基于B/S 架構的收割機軌跡數據可視化分析系統

白富強

（晉中職業技術學院，山西 晉中 030600）

在農業機械化高速發展的過程中，出現了不同類型的農機設備，在農業生產中，如果對農機缺少監管，不了解農機的運行情況，將無法對農機進行科學調度，降低農機的作業效率。為了高效完成生產作業，需要加強農機監控和農機調度，將B/S 架構應用在調度系統中。B/S 架構即Browser/Server 架構，主要表示網絡架構模式，在該架構模式下，將各個客戶端集中到一起，完善服務器的功能，利用瀏覽器和服務器架構模式開發收割機軌跡數據可視化分析系統，對系統進行維護和應用。在多種農機設備中，收割機是一種常用的農機，要想有效控制收割機，提高收割機的作業效率，需要加強監控，建立可視化分析系統，在B/S 架構的支持下分析收割機的運行軌跡，將軌跡數據轉化為可視化圖像，實時顯示收割機的行駛軌跡，為工作人員提供參考，提高收割機的可視化水平和管理水平，保證收割機調度的合理性。

1 收割機軌跡數據分析系統的結構框架

在前期的系統設計工作中，需要科學規劃系統的結構框架，只有結構框架足夠合理，才能夠保證系統高效穩定運行，及時獲取收割機運行的軌跡數據，根據實時動態數據判斷收割機的運行狀況。根據B/S 架構設計系統的結構框架，以服務器為核心，將不同的瀏覽器集中到一起，使各個瀏覽器與服務器相連。同時，服務器還連接著數據庫，服務器可以對數據進行處理和分析。為了獲取收割機的軌跡數據，需要安裝傳感器，利用該裝置收集收割機的數據信息，將數據傳輸到數據庫系統中。獲得收割機的運行軌跡數據后，數據分析服務器會分析軌跡數據，在應用服務器上形成可視化分析圖像，工作人員可以直觀地觀察收割機的軌跡路線，確保收割機管理人員能夠充分掌握農機設備的實時動態，收割機的駕駛人員也能夠了解當前的軌跡信息[1]。

在可視化分析系統架構的規劃設計中，需要構建MySQL 數據庫，要想順利進入數據庫，還要運用Web 技術，根據B/S 架構進行設計，該架構能夠為數據交互提供支持，確保應用服務器可以正常獲取數據，并在B/S 架構的支持下對數據服務器進行訪問。該系統不僅具有可視化分析功能，還具有可查詢功能，收割機的管理人員可以在Web 瀏覽器上查看可視化信息。當收割機處于行駛狀態時，傳感器會將數據傳輸給數據分析系統，系統可以分析和可視化處理數據，工作人員能夠直接在瀏覽器上查看農機的行駛軌跡，根據收割機當前的運行狀況進行調度，綜合分析各個農機設備的運行情況，合理規劃收割機的軌跡路徑，駕駛人員按照規劃的路徑進行駕駛，如果收割機的軌跡發生偏差，駕駛人員能夠及時發現偏差情況，調整收割機的行駛方向[2]。

2 收割機軌跡跟蹤分析

2.1 收割機割刀的受力分析

為了分析收割機的運行軌跡，對韭菜收割機進行研究。該收割機最主要的裝置是割刀電機，割刀電機會直接影響收割機的運行質量，必須科學設計割刀電機，分析切割韭菜時割刀的受力情況。在實驗過程中，選擇特別定制的夾具，用該工具緊緊夾住20 根韭菜，將其固定之后，需要使用割刀，利用該工具進行收割，將韭菜切斷。在切斷的過程中，需要精確記錄割刀的受力情況，一共展開6 組實驗，計算割刀的平均受力數據，得到割刀受力的數值為4.6 N。割刀割斷韭菜的時候，會進行余擺線運動，割刀和韭菜相接處的部位就是割刀運動時的最小速度，可以根據割刀的前進速度和半徑進行計算，得到割刀刀片的最小速度。使用韭菜收割機的時候，若切割的速度過慢，則無法保證韭菜的完整性，易導致根部受到破壞，應當合理設置切割速度。為了獲得最佳的切割速度，展開實驗，根據實驗可知，割刀速度處于12 m/s~32 m/s 時，破壞性最小，能夠更好地保證韭菜的完整性，提高韭菜切割的質量。本實驗主要選擇了半徑為10 cm 的割刀，根據割刀的半徑進行計算，能夠得到韭菜收割機中割刀的轉速，轉速主要處于1 800 r/min~8 500 r/min。

