1.本发明涉及农用机械远程监控技术领域，尤其涉及一种农用机械使用情况远程监测系统及方法。
背景技术：2.近年来，随着农业生产迈入规模化、机械化的发展阶段，农用机械得到了大范围的普及应用。但农用机械在使用过程中存在使用混乱、管理困难等问题，一方面，农用机械，尤其是大型农用机械价格高昂，一般由合作社、农场或者租赁公司购买持有，机械的管理方与使用方分离；另一方面，农用机械信息化管理水平较低，使得农用机械在使用过程中难以准确获取当前运行情况和工作区域。因此容易出现机械违规外借、少报多用等情况。
3.当前广泛使用的农用机械监测技术主要有以下两种：1)以组合仪表结合农用机械发动机等各关键部件安装的智能传感器进行本地监控报警；2)基于视频的图像采集进行监控。上述监测技术能够多方面获取农用机械的运行状态，但也存在安装繁琐、走线复杂、机械设备改动较大的问题，或是设备采购与维护成本高昂、监控需人值守等问题。同时，上述监测技术对于采集到的数据也存在利用度低的问题，一方面预警规则一经配置难以变更，也无法支持复杂的判断逻辑；另一方面采集到的运行数据未能有效地进行统计分析，数据价值难以发挥。
技术实现要素：4.本发明提供一种农用机械使用情况远程监测系统及方法，以解决上述技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种农用机械使用情况远程监测系统，包括安装于农用机械上的传感器模块和边缘数据处理装置，还包括部署于云端的服务平台；所述传感器模块与所述边缘数据处理装置信号连接，所述边缘数据处理装置与所述服务平台信号连接；
6.所述传感器模块至少包括振动振幅传感器和定位传感器；
7.所述边缘数据处理装置包括供电模块、数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块，所述供电模块为所述数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块提供电源；所述数据预处理模块用于接收所述传感器模块的信号并进行预处理；所述数据缓存模块用于储存所述数据预处理模块处理后的数据；所述数据无线传输模块用于将所述数据预处理模块处理后的数据传输至所述服务平台；
8.所述服务平台包括数据处理模块、数据持久化模块以及数据可视化模块，所述数据处理模块用于对所述边缘数据处理装置传输的数据进行处理，并根据预设规则进行数据异常判断；所述数据持久化模块和数据可视化模块接收所述数据处理模块的数据并分别进行持久化和可视化处理。
9.较佳地，所述服务平台还包括监测设备管理模块，安装于同一台农用机械上的传感器模块和边缘数据处理装置集成在同一壳体内，组成一个监测设备，所述监测设备管理
模块用于对当前已部署的所述监测设备进行统一管理。
10.较佳地，所述监测设备管理模块用于对所述监测设备的基本信息以及用于数据异常判断的所述预设规则进行维护。
11.较佳地，所述服务平台还包括消息推送模块，所述消息推送模块用于将所述数据处理模块获得的数据异常推送至用户终端。
12.较佳地，一个所述服务平台对应多个所述监测设备。
13.较佳地，所述传感器模块还包括加速度传感器和/或陀螺仪传感器。
14.较佳地，所述边缘数据处理装置还包括数据加密模块，所述数据加密模块用于将经过预处理的数据进行加密处理；所述数据处理模块还包括与所述数据加密模块匹配的数据解密模块。
15.较佳地，还包括数据可视化终端，所述数据可视化终端用于将所述数据可视化模块中的数据进行处理并生成可视化图表。
16.本发明还提供了一种农用机械使用情况远程监测方法，包括：
17.在若干农用机械上安装监测设备，所述监测设备包括壳体和安装于所述壳体内的传感器模块和边缘数据处理装置，所述传感器模块包括振动振幅传感器和定位传感器；所述边缘数据处理装置包括供电模块、数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块；所述供电模块为所述数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块提供电源；所述数据预处理模块用于接收所述传感器模块的信号并进行预处理；所述数据缓存模块用于储存所述数据预处理模块处理后的数据；所述数据无线传输模块用于将所述数据预处理模块处理后的数据传输至所述服务平台；
