基于GPS的农机作业面积与轨迹监测管理系统

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2024年1月7日发(作者：)

2018年2月第16卷第2期doi:10.3969/.1672-4623.2018.02.023地理空间信息GEOSPATIAL INFORMATIONFeb.,2018Vol.16,No.2基于GPS的农机作业面积与轨迹监测管理系统张东红1，马友华1，管 飞1，王 强2，郑 涛1（1.安徽农业大学资源环境与信息技术研究所，安徽 合肥 230036；2.安徽农业大学资源与环境学院，安徽 合肥 230036）摘 要：设计研发一种基于Android的农机作业监管系统。该系统综合运用GPS技术、无线通信技术、Web服务技术与数据库等技术，基于一个分布式、多层次的体系结构，通过扫描农机二维码备案机器信息，上传至系统实时分析农机作业情况。结果表明，该监测系统在不同环境、不同农机操作下表现良好，不仅有效记录相关农事操作轨迹，同时成功地实时监测农机工作状态。该系统为农技推广部门和生产大户农机操作监管提供了有力的技术支撑。关键词：GPS；农机作业面积；轨迹；Android中图分类号：P228 文献标志码：B 文章编号：1672-4623（2018）02-0068-03为加快现代农业生产社会化服务发展，规范现代农业生产社会化服务建设管理，需要对农机作业面积和作业轨迹进行监测与记录，为精准农业[1,2]的运行与管理提供技术支持。由此，研发出一套基于Android系统的GPS农机作业面积监测系统，可以满足机插、机耕、机防、机收4种服务内容作业面积的测量与数据上传，并结合农机作业服务后台管理系统，可实现农机作业面积和轨迹的监控、统计与管理。备终端上实现了农机作业面积监测、作业田块状态拍照、轨迹信息记录、历史信息查询、作业数据在线上传等功能。每台农机对应唯一二维码，通过智能设备扫描二维码，确认匹配后工作。移动数据采集系统流程如图2所示。开始打开GPS开关软件启动N是否检测到GPS信号？Y农机信息初始设置N开始作业面积测量二维码匹配认证成功？Y1 系统结构与设计本系统主要从设备与农机一体化、面积测量、轨迹显示、面积信息核定与管理等方面进行研发。系统由移动端作业面积监测系统和后台管理系统2个部分组成。移动端进行作业面积的测量、数据上传；PC端进行作业轨迹与面积的核定、作业田块状态图片信息的查询与管理如图1。用户类型1：农技部门一键结束面积测量与拍照一键启动面积测量与拍照用户类型2：服务组织无线传输服务器离开，扫码匹配成功？YN作业数据不合法移动数据采集用户类型3：农机手作业数据合法执行通信，数据上传至后台管理系统人工核查数据，人工导入至后台管理系统图1 系统框架图1.1 基于Android的农机面积测量系统基于Android的农机作业面积监测系统，在IntelliJ

IDEA的Android Studio开发环境下采用JAVA语言，基于Google Android SDK进行软件开发。本系统在移动设收稿日期：2017-02-13。项目来源：国家重点研发计划资助项目（2016YFD0800503）。返回图2 移动数据采集系统流程图

第16卷第2期张东红等：基于GPS的农机作业面积与轨迹监测管理系统·69·1.2 基于Web Services的农机数据管理系统系统实现以下功能： 1）数据接收。后台通过网络传输和人工导入两种方式接收移动端作业记录；2）轨迹生成。用腾讯地图API显示接收的经纬度数据，依次连接点画线，生成轨迹路径；3）作业信息核定与打印。调取相关作业信息，可核定面积后与页面打印；4）数据管理。对作业数据与农机具信息进行增删查改；5）用户管理。管理系统“管理员”、“服务组织” 、“农机手” 3种用户角色类型。2 系统关键技术2.1 基于Android的数据采集与处理技术1）GPS定位及面积测量方式。开启手机GPS功能模块搜索可见卫星，Android平台提供定位SDK功能。通过手机GPS模块采用GPS+基站定位方式，在田间空旷处以GPS方式定位，在GPS卫星信号受阻的场所辅以基站定位。GPS接收设备与芯片对定位精度影响较大，手机GPS模块定位精度一般为10 m级，优于基站定位与WiFi定位方式。定位SDK将当前设备的定位信号生成定位信息，并将定位信息发送至腾讯定位服务器。定位服务器计算定位信息，从而得到定位结果并返回给定位SDK，由定位SDK回调APP注册的位置监听器。系统采用GPS定位方式进行设备定位，基于Google

