基于B/S 架构的收割机轨迹数据可视化分析系统

白富强

（晋中职业技术学院，山西 晋中 030600）

在农业机械化高速发展的过程中，出现了不同类型的农机设备，在农业生产中，如果对农机缺少监管，不了解农机的运行情况，将无法对农机进行科学调度，降低农机的作业效率。为了高效完成生产作业，需要加强农机监控和农机调度，将B/S 架构应用在调度系统中。B/S 架构即Browser/Server 架构，主要表示网络架构模式，在该架构模式下，将各个客户端集中到一起，完善服务器的功能，利用浏览器和服务器架构模式开发收割机轨迹数据可视化分析系统，对系统进行维护和应用。在多种农机设备中，收割机是一种常用的农机，要想有效控制收割机，提高收割机的作业效率，需要加强监控，建立可视化分析系统，在B/S 架构的支持下分析收割机的运行轨迹，将轨迹数据转化为可视化图像，实时显示收割机的行驶轨迹，为工作人员提供参考，提高收割机的可视化水平和管理水平，保证收割机调度的合理性。

1 收割机轨迹数据分析系统的结构框架

在前期的系统设计工作中，需要科学规划系统的结构框架，只有结构框架足够合理，才能够保证系统高效稳定运行，及时获取收割机运行的轨迹数据，根据实时动态数据判断收割机的运行状况。根据B/S 架构设计系统的结构框架，以服务器为核心，将不同的浏览器集中到一起，使各个浏览器与服务器相连。同时，服务器还连接着数据库，服务器可以对数据进行处理和分析。为了获取收割机的轨迹数据，需要安装传感器，利用该装置收集收割机的数据信息，将数据传输到数据库系统中。获得收割机的运行轨迹数据后，数据分析服务器会分析轨迹数据，在应用服务器上形成可视化分析图像，工作人员可以直观地观察收割机的轨迹路线，确保收割机管理人员能够充分掌握农机设备的实时动态，收割机的驾驶人员也能够了解当前的轨迹信息[1]。

在可视化分析系统架构的规划设计中，需要构建MySQL 数据库，要想顺利进入数据库，还要运用Web 技术，根据B/S 架构进行设计，该架构能够为数据交互提供支持，确保应用服务器可以正常获取数据，并在B/S 架构的支持下对数据服务器进行访问。该系统不仅具有可视化分析功能，还具有可查询功能，收割机的管理人员可以在Web 浏览器上查看可视化信息。当收割机处于行驶状态时，传感器会将数据传输给数据分析系统，系统可以分析和可视化处理数据，工作人员能够直接在浏览器上查看农机的行驶轨迹，根据收割机当前的运行状况进行调度，综合分析各个农机设备的运行情况，合理规划收割机的轨迹路径，驾驶人员按照规划的路径进行驾驶，如果收割机的轨迹发生偏差，驾驶人员能够及时发现偏差情况，调整收割机的行驶方向[2]。

2 收割机轨迹跟踪分析

2.1 收割机割刀的受力分析

为了分析收割机的运行轨迹，对韭菜收割机进行研究。该收割机最主要的装置是割刀电机，割刀电机会直接影响收割机的运行质量，必须科学设计割刀电机，分析切割韭菜时割刀的受力情况。在实验过程中，选择特别定制的夹具，用该工具紧紧夹住20 根韭菜，将其固定之后，需要使用割刀，利用该工具进行收割，将韭菜切断。在切断的过程中，需要精确记录割刀的受力情况，一共展开6 组实验，计算割刀的平均受力数据，得到割刀受力的数值为4.6 N。割刀割断韭菜的时候，会进行余摆线运动，割刀和韭菜相接处的部位就是割刀运动时的最小速度，可以根据割刀的前进速度和半径进行计算，得到割刀刀片的最小速度。使用韭菜收割机的时候，若切割的速度过慢，则无法保证韭菜的完整性，易导致根部受到破坏，应当合理设置切割速度。为了获得最佳的切割速度，展开实验，根据实验可知，割刀速度处于12 m/s~32 m/s 时，破坏性最小，能够更好地保证韭菜的完整性，提高韭菜切割的质量。本实验主要选择了半径为10 cm 的割刀，根据割刀的半径进行计算，能够得到韭菜收割机中割刀的转速，转速主要处于1 800 r/min~8 500 r/min。