18.部署云端的服务平台，所述服务平台包括数据处理模块、数据持久化模块以及数据可视化模块，所述数据处理模块用于对所述边缘数据处理装置传输的数据进行处理，并根据预设规则进行数据异常判断，所述数据持久化模块和数据可视化模块接收所述数据处理模块的数据并分别进行持久化和可视化处理。
19.较佳地，所述预处理包括：将所述传感器模块传输的二进制格式数据转换为json格式，以及增加时间水印和设备水印。
20.与现有技术相比，本发明提供的农用机械使用情况远程监测系统及方法具有如下优点：
21.1、本发明无需接入农用机械本身控制电路，仅需安装在农用机械外部的合适位置即可，安装快速、方便，且兼容性强；
22.2、本技术提供的系统中提供了可供用户自行定义数据异常判断预设规则的监测设备管理模块，相较于现有技术，可以覆盖农用机械使用过程中的更多、更复杂的异常情况，并及时推送给用户；
23.3、本技术提供的系统对数据进行了持久化，并能够根据用户需求自定义可视化的统计图表，能够有效地发挥数据价值辅助决策。
附图说明
24.图1为本发明一具体实施方式中农用机械使用情况远程监测系统的系统框图；
25.图2为本发明一具体实施方式中农用机械使用情况远程监测方法的数据流图。
26.图中：101-振动振幅传感器、102-定位传感器、103-加速度传感器、104-陀螺仪传感器、201-边缘数据处理装置、301-服务平台、401-数据可视化终端。
具体实施方式
27.为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。
28.本发明提供的农用机械使用情况远程监测系统，如图1和图2所示，包括安装于农用机械上的传感器模块和边缘数据处理装置201，还包括部署于云端的服务平台301。所述传感器模块与所述边缘数据处理装置201信号连接，也就是说，传感器模块采集数据后以二进制格式实时传输到边缘数据处理模块201。所述边缘数据处理装置201与所述服务平台301信号连接。
29.所述传感器模块至少包括振动振幅传感器101和定位传感器102。具体的，所述振动振幅传感器101用于获取农用机械运行时的振动情况，考虑农用机械在不同工况下振动情况不同，采集振动振幅数据可以作为判断农用机械当前运行状态的依据。所述定位传感器102用于采集农用机械的定位信息。在一些实施例中，所述传感器模块还包括加速度传感器103和/或陀螺仪传感器104。具体的，所述加速度传感器103用于采集农用机械瞬时运动状态，采集的数据可以作为辅助判断农用机械当前运行状态和局部定位矫正。所述陀螺仪传感器104也可以用于采集农用机械瞬时运动状态，采集的数据同样可以作为辅助判断农用机械当前运行状态和局部定位矫正。
30.所述边缘数据处理装置201包括供电模块、数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块。具体的，所述供电模块为所述数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块提供电源。在一些实施例中，所述电池模块可以包括电池和太阳能充电板，节能环保，无需改动农用机械自身电路。所述数据预处理模块用于接收所述传感器模块的信号并进行预处理，例如，将各传感器的二进制格式数据转换为json(javascript object notation，js对象简谱)格式，便于服务平台301的数据处理模块对传感器的信息进行处理；又例如，对数据增加时间水印和设备水印等。所述数据缓存模块用于储存所述数据预处理模块处理后的数据，即：在本地存储器临时存储一段时间的数据，在网络通讯不畅的情况下避免数据丢失。所述数据无线传输模块用于将所述数据预处理模块处理后的数据传输至所述服务平台。在一些实施例中，所述数据无线传输模块通过mqtt(message queuing telemetry transport)协议，采用5g网络向服务平台301推送本地数据，并确保数据至少有一次接收成功。
