基于物聯(lián)網(wǎng)釀酒葡萄農(nóng)機設(shè)備調(diào)度平臺的研究綜述

侯天龍 黃浩然 張濤

摘要：當(dāng)前我國正處于農(nóng)業(yè)4.0起步階段，融合物聯(lián)網(wǎng)的高度智能化農(nóng)機調(diào)度需求極為迫切。因此，文章在分析釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)農(nóng)機作業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，從農(nóng)機設(shè)備的智能調(diào)度算法、智能調(diào)度平臺的構(gòu)建以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在調(diào)度平臺的應(yīng)用三個方面，通過對國內(nèi)和國外兩個維度進(jìn)行文獻(xiàn)的梳理和研究，對釀酒葡萄調(diào)度平臺研究進(jìn)行問題識別和分析，并且提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的釀酒葡萄農(nóng)機設(shè)備移動端智能調(diào)度平臺的構(gòu)想。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);農(nóng)機設(shè)備;智能調(diào)度算法;移動端調(diào)度平臺

一、引言

我國是典型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，我國政府高度關(guān)注農(nóng)業(yè)發(fā)展。近年來，我國林果業(yè)發(fā)展迅速，作為葡萄酒原料的釀酒葡萄更是深受政府重視。目前，釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)機械化程度較高，生產(chǎn)作業(yè)已經(jīng)可以實現(xiàn)全程機械化。但生產(chǎn)作業(yè)中還存在很多問題，比如大部分農(nóng)機設(shè)備依然依靠人工進(jìn)行調(diào)度，農(nóng)機設(shè)備作業(yè)效率低，農(nóng)機設(shè)備資源難以做到科學(xué)有效的管理;再加上釀酒葡萄作業(yè)時間久、強度大、效率低、成本高，對操作作業(yè)的依賴性強，不及時的農(nóng)機調(diào)度將會嚴(yán)重影響作業(yè)的質(zhì)量;而農(nóng)戶不能及時與農(nóng)機手交流，也讓許多生產(chǎn)作業(yè)不能及時進(jìn)行。這些問題在生產(chǎn)中造成了大量不必要的資源浪費，產(chǎn)業(yè)效益難以實現(xiàn)突破，不利于我國葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

因此，要保證釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)有序健康發(fā)展，是否可以利用現(xiàn)有的移動端平臺技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，與智能調(diào)度算法相結(jié)合，構(gòu)建出一款基于物聯(lián)網(wǎng)的釀酒葡萄農(nóng)機設(shè)備移動端調(diào)度平臺，來實現(xiàn)對農(nóng)機設(shè)備的合理調(diào)度。平臺將會盡量避免由于不合理設(shè)備調(diào)度而導(dǎo)致的資源浪費，加強農(nóng)戶和農(nóng)機手之間的聯(lián)系，通過對農(nóng)機設(shè)備的智能調(diào)度，提高農(nóng)機設(shè)備的工作效率，從而提高釀酒葡萄的產(chǎn)量，提升其帶來的經(jīng)濟效益和社會效益。

二、釀酒葡萄生產(chǎn)過程農(nóng)機作業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前我國正處于農(nóng)業(yè)3.0向農(nóng)業(yè)4.0邁進(jìn)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)階段，如何利用現(xiàn)代科技提升農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合水平、加快農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)著重關(guān)注的問題之一，而釀酒葡萄作為我國林果業(yè)生產(chǎn)的重要果蔬品種，一向受到國家政府的高度重視。據(jù)國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）于2020年4月23日發(fā)布的《全球葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新報告》中指出，2019年全球葡萄園面積約740萬公頃。而在這之中，我國的葡萄種植面積為85.5萬公頃位居世界第二，緊隨西班牙之后。目前，我國寧夏地區(qū)已建成葡萄基地44萬畝，其中釀酒葡萄37萬畝，且種植面積還在穩(wěn)步上升，占全國葡萄種植面積1297.5萬畝的3.4%;新疆全區(qū)釀酒葡萄種植面積約50萬畝，在全國釀酒葡萄種植面積的1/3左右，釀酒葡萄總產(chǎn)量可達(dá)30萬噸。產(chǎn)區(qū)規(guī)模不斷擴大，意味著對于農(nóng)機設(shè)備的需求量也隨之提升。