2.2 割刀电机

参考割刀半径和转速，选择合适的割刀电机，根据特定型号的割刀电机展开研究，主要使用了57BL75S10-280TF9 高速直流无刷电机，该电机对能源的消耗量较少，该型号割刀电机的额定电压为24 V，额定电流为4.2 A，额定功率为100 W，割刀电机的额定扭矩为0.12 N·m，电机中一共包含4 个电机转子，电机的额定速度为8 000 r/min。

2.3 收割机运行轨迹分析

为了以可视化的形式展示收割机运行路径，需要在机械设备运行的过程中收集轨迹数据。捕捉动态目标和捕捉静态目标的方式存在较大差异，要想获取收割机行驶过程中的图像，应当采用图像逼近法，利用该方法得到实时图像，对图像进行扫描。可视化分析系统主要运用了图像帧间差分算法，在差分运算过程中，需要参考每一帧图像的灰度值，该算法能够有效捕捉动态的目标图像。但需要注意的是，在对图像进行处理的过程中，有可能会出现空洞现象，为了解决该问题，应当使用外接矩形的处理手段[3]。

识别目标图像的时候，在周边区域设置外接矩形，处理目标图像时，去除收割机目标图像的第一帧图像，以此来确定目标区域，提升动态目标捕捉的精确性。另外，处理收割机目标图像之前，还要应用迭代计算法，对其进行降噪，减弱噪声对图像的影响。经过帧间差分和迭代处理，得到最终的识别结果。如果单纯使用分裂迭代计算方法，将会得到大量的图像，为了更好地处理这些图像，还要使用模糊分类方法，将这两种方法相结合，采用帧间差分分裂迭代模糊聚类处理方式，可以有效提升收割机轨迹信息的精确度。应用该方法的过程中，需要确定收割机运动目标，对该目标进行迭代去噪，经过模糊聚类处理之后，识别目标特征，获取空间信息，通过目标逼近获取最终的目标数据[4]。

可视化分析系统对聚类K-means 算法进行了应用，该算法能够使系统更加智能，应用该算法的过程中，可以根据关联规则进行处理，收集收割机轨迹数据，进一步分析轨迹数据。在对数据进行收集和分类的过程中，需要运用关联算法，在分类之前，编制数据记录表，建立数据记录候选集，分析各个数据的关系，根据彼此的关系展开分类工作，通过运算得到聚类中心，可以根据分类结果判断收割机的状况，智能诊断收割机，及时发现故障问题[5]。

经过模糊聚类处理之后，可以得到准确的位置，根据具体的位置确定收割机行驶轨迹。在可视化分析系统的设计中，根据B/S 架构设计系统架构，系统编程主要运用了C 语言，构建系统时，主要在ASP.NET 开发环境下进行设计，ASP.NET 属于Web 技术，能够为程序开发提供帮助，确保不同类型的浏览器都能够查看收割机的运行轨迹。为了更好地处理数据，设计SQL 数据库，增强系统的可扩展性，确保农机管理人员可以在远程终端查看收割机运行路径。为了测量收割机和作物之间的距离，需要使用平移倾斜装置，对相机进行操控，以此来判断农作物的距离。要想得到精确的位置，可以利用GPS 进行定位，还可以使用IMU惯性测量装置[6]。

