基于GIS的農機監控調度系統的設計

童維楗+高立+趙偉振

摘 要

隨著我國土地政策的不斷實施，農業機械信息化作業日趨增強，而當今農機作業中，信息發展相對滯后，大型農業機械資源不能合理調用，利用效率較低，針對這種情況提出一種以GIS（地理信息系統）為核心應用技術，GPRS（通用分組無線業務）GPS（全球定位系統）技術為基礎的農機監控調度系統，進而實現實現農業機械的信息化作業。

【關鍵詞】農機 調度 地理信息系統

1 引言

隨著我國土地流轉政策的實施，農業機械化和信息化進程的持續推進，農機合作社、農機行業協會等組織形式不斷涌現，并逐漸發展壯大。由于農業生產具有較強的時效性和連貫性，對于大范圍的農機作業，需要對農機資源進行合理配置、移動監控和有效調度。

文獻[1]和文獻[2]都使用GPS技術對農機作業實時記錄，提高了農機信息化調度作業，其中文獻[2]采用GSM技術以短信的方式進行調度指令的傳送。文獻[3]基于B/S框架與谷歌地圖服務實現了一套農機監管調度系統，實現了農機實時監測，以及簡易農機調度。這些研究雖然在農機作業過程起到了重要的指導作用，提高了作業效率，但由于這些系統在實際的作業中局限于操作者和管理人員的經驗，缺乏有效的數據分析支撐，限制了農機高效監控調度的能力。本文將基于這些缺陷，設計一種能夠高效管理調度的農機監控調度系統。

2 平臺整體架構

整個系統主要由現場采集端、服務器端和遠程控制終端手機或電腦三個部分組成，架構圖如圖1。

2.1 車載終端

車載終端主要包含兩個方面，其一是農機手所帶的手機客戶端，手機客戶端可以實時上傳農機的位置信息，包括經度、緯度、海拔以及車輛行駛速度等數據；其二是農機上裝載的各種傳感設備，包括油量，水量，溫度等農機性能相關參數的傳感器，收集到的數據將以3G模塊發送給云服務器端。

2.2 監控服務器端

服務器在邏輯上分為GIS服務器，云服務器，數據庫三個核心部分。GIS服務器專一負責位置信息的處理，通過手機移動端，可以將經緯度、行駛速度、海拔高度等位置信息或者相關數據發送到GIS服務器中，該服務器統一進數據的實時存取處理并能夠實時響應給客戶端不同農機對應的位置信息；云服務器主要與客戶端相交互，包括移動客戶端和電腦客戶端，解析接受并響應來自客戶端的數據請求，并從數據庫中對相關數據進行存取處理GIS服務器主要負責位置信息的處理，統一處理客戶端農機狀態信息等相關數據。

2.3 客戶端監控終

客戶終端主要包含位置信息查看，即時通信、農機狀態參數檢測與農機基本信息查看等功能。利用第三方平臺的SDK技術可實現對遠程農機的位置進行獲取并在電子地圖上進行查看，以及對本機位置信息的實時上傳；即時通信可以實現農機手與農機手之間，管理人員與農機手之間方便快捷的通訊，更快捷方便的傳達調度任務；農機狀態參數檢測則是可以無論何時何地都可以對具體某個農機當前運作時的狀態進行檢測，農機基本信息查看則是可以查看的具體農機的基本信息包括當前操作農機手等信息。

本系統利用手機客戶端采集位置信息，GIS可采用百度平臺SDK實現 GPRS網絡回傳與位置信息處理與存儲；現場農機信息相關參數采集端主要依靠車載傳感器采集，云服務器與數據庫相協調將這些數據進行存儲以及對客戶端的實時數據支持。

3 系統設計

3.1 主要流程設計

農機調度系統運轉圖如圖2所示。

整個系統設計到多個部分與環節的數據同步與傳輸，包括客戶端，服務器端之間的數據交互。其中服務器端又分為云數據服務于GIS數據服務器，云服務器主要包含農機基本信息，視頻監控，系統調度，各種現場信息參數的獲取任務，而GIS數據服務器主要負責農機位置的追蹤，以及相關位置信息管理的業務，這里可以選用百度SDK得到精準的位置服務。

