高治國(guó)，郭 健

（1.石河子開(kāi)發(fā)區(qū)合創(chuàng)農(nóng)機(jī)裝備有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000）

1 基于導(dǎo)航的采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)

基于導(dǎo)航的采棉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用導(dǎo)航、地理信息及無(wú)線通信技術(shù)，通過(guò)調(diào)用Baidu Maps API，結(jié)合JavaScript語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)采棉機(jī)基本信息管理、定位監(jiān)控、工作狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示等功能。系統(tǒng)主要包括采棉機(jī)車載終端、監(jiān)控服務(wù)中心兩大部分。采棉機(jī)車載終端利用內(nèi)置導(dǎo)航模塊，定位采棉機(jī)位置信息和當(dāng)前日期、時(shí)間，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取采棉機(jī)工況參數(shù)，包括棉箱翻轉(zhuǎn)狀態(tài)、采摘頭升降狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑脂加注和油耗等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；通過(guò)內(nèi)置GPRS模塊，以GPRS流量方式將數(shù)據(jù)回傳至監(jiān)控服務(wù)中心。監(jiān)控服務(wù)中心接收到采棉機(jī)車載終端無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和解析，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至監(jiān)控服務(wù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，并在監(jiān)控系統(tǒng)電子地圖上顯示采棉機(jī)當(dāng)前位置和工況，實(shí)現(xiàn)采棉機(jī)的實(shí)時(shí)定位和路徑導(dǎo)航。當(dāng)采棉機(jī)狀態(tài)信息異常時(shí)，監(jiān)控服務(wù)中心的工作人員能夠及時(shí)通知駕駛員采取措施，以保證采棉機(jī)正常工作。監(jiān)控服務(wù)中心的WebGIS平臺(tái)可采用百度地圖API技術(shù)構(gòu)建。與傳統(tǒng)的WebGIS地圖同步交互手段相比，百度地圖的前端開(kāi)發(fā)技術(shù)采用AJAX的異步通信方式，在保留其他地圖信息的同時(shí)，服務(wù)器直接對(duì)客戶端請(qǐng)求作出響應(yīng)，并將用戶需要的信息反饋至客戶端。該監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好、功能完善、使用方便，具有采棉機(jī)實(shí)時(shí)定位、狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)、作業(yè)面積統(tǒng)計(jì)、歷史軌跡回放等功能，實(shí)踐中得到了較好的應(yīng)用。

2 嵌入式采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)指安全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)，是由一個(gè)或者多個(gè)預(yù)先編程好的程序來(lái)統(tǒng)一執(zhí)行，且由不同的微處理控制器、單片機(jī)來(lái)組成。多嵌入式平臺(tái)開(kāi)發(fā)，對(duì)于采棉機(jī)智能監(jiān)控的在線監(jiān)控和實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃研究具有重要的參考價(jià)值，克服了基于微型單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性、自動(dòng)化程度低、二次開(kāi)發(fā)困難。

嵌入式智能監(jiān)控硬件的設(shè)計(jì)引入了先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)控制思想，整個(gè)系統(tǒng)是由許多個(gè)零部件裝置共同組成的，如微處理器模塊、GPS模塊及GPRS模塊等，重點(diǎn)以各個(gè)模塊的選型設(shè)計(jì)為主，具體實(shí)施操作上，包括信息采集電路設(shè)計(jì)、蘊(yùn)ED顯示電路系統(tǒng)、電源電路等相關(guān)配套設(shè)備的安裝設(shè)計(jì)。而操作系統(tǒng)充分利用了可移植性的特點(diǎn)嵌入到了整個(gè)智能監(jiān)控平臺(tái)中，可最大限度地增強(qiáng)系統(tǒng)的可讀性。與此同時(shí)，在數(shù)據(jù)信息的傳輸層面，運(yùn)用的是GPRS傳輸方式，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有較充足的經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)智能操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性較好。其中，軟件程序的設(shè)計(jì)主要分為GPS接受解析、GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送及采棉機(jī)數(shù)據(jù)采集等。在虛擬儀器技術(shù)嵌入上，可以同時(shí)制定相應(yīng)的通信協(xié)議，保證終端與監(jiān)控中心的通信效果及執(zhí)行力，實(shí)現(xiàn)采棉機(jī)對(duì)作業(yè)面積進(jìn)行分析、規(guī)劃。通過(guò)成熟開(kāi)發(fā)，采棉機(jī)作業(yè)位置服務(wù)、工況信息、作業(yè)面積統(tǒng)計(jì)及屏幕顯示等配套功能設(shè)計(jì)層面，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、數(shù)字化管控。

3 基于云計(jì)算的采棉機(jī)智能監(jiān)控技術(shù)

將多嵌入式平臺(tái)引入到智能控制系統(tǒng)中，并采用云處理計(jì)算方式對(duì)多平臺(tái)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，能更好實(shí)現(xiàn)采棉機(jī)視頻采集和處理的實(shí)時(shí)性和智能化。云計(jì)算平臺(tái)集成了巨大的云數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)，可以提供大量的、并行的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的計(jì)算和服務(wù)，云計(jì)算系統(tǒng)主要包括計(jì)算資源管理系統(tǒng)和服務(wù)器集群。其中，計(jì)算資源管理系統(tǒng)可有效地調(diào)度計(jì)算資源、動(dòng)態(tài)地部署、配置、調(diào)度和回收資源；服務(wù)器集群負(fù)責(zé)高并發(fā)量的用戶請(qǐng)求處理、大運(yùn)算量的計(jì)算處理，為了滿足大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求，使用相關(guān)數(shù)據(jù)分割算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使用并行計(jì)算的方式上傳和下載數(shù)據(jù)。

采棉機(jī)的云處理數(shù)據(jù)平臺(tái)主要使用在駕駛室，設(shè)計(jì)采用階梯式的結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的云處理計(jì)算功能，采用階梯式的結(jié)構(gòu)對(duì)云處理計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。其中，全局監(jiān)控服務(wù)器負(fù)責(zé)整合局部監(jiān)控服務(wù)器的信息，局部監(jiān)控負(fù)責(zé)監(jiān)控代理數(shù)據(jù)的整合，從而完成多嵌入式平臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的整合，實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算的數(shù)據(jù)處理方式。利用云數(shù)據(jù)處理計(jì)算方法可以有效提高計(jì)算速度，實(shí)現(xiàn)路徑的實(shí)時(shí)規(guī)劃，采棉機(jī)利用其風(fēng)力輸送、液壓傳動(dòng)、棉箱等部件與梳脫式采摘臺(tái)掛接；智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在駕駛室，利用多嵌入式平臺(tái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采集和圖像處理。利用云計(jì)算可以有效提高計(jì)算速度，且可以處理干擾信號(hào)線的圖像，完成路徑規(guī)劃。農(nóng)業(yè)實(shí)踐表明，其路徑追蹤能力較強(qiáng)，在2m范圍內(nèi)便可以追蹤到路徑，采棉效果較好，采凈率高、落地棉率和含雜率較低，符合采棉機(jī)的各項(xiàng)性能設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)雖然在部分頂尖技術(shù)層面還尚存缺陷，但總體發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)成熟。無(wú)論是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的要求，還是國(guó)內(nèi)棉花市場(chǎng)的巨大需求，采棉機(jī)在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，以及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和推廣，已是大勢(shì)所趨，有待于進(jìn)一步研究和挖掘。