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1、小区播种机作业图自动生成软件设计 0引言 智能化小区播种机的研制提高了小区播种机的工作精度和工作效率,既保证了育种试验的准确性和科学性,也有利于降低试验成本和提高作物育种试验的效率[1].为了提高小区播种机的智能化水平,节省人力资源和时间,提高工作效率,研究了小区作业图自动生成系统.该系统可以根据农艺专家的需要,自动生成小区作业图,用于播种时工作人员对作业图的查看和对数据信息的提取.该方法中小区边界的坐标是由精确的数学计算确定的,相对于现在常用的用测量工具量出距离后沿线撒上白石灰,以此作为小区间的分界线的做法,可以
2、节省大量的劳动力,并且所需时间短,生成的作业图更加精确. 1系统功能设计 该软件可以实现的功能主要有数据输入、图形生成、数据保存、图片保存及打开已保存的数据5部分.根据这些功能,确定系统的总体设计方案.由于这5部分的功能并不复杂,可以将功能按钮直接显示在软件的主页面上,这就涉及到软件用户界面的设计.软件用户界面是指软件用于和用户交流的外观、部件和程序等[2].本软件主要面向农艺专家,可以将软件能够实现的功能一目了然地显示在界面上. 在使用作业图时,需要将小区作业图的坐标和实际的地块坐标对应起来,这就涉及到地头标定
3、的问题.这部分功能利用高斯-克吕格投影将经纬度坐标转换成大地坐标;再利用三角形面积公式进行标定,确定地块的原点和x、y轴.由此将图中的坐标与实际坐标联系起来,建成起方便使用的坐标系. 2程序设计 程序的设计主要包括各功能部分的程序设计,如数据的输入、绘图程序的设计、图形保存和数据保存部分程序设计、打开已保存的数据并绘出图形程序设计以及软件的移动传输.输入的数据包括地块长度、地块宽度、小区数、大间距、小间距、间距、行长、小区宽度及东西南北保护区.其中,各保护区的大小受阳光、水分、土质等外界条件影响,大小视具体情况而定
4、.输入的各数据代表的含义在图例中均已标注,如图1所示. 绘图程序框图如图2所示.根据不同育种专家的习惯、地块大小及不同作物品种的需要,地块分区有不同的要求,该软件由输入的数据判断图形的样式.图形绘制完成后,将图形和数据分别保存为.bmp格式和.txt格式,方便以后的调用.打开按钮就是将保存的数据打开并绘制图形.同时,由于所需输入的数据较多,为了方便使用,在软件的右侧配有一张图例,用户可以方便地了解各数据所代表的意义. 3地头标定及坐标转换 GPS接收到的信息包括经纬度坐标和速度等信息.要想将所绘制的作业图用于实际
5、的播种工作中,需要将经纬度坐标转化成大地坐标,并与作业图对应起来.这就需要用高斯-克吕格投影进行坐标转换,转换后的长度单位为米,而作业图中的长度单位为像素,将两者按一定的比例对应起来,最后用三角形面积公式进行地头标定. 3.1空间坐标与大地坐标的转换 高斯-克吕格投影变换可将空间经纬度坐标转换为平面直角坐标.如果以高斯-克吕格投影中的中央子午线的投影为X轴,以赤道的投影为Y轴,两轴的交点为原点,就构成了高斯-克吕格平面直角坐标系[3],设大地坐标为(L,B),与高斯平面直角坐标(x,y)之间的函数关系式为
6、 式中x、y-平面直角坐标系的纵、横坐标;L、B-椭球面上大地坐标系的经、纬度;S-由赤道至纬度B的子午线弧长;N-卯酉圈曲率半径;η-η=e'cos2B,其中e'为地球的第2偏心率. 由式(1)就可以得到播种机当前在大地上的坐标;但是此次坐标系包括了整个地球的范围,而地块的面积相对来说极其微小,且地块的方向不一定是正南正北方向.该坐标系使用起来极不方便,这就需要建立自己的坐标系. 3.2地头标定及地块方向的确定 坐标系的建立包括确定原点及x、y轴方向.原点的确定方法为:在地头上选
7、定一个点,测出该点的x、y坐标,设该点的坐标为0,之后测得的点的坐标均减去原点处实际坐标的值,这样原点就确定了.确定x、y轴的方向后,坐标系也就建好了.由三角形面积公式可知,如果已知三角形的三边的长度,就可以算出三角形的高.本文中就是利用三角形的高作为x、y坐标.三角形面积公式为 坐标推导图如图3所示. 设A点为原点,x、y轴方向如图所示,B、D分别为y轴和x轴上的点,C点为地块内任意一点.由三角形面积公式可以算出△ABC、△ACD的高,分别作为x、y轴坐标.利用这种方法的好处是,可以不必考虑地块的实际方向
8、,就可以将GPS测得的坐标与作业图坐标吻合. 3.3像素与实际测量单位的转换 在实际绘图时,世界坐标系空间中的一个区域要先被映射到页面空间,然后再由页面空间映射到设备空间,再由设备空间映射到物理设备空间,这样图形就在计算机屏幕上显示出来了[4].对于设备空间来说,它的左上角为坐标原点(0,0),向右是x增加的方向,向下是y增加