對于釀酒葡萄的生產(chǎn)作業(yè)而言，當(dāng)前釀酒葡萄已實現(xiàn)從種子運輸、耕地施肥到除草剪枝、起藤埋藤等全程機械化生產(chǎn)。其中主要的農(nóng)機種類有：拖拉機、起藤機、剪枝機、除草機、施藥機以及埋藤機六類大型農(nóng)機，基本涵蓋種子和產(chǎn)品運輸作業(yè)、起埋藤作業(yè)、除草和剪枝作業(yè)、植保作業(yè)四個釀酒葡萄種植全過程。盡管現(xiàn)階段已經(jīng)基本實現(xiàn)機械化作業(yè)，但生產(chǎn)作業(yè)過程中仍有諸多問題，如葡萄種植過程中因其種植面積大，機械作業(yè)方式大多粗放;大部分農(nóng)機設(shè)備依然依靠人工進(jìn)行調(diào)度，調(diào)度周期長，效率緩慢;農(nóng)戶與農(nóng)機手缺少交流途徑，農(nóng)戶的需求不能及時反映給農(nóng)機手;農(nóng)機設(shè)備的管理和調(diào)度主要以PC端為主，平臺的操作不夠便利。

三、釀酒葡萄農(nóng)機調(diào)度平臺相關(guān)問題的文獻(xiàn)梳理

研究現(xiàn)狀分析分為國內(nèi)和國外兩個維度，從農(nóng)機設(shè)備的智能調(diào)度算法、調(diào)度平臺的應(yīng)用情況以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在調(diào)度平臺方面的應(yīng)用三個方面，探討相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀。

（一）國外研究現(xiàn)狀

1. 農(nóng)機設(shè)備調(diào)度算法應(yīng)用的相關(guān)研究

在國外，農(nóng)業(yè)信息化和機械化技術(shù)已經(jīng)十分成熟。20世紀(jì)90年代，美國就已經(jīng)將全球定位技術(shù)GPS運用到農(nóng)場中，實現(xiàn)了農(nóng)機設(shè)備自動駕駛，提升了農(nóng)業(yè)作業(yè)效率，這標(biāo)志著農(nóng)機設(shè)備調(diào)度技術(shù)的誕生。近些年來，國外農(nóng)機調(diào)度問題研究取得很大進(jìn)步，眾多學(xué)者針對農(nóng)機路線規(guī)劃、科學(xué)調(diào)度等研究出許多方法和模型。Baio F H R等（2013）在《以最低運行成本選擇機械化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型》文章中根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)流程，以最低作業(yè)成本建立數(shù)學(xué)模型，利用網(wǎng)絡(luò)平臺運用線性規(guī)劃的方式自動給出最優(yōu)規(guī)劃方案;Jawarneh S等（2015）在《帶時間窗車輛路徑問題的自適應(yīng)蜂群優(yōu)化序貫插入啟發(fā)式算法》文章中針對車隊服務(wù)工作建立了帶時間窗的路徑規(guī)劃模型，使用蜂群優(yōu)化算法進(jìn)行求解，并驗證了算法有效性和魯棒性;Bae J與Chung W（2019）在《基于PSO算法的有容量車輛路徑問題模型及路徑優(yōu)化》文章中重點考慮旅行商成本問題，在保證每輛車成本最低的同時，以整體成本最小為目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，并提出兩種啟發(fā)式算法進(jìn)行求解。

2. 農(nóng)機設(shè)備調(diào)度平臺的相關(guān)研究

農(nóng)機設(shè)備調(diào)度平臺可以低成本、科學(xué)化管理農(nóng)機設(shè)備，高效率匹配農(nóng)機設(shè)備與作業(yè)，對農(nóng)業(yè)機械化推進(jìn)與農(nóng)業(yè)作業(yè)決策管理有著積極作用。調(diào)度平臺的功能一般分為管理和控制兩個層面，管理是指對設(shè)備的入庫出庫、位置定位、是否工作等，而控制則是指對農(nóng)機設(shè)備的智能調(diào)度，合理安排路徑，高效進(jìn)行作業(yè)。為此，國內(nèi)外學(xué)者、實踐企業(yè)都圍繞農(nóng)機設(shè)備調(diào)度平臺進(jìn)行了積極的研究與探索。英國Silsoe研究所（1994）在《泰國甘蔗機械收獲運輸決策支持系統(tǒng)》一文中研發(fā)出了一系列有關(guān)農(nóng)機管理的軟件，平臺集成了成本核算、機器的選擇與配套、作業(yè)規(guī)劃等功能; Sichonany O R D O、Schlosser J F等（2011）在《農(nóng)機傳感器性能監(jiān)測的計算機系統(tǒng)管理》中建立了一套決策支持平臺，可以實時監(jiān)測農(nóng)機性能、實時訪問、動態(tài)存儲數(shù)據(jù)等特征，可以極大幫助農(nóng)場經(jīng)理和機手進(jìn)行作業(yè)決策，提升作業(yè)效率。

3. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在調(diào)度平臺的相關(guān)研究