現代播種機調度系統設計—基于GIS旅游資源開發與規劃

時靜亞

(內蒙古交通職業技術學院，內蒙古 赤峰 024005)

0 引言

以現代的信息技術為主要手段的精準農業進入高速發展的快車道，我國上海、北京、新疆及東北地區的大型農場已經表現了對精準農業技術的強烈需求。特別是農機遠程監控和調度系統存在著明顯的應用價值，該系統適合我國農業技術發展水平，以及我國農業生產水平和經營方式。大力發展基于GPS 技術的精準農業技術，建立衛星定位基站，通過對車臺傳回的數據進行處理分析，可以準確獲取當前作業農機的實時位置、油耗等數據，通過對農機的合理調度，可以大大提高農機的作業效率。

1 GIS地理信息系統在旅游資源規劃和農機調度系統中的應用

地理信息系統的運用與數據庫是離不開的，將地理信息系統運用到旅游資源規劃中，需要利用旅游資源的各種數據，以地理環境為依托，對旅游資源進行合理的劃分，為游客提供各種服務。利用旅游資源數據庫建立數據庫接口，利用數據接口可以對空間數據進行訪問，利用GIS應用層，可以實現數據的輸入輸出，其結構如圖1所示。

圖1 地理信息系統Fig.1 Geographic information system

利用地理信息系統可以實現旅游資源的合理規劃，也可以實現農業生產作業過程中的精準施肥、農機智能導航和無人駕駛等，如圖2所示。

圖2中，GPS可以實現農機的自主定位和導航，利用GIS數據處理可以實現多農機的協同作業，從而可以有效地提高農機的作業效率。

2 基于GIS旅游資源規劃的播種機調度系統設計

基于GIS的旅游資源規劃主要依賴于地理信息系統。一個基本的地理信息系統由4個部分組成，包括地理數據、地理信息處理軟件、計算機系統和系統管理用戶，通過地理空間數據反映給GIS的地理內容，實現旅游資源的規劃和調度功能。同理，播種機在作業過程中也可以依據空間位置信息，實現多臺播種機的協同作業和自主路徑導航規劃能力，其設計流程如圖3所示。

圖2 基于GIS的農機調度系統Fig.2 The agricultural machinery dispatching system based on GIS

圖3 播種機調度系統總體框架設計流程Fig.3 The overall frame design flow of seeding machine scheduling system

播種機調度系統的總體設計主要是依賴于基于GIS旅游資源開發信息系統，而旅游開發規劃系統主要是以地理信息系統為依據的。一個完整的地理信息系統包括地圖的縮放和查詢、地圖分析和地圖輸出等功能，地圖的分析和輸出更加有利于旅客規劃旅游行程。同理，對于播種機調度系統，地圖的分析和輸出可以實現播種機的合理調度和路徑規劃。

