基于北斗的糖業(yè)砍運(yùn)一體化管理系統(tǒng)研究

謝慧

【摘 要】為了提高甘蔗種植信息化水平和制糖企業(yè)生產(chǎn)管理水平，文章設(shè)計(jì)了適合甘蔗制糖行業(yè)的砍運(yùn)一體化管理系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)甘蔗地塊的信息采集、地圖管理、車輛監(jiān)控與調(diào)度、預(yù)警等功能，為制糖企業(yè)的生產(chǎn)和管理提供決策支持。

【關(guān)鍵詞】糖業(yè)；砍運(yùn)管理；北斗；管理系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】TP393 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）08-0019-03

0 引言

近年來(lái)，廣西的產(chǎn)糖量已經(jīng)占到全國(guó)產(chǎn)糖量的60%以上，成為名副其實(shí)的產(chǎn)糖大?。▍^(qū)）[1]。隨著甘蔗糖業(yè)的不斷發(fā)展和擴(kuò)大，對(duì)其生產(chǎn)作業(yè)管理的要求也極大提高。目前，我國(guó)甘蔗收獲作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、耗人工多，占甘蔗生產(chǎn)總用工量的50%左右[2]。甘蔗制糖業(yè)信息化和智能化管理水平低下影響著甘蔗種植、采砍、運(yùn)輸、糖業(yè)生產(chǎn)之間的信息流通性，還造成糖業(yè)砍運(yùn)各環(huán)節(jié)銜接失衡、管理缺失等問題，并且面臨著日益嚴(yán)峻的糖業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。

當(dāng)前，投入使用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)[3]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能夠提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）作為一種強(qiáng)大的空間分析工具，能夠以圖形數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)提供疊加分析和網(wǎng)絡(luò)分析等能夠產(chǎn)生新信息的功能[4]。

經(jīng)上述分析，為了解決甘蔗制糖業(yè)砍運(yùn)管理的信息化問題，本文采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS等技術(shù)設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)，以甘蔗砍運(yùn)一體化管理應(yīng)用滿足企業(yè)、蔗農(nóng)需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)甘蔗種植、監(jiān)控、砍運(yùn)的集成管理，達(dá)到提高智能化效率，給企業(yè)和農(nóng)戶帶來(lái)更大經(jīng)濟(jì)效益的目的。

1 基于北斗的糖業(yè)砍運(yùn)一體化管理系統(tǒng)架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展性，其設(shè)計(jì)遵循規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化的體系原則，并具有安全保障性，為其他的嵌入式系統(tǒng)提供多接口的接入應(yīng)用；在保證糖業(yè)砍運(yùn)正常進(jìn)行的同時(shí)，將現(xiàn)代信息技術(shù)與糖業(yè)砍運(yùn)過程中的全生命周期過程管理相結(jié)合，充分發(fā)揮GIS關(guān)鍵技術(shù)、北斗集成應(yīng)用技術(shù)等在糖業(yè)砍運(yùn)管理中的信息資源整合與知識(shí)挖掘的作用，實(shí)現(xiàn)在各種感知技術(shù)的支撐及軟硬件基礎(chǔ)上糖業(yè)砍運(yùn)的智能化、精細(xì)化管理。因此，本文研究以北斗集成關(guān)鍵技術(shù)和GIS技術(shù)為支撐，將系統(tǒng)劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、支撐平臺(tái)層、應(yīng)用實(shí)現(xiàn)層4個(gè)層次。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)以北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、北斗CORS基站、GIS、無(wú)人機(jī)、車載終端等基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，建設(shè)應(yīng)用數(shù)據(jù)資源平臺(tái)層，使用高速數(shù)據(jù)交換技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)將支撐平臺(tái)進(jìn)行融合，應(yīng)用實(shí)現(xiàn)層將共性數(shù)據(jù)與流通數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合利用，結(jié)合北斗終端設(shè)備，為用戶提供砍運(yùn)管理。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 北斗與GIS融合

系統(tǒng)研究北斗定位技術(shù)和GIS關(guān)鍵技術(shù)的融合應(yīng)用，解決地塊定位誤差大等問題，提高定位精度，使詳細(xì)的位置信息能夠?qū)崟r(shí)顯示在GIS電子地圖上。北斗高精度定位如圖2所示。

系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的遠(yuǎn)程與短距離信息交互、信息采集與智能控制等功能和GIS引擎，結(jié)合無(wú)人機(jī)、高精度手持終端、車載終端、北斗CORS固定基站，利用差分定位矢量柵格+電子地圖的集成模式和偽距差分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定位精度的精準(zhǔn)性，應(yīng)用GIS將定位信息、圖像位置等相銜接，以動(dòng)態(tài)地理信息表現(xiàn)業(yè)務(wù)過程，把蔗區(qū)的地塊、道路、站點(diǎn)等傳統(tǒng)信息實(shí)時(shí)顯示在GIS地圖上。