Android SDK 进行APP开发，运用腾讯地图定位SDK。通过应用Location Provider的GPS Provider来实现手机GPS定位，以TencentLocationRequest类进行位置的定位请求。对类进行实例化后，位置监听器以TencentLocation

Listener接口进行位置监听，获取设备定位结果信息。采集按时间排列的系列GPS坐标点位信息后，通过高斯投影的方法，将大地坐标系WGS-84转换为平面直角坐标系，依据农机作业轨迹距离与农机作业宽幅近似测量作业面积。2 )基于Android SDK自定义拍照。基于Android

SDK 的Surfaceview视图与Camera进行自定义的拍照。对Bitmap形式的图片进行压缩，通过设置采样率，减少Bitmap的像素点，降低后台存储数据的压力。3） 基于Zxing二维码识别扫描与解码技术。Zxing是一个开源的，用于Java实现多种格式的条码图像处理库。基于Google开源的扫描框架Zxing，可实现手机内置摄像头进行二维码扫描及解码。通过使用摄像头控制包实现扫描二维码图像，通过解码包ng实现对二维码的解码。 4 ）基于HTTP URL CONNECTION的数据传输技术。通过文件流的形式对本地文件进行zip打包解压，再通过SQLite数据库对采集的数据进行存储，最后基于HTTP

URL CONNECTION技术实现对本地文件的上传与下载。2.2 基于面向服务的架构的Web Services 技术农机服务后台数据管理系统，基于.NET开发平台，利用Visual Stidio2008开发工具，以C#作为编程语言，采用B/S结构模式进行开发。后台数据库采用SQL Server 2005进行数据存储，利用Web Services开发业务逻辑组件和数据访问组件，架构采用基于面向服务的架构（SOA）。Web Services是一种非常适合SOA的技术[10]，是面向服务架构的一个良好范例，它可以在网络中被描述、发布、查找与调用。3 关键功能模块介绍3.1 移动端二维码扫描模块二维码扫描模块功能作用：1）作业农机型号信息自动读取。2）实现手持设备与农机一体化作业监控。点击作业面积测量模块后，弹出扫描二维码模块，此时扫描唯一匹配二维码即可开始作业面积测量，农机作业服务系统主页面与二维码扫描页面如图3所示。图3 农机作业服务系统页面3.2 移动作业面积测量模块移动端通过GPS经纬度记录作业轨迹，并通过轨迹长度与机载宽幅计算相应作业面积。作业面积测量模块实现了作业面积测算、GPS位置信息获取与存储、面积测量同时自动采集照片。3.3 作业数据记录模块作业数据模块实现历史作业数据的查询与管理。可查询农机型号、操作员、作业宽幅等信息；查询作业面积、作业轨迹GPS、作业图片等作业信息；对作业数据进行删除管理操作；通过手机端与后台对接接