2.2 割刀電機

參考割刀半徑和轉速，選擇合適的割刀電機，根據特定型號的割刀電機展開研究，主要使用了57BL75S10-280TF9 高速直流無刷電機，該電機對能源的消耗量較少，該型號割刀電機的額定電壓為24 V，額定電流為4.2 A，額定功率為100 W，割刀電機的額定扭矩為0.12 N·m，電機中一共包含4 個電機轉子，電機的額定速度為8 000 r/min。

2.3 收割機運行軌跡分析

為了以可視化的形式展示收割機運行路徑，需要在機械設備運行的過程中收集軌跡數據。捕捉動態目標和捕捉靜態目標的方式存在較大差異，要想獲取收割機行駛過程中的圖像，應當采用圖像逼近法，利用該方法得到實時圖像，對圖像進行掃描。可視化分析系統主要運用了圖像幀間差分算法，在差分運算過程中，需要參考每一幀圖像的灰度值，該算法能夠有效捕捉動態的目標圖像。但需要注意的是，在對圖像進行處理的過程中，有可能會出現空洞現象，為了解決該問題，應當使用外接矩形的處理手段[3]。

識別目標圖像的時候，在周邊區域設置外接矩形，處理目標圖像時，去除收割機目標圖像的第一幀圖像，以此來確定目標區域，提升動態目標捕捉的精確性。另外，處理收割機目標圖像之前，還要應用迭代計算法，對其進行降噪，減弱噪聲對圖像的影響。經過幀間差分和迭代處理，得到最終的識別結果。如果單純使用分裂迭代計算方法，將會得到大量的圖像，為了更好地處理這些圖像，還要使用模糊分類方法，將這兩種方法相結合，采用幀間差分分裂迭代模糊聚類處理方式，可以有效提升收割機軌跡信息的精確度。應用該方法的過程中，需要確定收割機運動目標，對該目標進行迭代去噪，經過模糊聚類處理之后，識別目標特征，獲取空間信息，通過目標逼近獲取最終的目標數據[4]。

可視化分析系統對聚類K-means 算法進行了應用，該算法能夠使系統更加智能，應用該算法的過程中，可以根據關聯規則進行處理，收集收割機軌跡數據，進一步分析軌跡數據。在對數據進行收集和分類的過程中，需要運用關聯算法，在分類之前，編制數據記錄表，建立數據記錄候選集，分析各個數據的關系，根據彼此的關系展開分類工作，通過運算得到聚類中心，可以根據分類結果判斷收割機的狀況，智能診斷收割機，及時發現故障問題[5]。

經過模糊聚類處理之后，可以得到準確的位置，根據具體的位置確定收割機行駛軌跡。在可視化分析系統的設計中，根據B/S 架構設計系統架構，系統編程主要運用了C 語言，構建系統時，主要在ASP.NET 開發環境下進行設計，ASP.NET 屬于Web 技術，能夠為程序開發提供幫助，確保不同類型的瀏覽器都能夠查看收割機的運行軌跡。為了更好地處理數據，設計SQL 數據庫，增強系統的可擴展性，確保農機管理人員可以在遠程終端查看收割機運行路徑。為了測量收割機和作物之間的距離，需要使用平移傾斜裝置，對相機進行操控，以此來判斷農作物的距離。要想得到精確的位置，可以利用GPS 進行定位，還可以使用IMU慣性測量裝置[6]。