2.2 GIS調(diào)度管理和路徑優(yōu)化

在砍運(yùn)管理過程中，由于運(yùn)輸路網(wǎng)分析的關(guān)鍵問題是最短路徑問題，所以最短路徑的解決可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度。本文系統(tǒng)建立調(diào)度優(yōu)化模型結(jié)合利用GIS技術(shù)，將砍運(yùn)車輛、運(yùn)輸公路及其附屬設(shè)施等覆蓋數(shù)據(jù)信息經(jīng)過收集、處理和分析后，最終以地圖的形式直觀地顯示給了用戶。

為了實(shí)現(xiàn)配送路程最優(yōu)、費(fèi)用成本最少、時(shí)間耗費(fèi)最少、車輛占用最少等目標(biāo)，系統(tǒng)建立以滿足一定約束條件為前提的優(yōu)化模型，通過在對(duì)約束條件進(jìn)行確定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的最優(yōu)求解。車輛調(diào)度及路徑優(yōu)化主要涉及車次、配送目標(biāo)、路徑及車載容量等問題，受到配送的條件、半徑等因素的影響，所形成的調(diào)度優(yōu)化模型和算法也會(huì)不同，針對(duì)已知的配送中心、配送需求點(diǎn)、車隊(duì)等數(shù)量及車載容量等條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化模型建立，并將GIS引入與模型的結(jié)合，為砍運(yùn)車輛路徑的優(yōu)化提供有力的輔助決策作用。通過模型的建立與利用網(wǎng)絡(luò)分析工具推算獲取最短路徑相結(jié)合，將獲取的最短路徑信息數(shù)據(jù)返回GIS，實(shí)現(xiàn)車輛、貨物、配送點(diǎn)等得定位信息數(shù)據(jù)在GIS地圖上圖表顯示，形成圖形化定位信息，最終實(shí)現(xiàn)配送車輛調(diào)度與定位追蹤的圖形化管理。

2.3 電子圍欄

電子圍欄的主要功能是當(dāng)車輛超出蔗區(qū)范圍報(bào)警，在地圖上高亮顯示。裝載了北斗車載終端的砍運(yùn)車輛實(shí)時(shí)將定位信息回傳至管理系統(tǒng)，在電子地圖上顯示車輛的定位信息。管理人員可以在電子地圖上設(shè)置蔗區(qū)，劃定一個(gè)區(qū)域范圍，當(dāng)車輛超出范圍，終端將報(bào)警信息發(fā)送至系統(tǒng)，并且可以在管理系統(tǒng)的地圖上高亮顯示超出范圍的車輛信息。

電子圍欄的設(shè)置是在系統(tǒng)中調(diào)用GIS系統(tǒng)完成的，用戶根據(jù)指定的坐標(biāo)點(diǎn)（經(jīng)度、維度），在地圖上可以畫出圓形、矩形或者多邊形，劃定指定區(qū)域。也可以直接在地圖上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊選擇幾個(gè)點(diǎn)，將這些點(diǎn)圍成一個(gè)閉合區(qū)間，形成一個(gè)設(shè)定的電子圍欄。當(dāng)車輛超出范圍即報(bào)警。

3 系統(tǒng)功能模塊

基于北斗的糖業(yè)砍運(yùn)一體化管理系統(tǒng)以甘蔗地塊和砍運(yùn)車輛為采集對(duì)象，通過手持終端、車載終端、無(wú)人機(jī)結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和CORS基站，通過定位獲取空間位置，實(shí)現(xiàn)地塊信息和砍運(yùn)車輛信息的采集。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能包括以下模塊。

3.1 蔗區(qū)信息采集與地圖構(gòu)建

該模塊是針對(duì)道路信息、砍運(yùn)情況等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行采集，信息數(shù)據(jù)經(jīng)過校驗(yàn)和審核后，上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，利用GIS引擎，實(shí)現(xiàn)GIS電子地圖縮放，拖動(dòng)操作，包括放大、縮小、平移、全圖和地圖快速定位，顯示重要的地標(biāo)建筑，重點(diǎn)交通干道，鷹眼和圖例顯示，支持地塊、道路等地理數(shù)據(jù)的空間運(yùn)算，數(shù)據(jù)的空間存儲(chǔ)、索引，可以點(diǎn)擊查詢車輛、地塊、蔗點(diǎn)、蔗區(qū)道路等信息。

GIS電子地圖可以實(shí)現(xiàn)以下功能操作：{1}允許管理員通過種植地塊圖形查詢和查看權(quán)限范圍內(nèi)地塊種植信息。{2}查看地塊的信息，并可以對(duì)地塊的信息進(jìn)行修改和查看。{3}根據(jù)地塊編號(hào)、地名、蔗農(nóng)代碼、蔗農(nóng)姓名土壤類型、地形等條件查詢地塊的信息，并采集蔗地經(jīng)、緯度坐標(biāo)，將蔗地地塊添加到地圖上，在地圖上顯示蔗地地塊形狀，不同類別的蔗地可用不同的圖標(biāo)標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、漫游、按比例尺縮放等功能。{4}用戶可以查詢權(quán)限范圍內(nèi)歷年的地塊種植信息，并可以對(duì)種植的信息進(jìn)行新增、刪除、保存操作。