31.所述服务平台301包括数据处理模块、数据持久化模块以及数据可视化模块。所述数据处理模块用于对所述边缘数据处理装置201传输的数据进行处理。在一些实施例中，所述数据处理模块可以包含数据转换与数据管道，数据转换主要是实现将上传数据转换为实时状态的功能，同时根据预设规则判断数据异常；数据管道是将转换后的数据进行过滤、汇总、补全和对齐等操作，处理为适合持久化与可视化的结构。所述数据持久化模块和数据可视化模块接收所述数据处理模块的数据并分别进行持久化和可视化处理，具体的，所述数据持久化模块负责将处理后的数据存储到云端数据仓库；所述数据可视化模块用于提供数据筛选、聚合及生成可视化图表的功能。
32.本发明无需接入农用机械本身控制电路，仅需安装在农用机械外部的合适位置即可，安装快速、方便，且兼容性强。
33.在一些实施例中，安装于同一台农用机械上的传感器模块和边缘数据处理装置201集成在同一壳体内，组成一个监测设备，一个所述服务平台301可以对应多个所述监测设备。在一些实施例中，所述服务平台301还包括监测设备管理模块，所述监测设备管理模块用于对当前已部署的所述监测设备进行统一管理，从而对多个农用机械进行同时监管。
34.在一些实施例中，所述监测设备管理模块还用于对所述监测设备的基本信息以及用于数据异常判断的所述预设规则进行维护，也就是说，用户可以通过监测设备管理模块对预设规则进行自行定义设置，该预设规则将作为服务平台进行数据异常处理时的依据，继而覆盖农用机械使用过程中的更多、更复杂的异常情况。
35.在一些实施例中，所述服务平台301还可以包括消息推送模块，所述消息推送模块用于将所述数据处理模块获得的数据异常推送至用户终端，从而将各种异常情况及时推送给用户。
36.请重点参考图2，在一些实施例中，所述边缘数据处理装置201还包括数据加密模块，所述数据加密模块用于将经过预处理的数据进行加密处理，例如通过rsa加密算法对发出数据进行加密，确保数据安全性。当然，所述数据处理模块还包括与所述数据加密模块匹配的数据解密模块。
37.请重点参考图1和图2，在一些实施例中，所述监测系统还包括数据可视化终端401，所述数据可视化终端401用于将所述数据可视化模块中的数据进行处理并生成可视化图表，从而向用户提供农用机械使用情况的数据可视化，展示农用机械的实时运行状态、定位轨迹与历史统计数据等。本技术通过对数据进行持久化，能够根据用户需求自定义可视化的统计图表，能够有效地发挥数据价值辅助决策。
38.本发明还提供了一种农用机械使用情况远程监测方法，包括：
39.在若干农用机械上安装监测设备，所述监测设备包括壳体和安装于所述壳体内的传感器模块和边缘数据处理装置201，所述传感器模块包括振动振幅传感器101和定位传感器102；所述边缘数据处理装置201包括供电模块、数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块；所述供电模块为所述数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块提供电源；所述数据预处理模块用于接收所述传感器模块的信号并进行预处理；所述数据缓存模块用于储存所述数据预处理模块处理后的数据；所述数据无线传输模块用于将所述数据预处理模块处理后的数据传输至所述服务平台；
40.部署云端的服务平台301，所述服务平台301包括数据处理模块、数据持久化模块以及数据可视化模块，所述数据处理模块用于对所述边缘数据处理装置传输的数据进行处理，并根据预设规则进行数据异常判断，所述数据持久化模块和数据可视化模块接收所述数据处理模块的数据并分别进行持久化和可视化处理。
41.采用上述监测方法能够准确获取农用机械的运行情况、工作区域等使用情况，且采集到的数据利用度高，显示结果直观。
42.较佳地，所述预处理包括：将所述传感器模块传输的二进制格式数据转换为json格式，对数据增加时间水印和设备水印，便于后续数据处理。
43.下面以其中一台收割机(农用机械)为例，详细介绍系统的安装和使用方法：