3 基于B/S 架構的收割機軌跡數據可視化分析系統設計方案

為了科學調度收割機和其他農機設備，需要設計可視化分析系統，以可視化的方式展示農機設備的運動軌跡，掌握農機設備的作業情況，為農機管理人員提供參考。在農業生產過程中使用多臺收割機時，必須做好調度管理工作，規劃不同收割機的行駛路徑，保證行駛路徑的合理性，提高農作物收割效率。在可視化分析系統的應用中，工作人員需要在系統中注冊賬戶，登錄系統后，在數據庫中存儲農機設備的相關信息。為了保證系統的登錄功能正常發揮作用，需要運用Lginjsp，還要運用Java 語言，對賬號和密碼進行檢查。用戶登錄系統的時候，需要輸入信息，系統前端驗證成功之后，繼續進行系統后端驗證，完成驗證后，用戶就能夠順利登錄系統。系統主要采用了Java 語言，確保系統模塊能夠發揮作用。對系統的服務器進行設計，主要設計了Web 服務器平臺，該平臺是整個系統的核心，能夠為用戶提供農機設備的運行軌跡圖像[7]。

可視化分析系統能夠為收割機調度工作提供幫助，是收割機調度系統的重要組成部分，調度系統由不同部分構成，除了可視化分析系統，調度系統還包括通信網絡、GPS、調度臺、手持終端等。收割機調度系統的功能比較完善，不僅能夠精確定位，還能夠以可視化圖像的形式展示運動軌跡，根據設備的位置和行駛路徑展開調度工作，滿足不同業務的需求。為了增加農機軌跡數據可視化顯示的功能，應當構建數據管理系統。在系統的實際應用中，系統會接收到大量的軌跡數據，完成數據傳輸和數據接收任務后，系統要對數據進行解包和存儲，根據服務請求展開工作，科學處理收割機運行軌跡數據。由于數據量較大，導致系統的運行效率受到影響，為了提升系統的性能，應當優化系統的硬件配置架構，科學設計服務器，確保系統能夠高效完成數據傳輸任務和數據處理任務[8]。

可視化分析系統中最關鍵的裝置為服務器，主要包括兩種類型的服務器，一種是可視化數據庫服務器，為了更好地管理數據，在系統中應用了MySQL數據庫對該服務器進行設計，主要選擇了1 T×8 的硬盤，服務器的內存為16 GB×8；另一種是應用服務器，這種服務器主要使用了512 GB×2 的硬盤，服務器的內存為8 GB×4。另外，要想對運行軌跡數據進行可視化處理，需要在64 位Windows 系統中進行操作。在系統運行中，系統會獲取收割機運行過程中的位置信息，對軌跡數據進行處理，用戶可以登錄瀏覽器，在瀏覽器頁面查看設備運行軌跡圖像，掌握收割機當前的位置和行駛路徑，用戶還可以查看收割機運行的歷史數據和軌跡圖像，進行科學調度和管理[9]。

展開大面積的收割作業時，往往要使用多臺收割機同時開展作業時，這就很容易產生混亂的情況，導致收割效率較低。而可視化分析系統能夠顯示收割機的行駛路徑，根據各個收割機的運行情況進行調度，科學規劃行駛路徑，收割機的駕駛人員可以按照規劃的路徑進行操作，使各個收割機協同高效運行，有序開展收割作業，最大程度提高收割效率。管理人員可以利用系統獲取作業區域和農機設備的信息，明確作業區域的面積，掌握作業區域的具體狀況，判斷作業區域是否存在障礙物或急轉彎，根據該區域的實際情況進行調度。當駕駛人員按照規劃的路徑進行操作時，若前方突然出現障礙物，系統會及時提醒駕駛人員，駕駛人員要快速調整收割機的行駛方向，繞過障礙物。若行駛過程中出現急轉彎，系統同樣會發出警報，駕駛人員會更加謹慎，避免在行駛的過程中發生安全事故[10]。

4 結論

在對收割機進行調度和管理的過程中，為了準確掌握收割機的行駛軌跡，需要應用B/S 架構對系統進行設計，還要應用軌跡動態顯示技術，以可視化的方式展示收割機運行軌跡。此外，工作人員要科學規劃收割機的行駛路徑，對收割機的運行過程進行實時監測，對運行軌跡數據進行分析，加強對收割機的管理，提升收割機的自動化程度，提高收割機的運行效率和作業質量。