分布式農(nóng)用機械遠(yuǎn)程在線服務(wù)平臺的設(shè)計

陳　崗

摘要：針對我國農(nóng)業(yè)機械社會化服務(wù)需求不斷提高的現(xiàn)狀，設(shè)計研發(fā)了一種分布式農(nóng)用機械遠(yuǎn)程在線服務(wù)平臺。本文介紹了該平臺設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理及功能，重點給出了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)的設(shè)計方案，該平臺通過GPS技術(shù)、GPRS技術(shù)、GIS技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，能夠很好地實現(xiàn)分布式農(nóng)用機械的遠(yuǎn)程在線服務(wù)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用機械；在線服務(wù)平臺；通信網(wǎng)關(guān)；GPS；GPRS；GIS

中圖分類號：S126文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：0439-8114(2009)02-0465-03

隨著國家對農(nóng)業(yè)機械工業(yè)支持力度的不斷加大，我國農(nóng)業(yè)機械進(jìn)入了一個高速發(fā)展的時期。農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品正向著大型、高效、成套、智能化發(fā)展，預(yù)計到2010年，我國農(nóng)機工業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到2000億元山。與此同時，農(nóng)機社會化服務(wù)體系也取得了較快的發(fā)展，各級農(nóng)機社會化服務(wù)組織迅速壯大。如何全面提升農(nóng)業(yè)機械化服務(wù)水平，建立一個快速、準(zhǔn)確、高效、科學(xué)的農(nóng)機社會化服務(wù)體系是一個重要的研究課題。本文針對這一實際需求，運用先進(jìn)的無線通信技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了一種分布式農(nóng)用機械遠(yuǎn)程在線服務(wù)平臺。該平臺實現(xiàn)了農(nóng)用機械的導(dǎo)航定位、故障報修、緊急救援、信息服務(wù)、反劫防盜等多種功能，為大中型農(nóng)用機械跨區(qū)跨省作業(yè)提供了技術(shù)保證。

1平臺總體結(jié)構(gòu)

分布式農(nóng)用機械遠(yuǎn)程在線服務(wù)平臺按組成結(jié)構(gòu)分為農(nóng)機終端、無線通信網(wǎng)絡(luò)和信息服務(wù)中心3個部分，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．1農(nóng)機終端

在農(nóng)用機械上加裝終端單元，包括：微處理器模塊、GPS模塊、GPRS模塊、報警模塊、液晶顯示模塊、存儲模塊及電源模塊組成農(nóng)機終端。

微處理器模塊：是農(nóng)機終端的控制核心，負(fù)責(zé)控制協(xié)調(diào)農(nóng)機終端內(nèi)部各模塊的工作、數(shù)據(jù)交換、運算及軟件協(xié)議層的信息處理等工作。GPS模塊：負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，實時計算出農(nóng)機終端的三維坐標(biāo)、速度、方向、時間等信息并通過串口傳送給主控模塊。GPRS模塊：用于實現(xiàn)農(nóng)機終端和信息服務(wù)中心之間的無線數(shù)據(jù)通信。報警模塊：安裝有緊急報警按鈕和狀態(tài)傳感器，用于實現(xiàn)農(nóng)機終端的緊急及故障報警。液晶顯示模塊：用于顯示GIS電子地圖、經(jīng)緯度以及信息服務(wù)中心發(fā)送來的各種信息，實現(xiàn)農(nóng)用機械導(dǎo)航、綜合信息發(fā)布等。存儲模塊：用于存放系統(tǒng)引導(dǎo)程序、μcLinux嵌入式操作系統(tǒng)、GIS電子地圖、應(yīng)用程序、用戶數(shù)據(jù)等。電源模塊：分別給終端各模塊提供相應(yīng)電源及工作時鐘信號。

1．2無線通信網(wǎng)絡(luò)

無線通信網(wǎng)絡(luò)采用GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，它是一種采用分組交換和分組傳輸技術(shù)來傳輸高速、低速數(shù)據(jù)及信令的高效、低成本的無線數(shù)據(jù)傳輸方式。該技術(shù)具有“永遠(yuǎn)在線”的美稱，完美地體現(xiàn)了GSM與INTERNE7的結(jié)合。

1．3信息服務(wù)中心

信息服務(wù)中心是整個服務(wù)平臺的控制中心，由通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器、信息服務(wù)器等組成。

通信服務(wù)器：含有通信網(wǎng)關(guān)，是整個服務(wù)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的中樞，主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)。GIS服務(wù)器：用于實現(xiàn)基于電子地圖的各項功能，提供圖形化的人機交互界面。信息服務(wù)器：用于存儲注冊的農(nóng)機終端、維修網(wǎng)點以及農(nóng)機信息等各種信息，為用戶提供信息服務(wù)。