·70·地理空间信息第16卷第2期口，实现数据网络传输。3.4 后台信息查询与核对 查询功能是管理信息系统的重要组成部分[11]。移动数据采集系统将采集信息上传至管理系统，通过管理后台可查看最新上传信息，可依据年份、月份、作业服务组织、作业方式与农机编号等字段查询作业数据信息。在后台信息核对模块下，可进行作业面积的核定与在线打印（图4）。依农机作业轨迹与图片信息并结合实际核定作业面积。按查询字段筛选所需项可打印其总信息表。图4 农机作业面积信息核定与打印页面3.5 系统管理模块后台系统管理主要分为：作业数据管理、服务组织信息管理、农机信息管理与用户管理等模块。1）作业数据管理模块。对面积进行修改、审核与删除相应作业数据，对不需审核通过的数据进行改删管理操作；2）对于服务组织与农机信息管理子模块，可进行数据的增删查改等操作；3）用户登录与管理模块。数据管理系统针对不同的用户设置进行权限分配，不同的用户拥有不同的权限，为数据安全提供了保障。本系统用户类型分为管理员、服务组织、农机手三类。“ 管理员”类型用户拥有管理员权限，可实现增删查改全部功能，仅提供给农机中心管理人员使用；“服务组织”类型用户仅可查看本服务组织的农机作业信息；“农机手”类型用户仅可查看本人的农机作业信息。4 面积实测与分析为检验农机作业系统的稳定性以及与面积测量的精准性，驾驶农机在田间对田块进行实际测量。田块1实测使用的农机为井关6行插秧机，其作业宽幅为1.8 m。田块2实测使用的农机为久保田PR0690Q收割机，其作业宽幅为2 m。表1中的3次测量面积分别为1次实际农机作业测量，2次农机非作业状态模拟测量。表1 面积实测与分析测试作业实际面测量面平均测量相对误平均相田块方式积/亩积/亩面积/亩差/%均方差对误差4.53 0.661机插秧4.564.52 4.525 0.880.13 0.77

4.52 0.662.53 2.432机收割2.472.54 2.530 2.830.41 2.43

2.52 2.02从表1实测结果可以看出，测量面积与实际面积存在细微偏差，面积平均相对误差小于5%，满足农机作业粗放的作业面积精度要求，可以基本满足农机作业需要。5 结 语农机作业面积监测系统与管理系统是“互联网+农机作业”的新型监管模式，是农业现代化建设的重要体现。本系统的研发，弥补了作业面积测量设备无法满足一定存储、无法网络传输数据的缺陷，推动了农机作业向信息化、精细化和智能化方向发展。本系统应用于巢湖市等现代农业发展资金社会化服务项目，既便于农机合作社、种植大户、农机手对农机作业面积测量，又为农机管理部门核实作业轨迹、作业面积、作业图像及作业管理与存档提供依据，实现了农机作业的智能、高效测量与监管，满足了项目实施者与监管者双方的需求。参考文献[1]  Li -based Decision Support and Automation for Precision Agriculture in Orchards[J].IFAC-PapersOnline, 2016,49(16):330-334[2] An Kai .Design of Farmland GIS for Precision Agriculture[J].Plant and Soil,2003,13(1):20-23[3] 裘正军,应霞芳,何勇.基于GPS模块的便携式农田面积测量仪[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2005,31(3):333-336[4] 杜鹃.一种智能计亩器的设计与实现[D].青岛:青岛科技大学,2008[5] 马友华,转可钦.全球卫星定位系统在现代农业中的运用[J].中国农学通报,2000,16(2):40-42[6] 夏友福.GPS测量面积的方法研究[J].西南林学院学报,2005,25(1):65-71[7] 王莎,伍萍辉,王秀,等.基于北斗导航的联合收割机作业面积测量系统[J].农机化研究,2005(1):39-42[8] 魏卓,郑琪,张俐,等.基于GPS-OEM的车载农田面积测量系统的设计[J].东北农业大学学报,2010,41(5):145-149[9] 季彬彬,李俊,杨玉萍,等.基于GPS的联合收割机收割面积实时统计方法[J].中国农机化,2012(6):89-92[10] 龚小勇,罗军.Web Service技术在开发多层分布式数据库系统中的应用研究[J].计算机应用研究,2004,21(8):55-57[11] 祁春霞.MIS系统查询功能的设计与实现[J].电脑与信息技术,2006,14(1):59-62第一作者简介：张东红，硕士，研究方向为地理信息系统与数字农林。

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