3.2 砍運(yùn)車輛智能監(jiān)控

砍運(yùn)車輛智能監(jiān)控主要是采用北斗/GPS定位技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，通過采集、處理并發(fā)布車輛運(yùn)行過程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了車輛位置與地理位置信息的結(jié)合，通過地圖上的車輛定位和軌跡追蹤實(shí)現(xiàn)了對(duì)砍運(yùn)車輛的智能監(jiān)控，它包括實(shí)時(shí)定位、信息監(jiān)控、超區(qū)報(bào)警、軌跡規(guī)劃等功能。{1}車輛實(shí)時(shí)定位：糖廠運(yùn)輸車輛北斗/GPS定位信息管理，車載視頻監(jiān)控終端可將衛(wèi)星定位信息實(shí)時(shí)傳輸至管理中心。{2}車輛信息監(jiān)控：顯示返程中1 km范圍，3 km范圍、10 km范圍的運(yùn)蔗車輛數(shù)據(jù)。{3}車輛超區(qū)報(bào)警：設(shè)置電子圍欄，當(dāng)車輛超出蔗區(qū)范圍報(bào)警，在地圖上高亮顯示。{4}車輛軌跡規(guī)劃：通過動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃，結(jié)合實(shí)時(shí)的交通信息對(duì)預(yù)先規(guī)劃好的最優(yōu)行車路線進(jìn)行適時(shí)的調(diào)整得到最優(yōu)路徑，以此設(shè)置好蔗點(diǎn)路線軌跡，跟蹤車輛軌跡，如果偏離軌跡報(bào)警。

通過各個(gè)功能的融合，實(shí)現(xiàn)制糖企業(yè)的管理人員在辦公室也可以監(jiān)控企業(yè)所有車輛的動(dòng)態(tài)與信息。利用裝載在砍運(yùn)車輛上的北斗終端，進(jìn)行定位信息采集和回傳，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)上對(duì)車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息提取和處理分析，達(dá)到對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)管，有利于甘蔗種植過程中原料的運(yùn)輸與供應(yīng)。

3.3 砍運(yùn)過程管理

甘蔗進(jìn)入砍運(yùn)高峰期后，需要制訂合理的砍運(yùn)計(jì)劃，明確相應(yīng)的砍運(yùn)任務(wù)分配，其中主要從砍蔗地塊的分配、砍運(yùn)時(shí)間的排序、人員安排、車輛安排、路線安排及不同時(shí)期、不同蔗種的前后砍運(yùn)順序的排序等任務(wù)進(jìn)行明確的分工。系統(tǒng)將砍運(yùn)過程管理計(jì)劃如下。{1}抽簽：顯示待抽簽列表；可以添加村、屯并輸入簽噸數(shù)后進(jìn)行自動(dòng)排列簽號(hào)，抽簽完成后進(jìn)入派證流程。{2}派證：顯示待派證列表；根據(jù)蔗農(nóng)的信息和甘蔗量的需求，進(jìn)行派證。{3}報(bào)進(jìn)：顯示待報(bào)進(jìn)列表；蔗農(nóng)砍蔗任務(wù)完成后申請(qǐng)報(bào)進(jìn)，蔗管員對(duì)報(bào)進(jìn)信息進(jìn)行審批，審批通過后進(jìn)入派車流程。{4}派車：顯示待派車列表；可以選擇待派車記錄進(jìn)行派車（一張砍蔗證派一輛車），駕駛員需聯(lián)系蔗農(nóng)確定時(shí)間。裝蔗完成后需蔗農(nóng)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)后進(jìn)入回廠排隊(duì)流程（在裝蔗確認(rèn)前可以改派車輛，改派后通知蔗農(nóng)和司機(jī)）。{5}排隊(duì)：車輛回到廠區(qū)時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生排隊(duì)號(hào)，等待進(jìn)入過磅流程。{6}過磅：過磅管理，確定甘蔗和運(yùn)輸車輛總重量。{7}質(zhì)檢：質(zhì)檢管理，確定甘蔗扣除雜質(zhì)的重量及確定甘蔗作物的品種。{8}回皮：回皮管理，確定運(yùn)輸車輛空載的車輛重量。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、GIS技術(shù)等設(shè)計(jì)了一套糖業(yè)砍運(yùn)一體化管理系統(tǒng)，并研究了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)以高新技術(shù)和科學(xué)管理實(shí)現(xiàn)甘蔗制糖業(yè)的智能化和精細(xì)化，以提高甘蔗制糖業(yè)生產(chǎn)力，促進(jìn)糖廠管理向技術(shù)型方向發(fā)展。但要實(shí)現(xiàn)基于北斗定位、GIS等農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用所帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，有賴于甘蔗制糖農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的規(guī)?；图s化，是在今后推廣應(yīng)用中有待進(jìn)一步研究和解決的問題。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]盧若偉，林以宋，李勇光，等.淺談提高廣西甘蔗糖業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展方向[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2017（7）：421-422.

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]