2設(shè)計原理及功能

分布式農(nóng)用機械遠(yuǎn)程在線服務(wù)平臺是基于GPS技術(shù)、GPRS技術(shù)、GIS技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)的。

2．1設(shè)計原理

在農(nóng)機終端的報警模塊中安裝有緊急報警按鈕和狀態(tài)傳感器，當(dāng)農(nóng)用機械遇到緊急情況或出現(xiàn)故障時，報警模塊將向微處理器模塊傳送報警信號：GPS模塊負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，解算出自身的位置信息并通過串口傳送給微處理器模塊；GPRS模塊負(fù)責(zé)農(nóng)機終端與信息服務(wù)中心之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，將農(nóng)機終端的動態(tài)位置、時間、速度以及各種報警信息上傳到信息服務(wù)中心。信息服務(wù)中心接收農(nóng)機終端上傳的位置、狀態(tài)等信息，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理并存人信息服務(wù)器相應(yīng)存儲單元，同時在GIS服務(wù)器電子地圖上進(jìn)行地圖匹配，實時顯示農(nóng)機終端的位置并且可以根據(jù)需要顯示出運行軌跡，對于檢測到的報警信息，將給以報警提示。信息服務(wù)中心還可通過GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)下傳相應(yīng)的調(diào)度、控制指令以及發(fā)布的綜合農(nóng)用信息，從而實現(xiàn)對農(nóng)用機械的定位、監(jiān)控管理以及綜合信息發(fā)布。

2．2實現(xiàn)的功能

1)監(jiān)控調(diào)度：根據(jù)農(nóng)機終端上傳的經(jīng)度和緯度坐標(biāo)在電子地圖上實時顯示出農(nóng)用機械運行的位置和運行狀況，形成直觀的運行軌跡。信息服務(wù)中心通過GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對農(nóng)用機械的監(jiān)控調(diào)度。

2)定位跟蹤：信息服務(wù)中心可以對任意在線農(nóng)機終端發(fā)出跟蹤指令，讓其按一定的時間間隔發(fā)回位置和運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，在信息服務(wù)中心屏幕上顯示其實時位置和運行狀態(tài)。

3)導(dǎo)航功能：信息服務(wù)中心根據(jù)農(nóng)用機械作業(yè)的目的地，按照最優(yōu)路徑快速算法得出最優(yōu)路徑發(fā)送到農(nóng)機終端，為大中型農(nóng)用機械跨區(qū)跨省作業(yè)提供技術(shù)支持。

4)點名功能：信息服務(wù)中心通過GIS監(jiān)控終端發(fā)送點名指令，讓在線農(nóng)機終端發(fā)回一個當(dāng)前位置和運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

5)報警受理：信息服務(wù)中心接收到農(nóng)機終端上傳的報警信號后，首先判別報警類型，然后根據(jù)不同的情況分別予以處理。緊急報警受理：當(dāng)農(nóng)用機械遇到搶劫、交通事故等緊急情況時，可按下緊急報警按鈕向信息服務(wù)中心上報報警信息，信息服務(wù)中心接收到緊急報警信息后，立即將報警農(nóng)機終端的信息傳送給公安機關(guān)同時發(fā)送熄火鎖車命令。被盜報警受理：當(dāng)農(nóng)機終端報警模塊中的狀態(tài)傳感器檢測到農(nóng)用機械被非法侵入或非法啟動運行時，將調(diào)用GPRS模塊SIM卡中存儲的報警號碼撥打車主電話或發(fā)送短信，同時將報警信息上傳信息服務(wù)中心。故障報警受理：信息服務(wù)中心接收到農(nóng)機終端的故障報警后，首先在信息服務(wù)器中查詢離故障農(nóng)機終端最近的維修服務(wù)網(wǎng)點，將故障農(nóng)機終端的位置、狀態(tài)等信息傳送給維修服務(wù)網(wǎng)點以便讓維修人員在第一時間趕到故障現(xiàn)場。超速報警受理：當(dāng)農(nóng)用機械運行速度超出正常的設(shè)定值，信息服務(wù)中心將報警并下傳報警提示信息，以提醒駕駛員注意。越界報警受理：當(dāng)農(nóng)用機械運行范圍超出允許的設(shè)定范圍，信息服務(wù)中心將報警并下傳報警提示信息，以提醒駕駛員注意。