3 基于B/S 架构的收割机轨迹数据可视化分析系统设计方案

为了科学调度收割机和其他农机设备，需要设计可视化分析系统，以可视化的方式展示农机设备的运动轨迹，掌握农机设备的作业情况，为农机管理人员提供参考。在农业生产过程中使用多台收割机时，必须做好调度管理工作，规划不同收割机的行驶路径，保证行驶路径的合理性，提高农作物收割效率。在可视化分析系统的应用中，工作人员需要在系统中注册账户，登录系统后，在数据库中存储农机设备的相关信息。为了保证系统的登录功能正常发挥作用，需要运用Lginjsp，还要运用Java 语言，对账号和密码进行检查。用户登录系统的时候，需要输入信息，系统前端验证成功之后，继续进行系统后端验证，完成验证后，用户就能够顺利登录系统。系统主要采用了Java 语言，确保系统模块能够发挥作用。对系统的服务器进行设计，主要设计了Web 服务器平台，该平台是整个系统的核心，能够为用户提供农机设备的运行轨迹图像[7]。

可视化分析系统能够为收割机调度工作提供帮助，是收割机调度系统的重要组成部分，调度系统由不同部分构成，除了可视化分析系统，调度系统还包括通信网络、GPS、调度台、手持终端等。收割机调度系统的功能比较完善，不仅能够精确定位，还能够以可视化图像的形式展示运动轨迹，根据设备的位置和行驶路径展开调度工作，满足不同业务的需求。为了增加农机轨迹数据可视化显示的功能，应当构建数据管理系统。在系统的实际应用中，系统会接收到大量的轨迹数据，完成数据传输和数据接收任务后，系统要对数据进行解包和存储，根据服务请求展开工作，科学处理收割机运行轨迹数据。由于数据量较大，导致系统的运行效率受到影响，为了提升系统的性能，应当优化系统的硬件配置架构，科学设计服务器，确保系统能够高效完成数据传输任务和数据处理任务[8]。

可视化分析系统中最关键的装置为服务器，主要包括两种类型的服务器，一种是可视化数据库服务器，为了更好地管理数据，在系统中应用了MySQL数据库对该服务器进行设计，主要选择了1 T×8 的硬盘，服务器的内存为16 GB×8；另一种是应用服务器，这种服务器主要使用了512 GB×2 的硬盘，服务器的内存为8 GB×4。另外，要想对运行轨迹数据进行可视化处理，需要在64 位Windows 系统中进行操作。在系统运行中，系统会获取收割机运行过程中的位置信息，对轨迹数据进行处理，用户可以登录浏览器，在浏览器页面查看设备运行轨迹图像，掌握收割机当前的位置和行驶路径，用户还可以查看收割机运行的历史数据和轨迹图像，进行科学调度和管理[9]。

展开大面积的收割作业时，往往要使用多台收割机同时开展作业时，这就很容易产生混乱的情况，导致收割效率较低。而可视化分析系统能够显示收割机的行驶路径，根据各个收割机的运行情况进行调度，科学规划行驶路径，收割机的驾驶人员可以按照规划的路径进行操作，使各个收割机协同高效运行，有序开展收割作业，最大程度提高收割效率。管理人员可以利用系统获取作业区域和农机设备的信息，明确作业区域的面积，掌握作业区域的具体状况，判断作业区域是否存在障碍物或急转弯，根据该区域的实际情况进行调度。当驾驶人员按照规划的路径进行操作时，若前方突然出现障碍物，系统会及时提醒驾驶人员，驾驶人员要快速调整收割机的行驶方向，绕过障碍物。若行驶过程中出现急转弯，系统同样会发出警报，驾驶人员会更加谨慎，避免在行驶的过程中发生安全事故[10]。

4 结论

在对收割机进行调度和管理的过程中，为了准确掌握收割机的行驶轨迹，需要应用B/S 架构对系统进行设计，还要应用轨迹动态显示技术，以可视化的方式展示收割机运行轨迹。此外，工作人员要科学规划收割机的行驶路径，对收割机的运行过程进行实时监测，对运行轨迹数据进行分析，加强对收割机的管理，提升收割机的自动化程度，提高收割机的运行效率和作业质量。