理电路安装在驾驶室内，对高清摄像头采集的数据进行处理。

16、作为进一步的技术方案，所述的显示模块具有人机交互功能，用于监管系统的参数设置。

17、作为进一步的技术方案，所述车速检测利用霍尔式速度传感器测量地轮驱动链轮的转速获得，利用单片机等作为主控单元，通过检测霍尔式速度传感器的输出方波频率计算车速。

18、作为进一步的技术方案，所述起膜部件位置可通过起膜部件到达工作位置时触发位置传感器(接近开关)电平变化获得。

19、作为进一步的技术方案，所述回收膜卷重量利用应变式称重传感器检测，采用单片机作为主控单元进行信号处理；称重传感器安装在残膜回收机的卸膜装置上，在每次地头卸膜时对膜卷进行称重。

20、第二方面，本发明基于所述的残膜回收作业过程智能监管终端，还提供了一种监控方法，如下：

21、利用定位模块获取残膜回收作业的位置信息，

22、采用视频采集模块获取回收作业过程中的地表视频数据；

23、主控制器对当前位置信息与已作业的历史位置信息进行对比来判断机具是否处于有效回收作业状态，对重复作业进行判别，剔除重复作业面积等无效作业面积，计算有效回收作业面积；

24、利用转速传感器实现对车速的检测，利用位置传感器实现对起膜部件位置的检测，用于判断作业开始和停止时间；利用称重传感器实现对残膜回收重量的在线检测，用于辅助判断残膜回收作业的真实性；

25、主控制器将时间信息、位置信息、残膜回收重量以字符串的形式叠加到视频中，生成可溯源的监管数据；然后对该数据分别进行本地和远端存储。

26、作为进一步的技术方案，所述的面积计算方法如下：

27、主控制器从定位模块读取当前经纬度信息，利用经纬度信息得到残膜回收机的当前位置坐标；

28、利用多个坐标信息得到残膜回收机的运动轨迹，并对运动轨迹进行拟合以剔除漂移点数据；

29、然后剔除重复作业面积，具体的，将机具当前的经纬位置信息与已作业历史位置信息进行对比若当前的位置坐标点位于历史坐标位置的包络面里，则认为当前是重复作业，反之为正常作业；

30、当回收机处于正常作业状态时，有效作业面积通过拟合的轨迹线长度乘以预设的作业幅宽相乘得到作业面积s1；

31、地块作业完成后，利用整个地块的轨迹点拟合得到包含该地块所有轨迹点的最小矩形，计算该矩形的面积，并补偿一个机具幅宽对应的面积得到面积s2；

32、取s1和s2中的较小数值作为最终的作业面积。

33、作为进一步的技术方案，控制器还要进行可信性评价的方法如下：

34、主控制器实时采集称重传感器的数值，累加直到整块地作业结束；将此时统计得到的整个地块的收膜重量；根据当地的种植农艺，可预设一个最低的收膜重量指标，当实际回收的残膜回收重量低于该数值时，意味着可能存在作业不规范的问题；此时可信性评价为“存疑”，否则为“正常”。

35、与现有技术比较，本发明的优点是：

36、本发明主要用于监管残膜回收机的作业过程；基于车载的传感器和信息处理技术判断残膜回收机是否在真实作业，记录作业轨迹并精确计算作业了面积，并将结果在本地和远端储存，为残膜回收机作业补贴发放提供依据；

37、本发明采用提出的残膜回收作业过程智能监管终端及方法，基于低成本的传感器方案实现对残膜回收机作业过程数据的采集，结构简单、稳定可靠、检测精度不易受到随机因素影响、应用成本低；利用图像、视频和文字结合方式生成可回溯的监管信息，数据之间交叉验证，防止数据篡改。并且作业视频的采集可以根据需要设定不同的抽样方案，实现了随机视频抽样，即提高了作业视频的说服力，也防止作业者在采样位置作弊。本技术提出利用残膜回收重量评估残膜回收作业真实性，并将评估结果对应的监管信息标记结果为正常或可疑，方便监管者重点检查。

38、本技术通过监测车速和起膜部件位置判断开始和停止作业时刻，自动进行监管信息生成、处理和存储，无需人为干预，使用方便简单。

技术特征：

1.一种残膜回收作业过程智能监管终端，其特征在于，包括主控制器、定位模块、视频采集模块、报警模块、本地存储模块、远程通讯模块、远端存储模块、作业信息检测模块；

2.如权利要求1所述的残膜回收作业过程智能监管终端，其特征在于，所述的定位模块由gps天线和信号处理电路组成；所述gps天线安装在驾驶室顶部外侧位置，信号处理电路安装在驾驶室内；gps天线用于接收和放大定位卫星在特定频率上发送的无线电信号，信号处理电路用于接收并解调卫星的广播c/a码信号，计算经纬度信息、并通过串口通信协议将其发送给主控制器。

3.如权利要求1所述的残膜回收作业过程智能监管终端，其特征在于，所述的视频采集模块由高清摄像头、信号处理电路组成，高清摄像头安装在残膜回收机的后方或者侧方，摄像头朝向地面；信号处理电路安装在驾驶室内，对高清摄像头采集的数据进行处理。

4.如权利要求1所述的残膜回收作业过程智能监管终端，其特征在于，所述的显示模块具有人机交互功能，用于监管系统的参数设置。

5.如权利要求1所述的残膜回收作业过程智能监管终端，其特征在于，所述车速检测利用霍尔式速度传感器测量地轮驱动链轮的转速获得，利用单片机等作为主控单元，通过检测霍尔式速度传感器的输出方波频率计算车速。

6.如权利要求1所述的残膜回收作业过程智能监管终端，其特征在于，所述起膜部件位置可通过起膜部件到达工作位置时触发位置传感器电平变化获得。

7.如权利要求1所述的残膜回收作业过程智能监管终端，其特征在于，所述回收膜卷重量利用应变式称重传感器检测，采用单片机作为主控单元进行信号处理；称重传感器安装在残膜回收机的卸膜装置上，在每次地头卸膜时对膜卷进行称重。

8.如权利要求1-7任一所述的残膜回收作业过程智能监管终端的监控方法，其特征在于，

9.如权利要求8所述的残膜回收作业过程智能监管终端的监控方法，其特征在于，所述的有效回收作业面积的计算方法如下：

10.如权利要求8所述的残膜回收作业过程智能监管终端的监控方法，其特征在于，控制器进行可信性评价的方法如下：

技术总结
本发明涉及一种残膜回收作业过程智能监管终端及方法，基于低成本的传感器方案实现对残膜回收机作业过程数据的采集，利用图像、视频和文字结合方式生成可回溯的监管信息，数据之间交叉验证，防止数据篡改。并且作业视频的采集可以根据需要设定不同的抽样方案，实现了随机视频抽样，即提高了作业视频的说服力，也防止作业者在采样位置作弊。本申请提出利用残膜回收重量评估残膜回收作业真实性，并将评估结果对应的监管信息标记结果为正常或可疑，方便监管者重点检查。

技术研发人员：方会敏,陈学庚,张庆怡,王新忠,颜利民,胡金杉
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5