6)信息發(fā)布：信息服務(wù)中心適時向農(nóng)機終端發(fā)送各類農(nóng)用信息、大中型農(nóng)用機械使用供求信息等，為廣大農(nóng)機用戶提供信息服務(wù)。

3數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)設(shè)計

由于GPS終端在廠家和型號上的多樣性，決定了GPS終端協(xié)議的異構(gòu)型和多樣性，這就為在線服務(wù)平臺設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化帶來了困難。針對以上情況，提出了無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)的方案來解決以上問題。

在網(wǎng)關(guān)的前端部分，實現(xiàn)對異構(gòu)GPS終端的兼

容，在網(wǎng)關(guān)的出口部分實現(xiàn)對應(yīng)用軟件接口的統(tǒng)一，這樣從一方面解決了用戶已配備的GPS終端的可再利用性和可替代性，滿足用戶使用上的方便和投資上的合理：另一方面為應(yīng)用軟件開發(fā)者提供了一個統(tǒng)一的接口，降低了開發(fā)的復(fù)雜度，提高了開發(fā)的效率。網(wǎng)關(guān)設(shè)計系統(tǒng)框架圖如圖2所示。

無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)需要完成兩大功能：一是與GPS終端進(jìn)行交互：二是與監(jiān)控中心GIS應(yīng)用軟件進(jìn)行交互。所以，網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)應(yīng)包括兩大部分：與GPS終端交互部分：與監(jiān)控中心GIS應(yīng)用軟件交互部分。①與GPS終端交互部分。主要包括終端數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和終端協(xié)議的解析、轉(zhuǎn)換。這里GPS終端的多樣性決定了數(shù)據(jù)接收、發(fā)送部分是軟件中變動較大的部分，基于軟件設(shè)計的模塊化和可擴(kuò)充性的考慮，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送在程序中設(shè)計為單獨的軟件模塊，便于未來擴(kuò)充支持更多的終端。這樣，在有其他型號的GPS終端設(shè)備加入的情況下，只需要按照架構(gòu)設(shè)計，使用新型GPS終端協(xié)議的接收和發(fā)送部分。避免重新設(shè)計整體架構(gòu)。②與中心應(yīng)用軟件交互部分。這部分是網(wǎng)關(guān)提供數(shù)據(jù)信息服務(wù)的主要部分，包括實時GPS數(shù)據(jù)信息提供、歷史數(shù)據(jù)的查詢以及用戶管理等功能。這一部分，在定義了通用的網(wǎng)關(guān)協(xié)議和對用戶需求充分分析的前提下，軟件的功能相對獨立，變動也相對較小，因此為避免GPS終端交互部分的軟件變動對該部分造成影響，將這一部分設(shè)計為單獨的模塊。這樣終端數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換之后，不用直接與中心軟件相聯(lián)，而是通過這個單獨的多用戶轉(zhuǎn)發(fā)模塊相聯(lián)，增強了整個系統(tǒng)可擴(kuò)展性并便于應(yīng)用。

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)選用C++言，在Microsoft Win-dows平臺上使用Microsoft Visual C++6.0開發(fā)完成，編譯完成的網(wǎng)關(guān)需運行在Microsoft WindowsServer2000或NT平臺下。

網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計采用的是多線程工作模式。在總體設(shè)計框架中，GPS終端信息接收、發(fā)送、解析和轉(zhuǎn)換全部是相對獨立的過程，使用多線程可以充分發(fā)揮硬件的性能，避免部分功能模塊出現(xiàn)延遲影響整個網(wǎng)關(guān)效率。使用多線程還可以提高網(wǎng)關(guān)的可靠性，當(dāng)一個線程出現(xiàn)錯誤鎖死的時候，其它的線程不受影響，仍然能夠繼續(xù)運行。而且通過級別較高的監(jiān)控線程可以方便地檢測和重新啟動已經(jīng)鎖死的線程，提高系統(tǒng)長時間運行的穩(wěn)定性。

4小結(jié)

預(yù)計到2020年，我國主要農(nóng)作物耕種收綜合機械化水平將超過70％，相應(yīng)的農(nóng)機社會化服務(wù)需求也會越來越高。本文從實際需求出發(fā)，設(shè)計研發(fā)了一種分布式農(nóng)用機械遠(yuǎn)程在線服務(wù)平臺，經(jīng)實際測試表明，該平臺運行穩(wěn)定，為廣大農(nóng)機用戶提供了最快捷、最便利、全方位的在線服務(wù)。隨著我國農(nóng)業(yè)機械化程度的不斷提高，該平臺必將有著更廣闊的應(yīng)用前景。

(責(zé)任編輯王曉芳)