通過手機客戶端可以上傳位置信息到GIS服務器，也可以向服務器請求獲取其他農機的位置分布，行駛軌跡等信息并在地圖上進行展示。客戶端通過向服務器請求農機信息，農田現場信息，服務器通過對硬件系統發送的指令進行現場信息的實時返回，并返回至客戶端中，客戶端即可進行相關信息的展示。管理員通過查看農田作業情況，農機分布情況，可以通過音頻或者視頻的方式向一線農機手發送任務指令。

3.2 主要模塊設計

主要模塊設計圖如圖3所示。

3.2.1 農機管理子模塊

農機管理子模塊主要包括農機信息管理和位置管理兩大部分組成。農機信息里可以查詢到每個農機設備的具體信息，包括該農機的各種機器參數以及設備配置對應農機手等詳細信息。位置管理即是對農機的移動位置等相關內容進行管理，其中主要包括實施軌跡追蹤，歷史軌跡回放，地理圍欄設置三個部分。實時軌跡追蹤可實時追蹤農機的地理位置，并且將其位置信息記錄下來，通過百度地圖的鷹眼追蹤模塊進行實現；歷史軌跡回放可以選定特定農機特定時間查看歷史行駛軌跡；地理圍欄設置可以設置農機運作范圍，若農機實時位置超出該范圍可以進行報警，可在農機報警界面及時查看，并采取相關調度措施。

3.2.2 遠程監控子模塊

該模塊主要包括視頻監控、遠程控制和數據顯示三個部分。在數據顯示中可以查看氣象數據、水位監測數據、農機實時參數，農機實時參數包括農機水位油量發動機溫度等參數，各數據值由各自傳感器獲得； 視頻監控可以查看農田白天和夜晚農田狀況，以及農機的作業狀況等，包括實時監控和歷史視頻回放兩個部分。

3.2.3 數據統計子模塊

根據傳感器獲取的數據值，進行表格與圖形方式的統計與展示，并且統計預測可能出現的警報，給農戶提供可靠地預測方案。

3.2.4 農機調度子模塊

農機調度子模塊是根據農機位置分布情況，通過語音、信息或者視頻的形式進行上層管理人員與農機手之間的指揮調度，描述業務，下達指令，可通過語音直接描述，亦可通過短信進行任務指令的傳達。

4 結論

農機監控系統，通過即時調度和管理農忙時節農機作業，有效提升了過去僅憑經驗決策的管理的傳統方式。它的建立對實現農機作業服務智能化、信息化發展具有很強的技術突破價值。隨著農機服務的進一步社會化發展，基于GIS地理信息系統的農機監控調度系統在農機作業領域必然有著廣闊的應用空間。

參考文獻

[1]王有慶，田涌濤，李從心.面向對象技術在數控系統中的應用研究[J].機床與液壓，2003，31（04）：115-116.

[2]Wang Shige.Constructing Reconfigurable Software for Machine Control Systems[J].IEEE Transaction on Robotics and Automation，2002，18（08）：475-485.

[3]李強.基于網絡的紅星農場農機信息化管理系統的研究與開發[D].大慶：黑龍江八一農墾大學，2008.

[4]項利國.基于網絡的農業機械裝備管理信息系統的研究與實現[D].杭州：浙江大學，2004.

[5]鄒夢麗.新疆農機綜合信息服務平臺建設的研究[D].烏魯木齊：新疆農業大學，2014.

[6]籍俊杰，李謙.智能化農業與智能化農機裝備[J].農業技術與裝備，2012（03）：27-31.

[7]王濤.基于Web Service的物流信息管理系統[D].成都：電子科技大學，2013.

作者單位

安徽大學 安徽省合肥市 230000endprint