為了實現基于旅游資源規劃的GIS地理信息系統在農機調度中應用，需要結合GIS地理信息系統的旅游規劃模塊的一些功能對系統進行設計，使系統具備以下一些功能：

1)搜索。首先要實現對地理信息的各種數據進行處理，從而滿足各種搜索功能及農機用戶的需求。

2)瀏覽地圖。可以實現宏觀的瀏覽景區的各種場景，使用在播種機調度系統中，可以實現播種機作業場景的宏觀展示功能。

3)三維瀏覽。參考基于GIS的旅游景區三維顯示功能，農機在作業過程中也可以進行三維顯示，利用虛擬現實技術使用戶更加直觀地了解農機的作業情況。

4)量測工具。系統具有測量功能，可以實現二維距離的實時測量，也可以對距離進行實時的顯示。

5)路徑分析。可以根據具體需求，自動地在地圖中生成規劃路徑。

根據以上功能，以某一農田作業環境為例，可以將農田規劃為如圖4所示的GIS地理信息圖。

圖4 GIS農田地理信息規劃圖Fig.4 The planning map of GIS Farmland Geographic Information

對農田地理信息進行規劃后，基于GIS地理信息的播種機調度系統必須具有以下功能模塊。

1)信息查詢模塊。該功能模塊可以向農機用戶提供各種信息的查詢服務，包括農田的資源規劃及播種機的調度信息，從而了解播種機的實時動態，實現播種機的合理使用。

2)地圖瀏覽模塊。地圖瀏覽功能是指可以將鼠標放置在地圖的任何位置，對地圖進行相應的操作，如放大、縮小和平移等功能。當用戶想瀏覽地圖中的任何模塊了解農田信息時，可以利用鼠標點擊該模塊，即可顯示關于農田的各種信息。

3)路徑分析模塊。可以對農田作業環境中的任意兩點間的最短路徑求解和顯示，用來確定播種機所需要的最佳路線，為自主導航功能提供技術支持。

面向數據分析和路徑的資源規劃如圖5所示。為了實現播種機播種路徑的自主規劃，使播種機群體的集體作業和調度成為可能，可以參照旅游資源調度系統的數據分析和路徑規劃模塊，結合GPS和各種傳感器，實現播種機的自主路徑規劃能力，其總體設計如圖6所示。

圖5 面向數據分析和路徑的資源規劃Fig.5 Resource planning facing data analysis and path

圖6 基于GIS的播種機調度系統總體設計Fig.6 The overall design of seeding machine scheduling system based on GIS

圖6中，首先采用衛星和傳感器對數據進行采集，然后利用核心控制模塊，結合GIS地理信息系統，參照旅游系統資源調度規劃系統，實現對多臺播種機的調度與規劃，最終實現農機的自主導航和路徑規劃，達到多臺播種機協同作業的目的。

3 播種機調度系統測試

為了驗證基于GIS旅游資源規劃系統的播種機調度規劃系統的可行性，在農田環境中對調度系統進行了測試。測試方式主要是以多播種機系統作業的方式進行，播種機作業隊形有多種，如圖7所示。

圖7 多播種機聯合作業編隊Fig.7 The combination formation of multiple seeders

本研究選取了一種基本的隊形，對多播種機的協同路徑規劃進行了測試，并對測試軌跡進行標記。通過測試得到了如圖8所示的作業軌跡圖。

圖8 多播種機作業軌跡圖Fig.8 The trajector diagram of multiple seeders

利用旅游資源調度規劃系統，可以成功地實現多播種機的調度，使多臺播種機同時進行作業，從而大大提高播種機的作業效率。為了更加直觀地顯示播種機的路徑，將其作業行進軌跡以線的形式表達在二維平面，如圖9所示。

圖9 3臺播種機協同作業路徑Fig.9 Three seeding machines cooperate with each other

由協同作業的軌跡圖可以看出：在基于GIS地理信息系統的播種機作業調度系統作用下，播種機可以準確地規劃路徑，沒有出現重復作業的情況。

對基于旅游資源規劃的播種機GIS調度系統進行了測試，如表1所示。結果表明：采用該系統后可以實現多臺播種機的協同作業，且同一時間內作業量比單臺播種機作業量大，轉彎距離較小，等待時間也較短，從而驗證了系統的可靠性。

表1 基于GIS調度系統的多播種機作業性能測試Table 1 The operation performance test of multi Seeder Based on GIS scheduling system

4 結論

基于GIS地理信息系統和旅游資源開發與規劃方法，設計了一種多播種機同時工作的調度系統，從而實現多播種機的協同作業。為了驗證該方案的可行性，采用多播種機聯合作業的方式，對系統的調度能力進行了測試，特別是調度系統的路徑規劃能力。測試結果表明：利用調度系統可以實現播種機的并行作業，且沒有出現重復作業的區域。對播種的效率進行了測試，測試結果表明：采用調度系統可以降低播種機的轉彎和等待時間，且并行作業大大提高了播種的效率，為現代播種機自動化作業的研究提供了較有價值的參考。