44.安装于该收割机上的设备包括振动振幅传感器101、定位传感器102、加速度传感器103、陀螺仪传感器104以及边缘数据处理模块201；云端配置有服务平台301；设置于用户处的数据可视化终端401。
45.图2为本发明的数据流图，具体数据传输路径如下：
46.1、用户将振动振幅传感器101、定位传感器102、加速度传感器103、陀螺仪传感器104、边缘数据处理装置201安装于收割机上，并在服务平台301的监测设备管理模块登记设备基本信息、监测设备与收割机的关联、机械超出预设工作区域报警规则与机械超出预设工作时长报警规则，同时登记当次使用的工作区域与工作时长。
47.2、收割机上安装的振动振幅传感器101、定位传感器102、加速度传感器103、陀螺仪传感器104采集收割机运行产生的数据，通过二进制格式将数据发送给收割机上安装的边缘数据处理装置201。
48.3、边缘数据处理装置201将接收到的数据流转入数据预处理模块，该模块将二进制数据转为json格式，同时向数据内添加接收数据时的当前时间水印以及当前设备水印。随后数据被rsa算法加密后通过mqtt协议发送到服务平台301。
49.4、服务平台301的数据处理模块通过mqtt接收到数据后，将数据解密，然后根据振动模式匹配，将上传的振动数据转化为收割机的运行状态(例如运行、停止、怠速)，同时从监测设备管理模块获取设备基本信息填充到采集到的数据体中。
50.5、再根据设备管理模块中的预设规则，发现当前数据体中的定位数据位于登记的工作区域之外，但工作时长未超出登记时长，将本条异常数据复制，一条流转到消息推送模块发送消息给登记用户，另一条发往数据管道中处理后再次复制，分别流转到数据可视化模块生成实时图表，以及数据持久化模块进行存储。
51.6、数据可视化终端401根据当前设置的筛选与聚合条件，从服务平台301的数据可视化模块拉出筛选后的数据及其图表用于展示。
52.综上所述，本发明提供的农用机械使用情况远程监测系统及方法，该系统包括安装于农用机械上的传感器模块和边缘数据处理装置201，还包括部署于云端的服务平台301，所述传感器模块与所述边缘数据处理装置201信号连接，所述边缘数据处理装置201与所述服务平台301信号连接。所述传感器模块至少包括振动振幅传感器101和定位传感器102。所述边缘数据处理装置201包括供电模块、数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块，所述供电模块为所述数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块提供电源，所述数据预处理模块用于接收所述传感器模块的信号并进行预处理，所述数据缓存模块用于储存所述数据预处理模块处理后的数据，所述数据无线传输模块用于将所述数据预处理模块处理后的数据传输至所述服务平台；所述服务平台301包括数据处理模块、数据持久化模块以及数据可视化模块。所述数据处理模块用于对所述边缘数据处理装置201传输的数据进行处理，并根据预设规则进行数据异常判断；所述数据持久化模块和数据可视化模块接收所述数据处理模块的数据并分别进行持久化和可视化处理，所述数据可视化模块用于提供数据筛选、聚合及生成可视化图表的功能。本发明无需接入农用机械本身控制电路，仅需安装在农用机械外部的合适位置即可，安装快速、方便，且兼容性强。
53.显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之
内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
技术特征：1.一种农用机械使用情况远程监测系统，其特征在于，包括安装于农用机械上的传感器模块和边缘数据处理装置，还包括部署于云端的服务平台；所述传感器模块与所述边缘数据处理装置信号连接，所述边缘数据处理装置与所述服务平台信号连接；所述传感器模块至少包括振动振幅传感器和定位传感器；所述边缘数据处理装置包括供电模块、数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块，所述供电模块为所述数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块提供电源；所述数据预处理模块用于接收所述传感器模块的信号并进行预处理；所述数据缓存模块用于储存所述数据预处理模块处理后的数据；所述数据无线传输模块用于将所述数据预处理模块处理后的数据传输至所述服务平台；所述服务平台包括数据处理模块、数据持久化模块以及数据可视化模块，所述数据处理模块用于对所述边缘数据处理装置传输的数据进行处理，并根据预设规则进行数据异常判断；所述数据持久化模块和数据可视化模块接收所述数据处理模块的数据并分别进行持久化和可视化处理。