基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)研究

吳天華 龔瑞昆

摘 要：為了緩解收割機(jī)在收割季節(jié)供不應(yīng)求的局面，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收割機(jī)在收割過程中的高效率使用，文中通過對影響收割機(jī)調(diào)度的多種因素進(jìn)行分析，制定了適當(dāng)?shù)恼{(diào)度計(jì)劃，建立了聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度數(shù)學(xué)模型。以聯(lián)合收割機(jī)為對象，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS技術(shù)對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化，提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械調(diào)度系統(tǒng)的自動化水平和工作效率。

關(guān)鍵詞：收割機(jī);物聯(lián)網(wǎng);數(shù)學(xué)模型;調(diào)度

中圖分類號：TP39;S2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2019）02-00-03

0 引 言

我國是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物產(chǎn)量影響著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是國民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的重要保障。但隨著農(nóng)作物的增多，也暴露了一些在收割過程中遇到的問題。根據(jù)調(diào)查，每年在收割季節(jié)，許多地區(qū)的聯(lián)合收割機(jī)供不應(yīng)求，但一些地方的收割機(jī)卻閑置，無法達(dá)到收割的最高效率和最大利潤。一直以來，物聯(lián)網(wǎng)在收割機(jī)調(diào)度方面的應(yīng)用非常迫切。很多農(nóng)作物的收割期很短，糧食在北方又是大多數(shù)農(nóng)民的主要收益來源，一旦錯過最佳收割時間，就會對農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收益造成較大損失。因此，設(shè)計(jì)一套方便、快捷的收割機(jī)調(diào)度系統(tǒng)十分必要。

本文在深入分析聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度的現(xiàn)狀及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)上，選用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合RFID技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS技術(shù)與GPRS網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)事先設(shè)定好的調(diào)度原則建立聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度系統(tǒng)模型，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到收割機(jī)的調(diào)度中，實(shí)現(xiàn)收割機(jī)在每年收割季節(jié)的高利用率，提高農(nóng)機(jī)手的經(jīng)濟(jì)效益。

1 聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度系統(tǒng)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度系統(tǒng)是在物聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)以及我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合GIS技術(shù)，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)并針對聯(lián)合收割機(jī)的特點(diǎn)建立的聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)了收割機(jī)的實(shí)時定位以及收割機(jī)調(diào)度的優(yōu)化導(dǎo)航等。

在國內(nèi)針對收割機(jī)調(diào)度的實(shí)例并不多見，但我國農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的調(diào)度技術(shù)已逐漸走向成熟。哈爾濱、北京小湯山等地都已建成精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地，大力發(fā)展基于GPS技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，建立衛(wèi)星定位基站，通過對車臺傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，以準(zhǔn)確獲取當(dāng)前作業(yè)農(nóng)機(jī)的實(shí)時位置、油耗等數(shù)據(jù)[1]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)，即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，它通過網(wǎng)絡(luò)把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，從而實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[2-3]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上為人們提供了事物間的更多聯(lián)系，進(jìn)一步拉近了人與物、物與物之間的距離[4]。聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文研究主要利用了以下幾種技術(shù)：

（1）射頻識別技術(shù)（RFID）

RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)主要包括閱讀器和電子標(biāo)簽兩部分。射頻識別器的結(jié)構(gòu)和原理如圖2所示[5-6]。

射頻識別器的工作原理：閱讀器中的射頻識別耦合件對電子標(biāo)簽進(jìn)行識別，讀取電子標(biāo)簽內(nèi)的時序信息、能量和數(shù)據(jù)。電子標(biāo)簽包括天線、調(diào)制解調(diào)電路、邏輯控制單元、射頻接口、E2PROM和ROM等。

（2）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）

BDS是中國自主研制的集通信與定位功能于一體的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是世界上第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，BDS和GPS，GLONASS，GALILEO已成為全球定位系統(tǒng)的四大供應(yīng)商。

截至2018年3月，我國已發(fā)射了29顆北斗衛(wèi)星。預(yù)計(jì)于2020年底，我國將完成30顆北斗衛(wèi)星的全球組網(wǎng)建設(shè)。BDS的主要服務(wù)為開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種，開放服務(wù)主要是為個體提供免費(fèi)的基礎(chǔ)服務(wù)，包括粗略的定位、測速、授時等。而授權(quán)服務(wù)則是為有更高需求的客戶提供更精準(zhǔn)、更可靠的定位、測速、授權(quán)等服務(wù)，并且具有一定的通信能力。

（3）GPRS

GPRS是基于GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增強(qiáng)技術(shù)，在GSM網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上融入新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體。

GPRS提供了端到端、廣域的無線IP通信功能。每個用戶可同時占用多個無線信道，每個無線信道也可由多個用戶分享，增強(qiáng)了GSM系統(tǒng)的無線通信能力，是第三代無線通信技術(shù)走向成熟的過渡技術(shù)[7]。

GPRS具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在線時間長;

（2）GPRS按流量計(jì)費(fèi)，而非按照安裝用戶的上網(wǎng)時間計(jì)費(fèi)，計(jì)費(fèi)方式合理;

（3）支持高速率傳輸，傳播速度可達(dá)160 kbps;

（4）可與IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無縫銜接。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度原則和模型建立

2.2.1 聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度原則

（1）準(zhǔn)時性原則

由于農(nóng)忙時短，一旦錯過收割期，農(nóng)戶收成就會受到損失。因此要實(shí)現(xiàn)收割機(jī)的實(shí)時定位，掌握收割機(jī)所在位置，滿足系統(tǒng)的準(zhǔn)時性原則。

（2）路徑最短原則

聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度系統(tǒng)旨在協(xié)調(diào)地區(qū)之間聯(lián)合收割機(jī)供不應(yīng)求與出現(xiàn)閑置的矛盾。因此最佳路線的選擇至關(guān)重要，通過選擇最佳調(diào)度路線，降低調(diào)度成本，從而提高聯(lián)合收割機(jī)的工作效率，以謀求最大的經(jīng)濟(jì)效益[8]。

（3）收割機(jī)利用最小化原則

收割機(jī)的啟用成本較高，當(dāng)現(xiàn)有收割機(jī)資源可以滿足收割需求時，應(yīng)盡可能少地派收割機(jī)出去工作，以減少聯(lián)合收割機(jī)的調(diào)度成本。

2.2.2 聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度模型

（1）模型假設(shè)

假定所有聯(lián)合收割機(jī)為收割同一種作物的收割機(jī);根據(jù)農(nóng)戶種植信息確定農(nóng)場位置和收割點(diǎn);設(shè)有且僅有一個中心農(nóng)機(jī)點(diǎn)，每臺收割機(jī)都從該中心農(nóng)機(jī)點(diǎn)出發(fā)并最終回到這里;調(diào)度過程均在較理想狀況下進(jìn)行，不考慮天氣、地勢等特殊環(huán)境情況。

3 結(jié) 語

聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化方面起著重要作用，而國內(nèi)對于聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度的研究少之又少，因此，本文所研究的基于物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)合收割機(jī)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)監(jiān)控、農(nóng)機(jī)管理等方面具有重要意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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