2.如权利要求1所述的农用机械使用情况远程监测系统，其特征在于，所述服务平台还包括监测设备管理模块，安装于同一台农用机械上的传感器模块和边缘数据处理装置集成在同一壳体内，组成一个监测设备，所述监测设备管理模块用于对当前已部署的所述监测设备进行统一管理。3.如权利要求2所述的农用机械使用情况远程监测系统，其特征在于，所述监测设备管理模块用于对所述监测设备的基本信息以及用于数据异常判断的所述预设规则进行维护。4.如权利要求3所述的农用机械使用情况远程监测系统，其特征在于，所述服务平台还包括消息推送模块，所述消息推送模块用于将所述数据处理模块获得的数据异常推送至用户终端。5.如权利要求2所述的农用机械使用情况远程监测系统，其特征在于，一个所述服务平台对应多个所述监测设备。6.如权利要求1所述的农用机械使用情况远程监测系统，其特征在于，所述传感器模块还包括加速度传感器和/或陀螺仪传感器。7.如权利要求1所述的农用机械使用情况远程监测系统，其特征在于，所述边缘数据处理装置还包括数据加密模块，所述数据加密模块用于将经过预处理的数据进行加密处理；所述数据处理模块还包括与所述数据加密模块匹配的数据解密模块。8.如权利要求1所述的农用机械使用情况远程监测系统，其特征在于，还包括数据可视化终端，所述数据可视化终端用于将所述数据可视化模块中的数据进行处理并生成可视化图表。9.一种农用机械使用情况远程监测方法，其特征在于，包括：在若干农用机械上安装监测设备，所述监测设备包括壳体和安装于所述壳体内的传感器模块和边缘数据处理装置，所述传感器模块包括振动振幅传感器和定位传感器；所述边缘数据处理装置包括供电模块、数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块；所述供电模块为所述数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块提供电源；所述数据预处理模块用于接收所述传感器模块的信号并进行预处理；所述数据缓存模块用于储存所述数据预处理模块处理后的数据；所述数据无线传输模块用于将所述数据预处理模块处理
后的数据传输至所述服务平台；部署云端的服务平台，所述服务平台包括数据处理模块、数据持久化模块以及数据可视化模块，所述数据处理模块用于对所述边缘数据处理装置传输的数据进行处理，并根据预设规则进行数据异常判断，所述数据持久化模块和数据可视化模块接收所述数据处理模块的数据并分别进行持久化和可视化处理。10.如权利要求9所述的农用机械使用情况远程监测方法，其特征在于，所述预处理包括：将所述传感器模块传输的二进制格式数据转换为json格式，以及增加时间水印和设备水印。
技术总结本发明涉及一种农用机械使用情况远程监测系统及方法，该系统包括服务平台以及安装于农用机械上的传感器模块和边缘数据处理装置；边缘数据处理装置包括供电模块、数据预处理模块、数据缓存模块和数据无线传输模块，供电模块用于提供电源；数据预处理模块用于对信号进行预处理；数据缓存模块用于储存数据；数据无线传输模块用于将数据传输至服务平台；服务平台包括数据处理模块、数据持久化模块以及数据可视化模块，数据处理模块用于对数据进行处理并根据预设规则进行数据异常判断；数据持久化模块和数据可视化模块接收数据处理模块的数据并分别进行持久化和可视化处理。本发明无需接入农用机械本身控制电路，安装快速、方便，兼容性强。容性强。容性强。
技术研发人员：赵震 谈骏杰 高尚 许璟琳 余芳强
受保护的技术使用者：上海建工四建集团有限公司
技术研发日：2022.06.27
技术公布日：2022/11/1
