摘要：針對我國農業(yè)機械社會化服務需求不斷提高的現(xiàn)狀，設計研發(fā)了一種分布式農用機械遠程在線服務平臺。本文介紹了該平臺設計的總體結構和設計原理及功能，重點給出了數(shù)據(jù)通信網關的設計方案，該平臺通過GPS技術、GPRS技術、GIS技術和數(shù)據(jù)庫技術，能夠很好地實現(xiàn)分布式農用機械的遠程在線服務。

關鍵詞：農用機械；在線服務平臺；通信網關；GPS；GPRS；GIS

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114(2009)02-0465-03

隨著國家對農業(yè)機械工業(yè)支持力度的不斷加大，我國農業(yè)機械進入了一個高速發(fā)展的時期。農業(yè)機械產品正向著大型、高效、成套、智能化發(fā)展，預計到2010年，我國農機工業(yè)的工業(yè)總產值將達到2000億元山。與此同時，農機社會化服務體系也取得了較快的發(fā)展，各級農機社會化服務組織迅速壯大。如何全面提升農業(yè)機械化服務水平，建立一個快速、準確、高效、科學的農機社會化服務體系是一個重要的研究課題。本文針對這一實際需求，運用先進的無線通信技術，設計實現(xiàn)了一種分布式農用機械遠程在線服務平臺。該平臺實現(xiàn)了農用機械的導航定位、故障報修、緊急救援、信息服務、反劫防盜等多種功能，為大中型農用機械跨區(qū)跨省作業(yè)提供了技術保證。

1 平臺總體結構

分布式農用機械遠程在線服務平臺按組成結構分為農機終端、無線通信網絡和信息服務中心3個部分，其組成結構如圖1所示。

1．1 農機終端

在農用機械上加裝終端單元，包括：微處理器模塊、GPS模塊、GPRS模塊、報警模塊、液晶顯示模塊、存儲模塊及電源模塊組成農機終端。

微處理器模塊：是農機終端的控制核心，負責控制協(xié)調農機終端內部各模塊的工作、數(shù)據(jù)交換、運算及軟件協(xié)議層的信息處理等工作。GPS模塊：負責接收衛(wèi)星導航信號，實時計算出農機終端的三維坐標、速度、方向、時間等信息并通過串口傳送給主控模塊。GPRS模塊：用于實現(xiàn)農機終端和信息服務中心之間的無線數(shù)據(jù)通信。報警模塊：安裝有緊急報警按鈕和狀態(tài)傳感器，用于實現(xiàn)農機終端的緊急及故障報警。液晶顯示模塊：用于顯示GIS電子地圖、經緯度以及信息服務中心發(fā)送來的各種信息，實現(xiàn)農用機械導航、綜合信息發(fā)布等。存儲模塊：用于存放系統(tǒng)引導程序、μcLinux嵌入式操作系統(tǒng)、GIS電子地圖、應用程序、用戶數(shù)據(jù)等。電源模塊：分別給終端各模塊提供相應電源及工作時鐘信號。

1．2 無線通信網絡

無線通信網絡采用GPRS通用分組無線業(yè)務網絡，它是一種采用分組交換和分組傳輸技術來傳輸高速、低速數(shù)據(jù)及信令的高效、低成本的無線數(shù)據(jù)傳輸方式。該技術具有“永遠在線”的美稱，完美地體現(xiàn)了GSM與INTERNE7的結合。

1．3 信息服務中心

信息服務中心是整個服務平臺的控制中心，由通信服務器、GIS服務器、信息服務器等組成。

通信服務器：含有通信網關，是整個服務平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的中樞，主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的中轉。GIS服務器：用于實現(xiàn)基于電子地圖的各項功能，提供圖形化的人機交互界面。信息服務器：用于存儲注冊的農機終端、維修網點以及農機信息等各種信息，為用戶提供信息服務。

2 設計原理及功能

分布式農用機械遠程在線服務平臺是基于GPS技術、GPRS技術、GIS技術以及數(shù)據(jù)庫技術設計實現(xiàn)的。

2．1 設計原理

在農機終端的報警模塊中安裝有緊急報警按鈕和狀態(tài)傳感器，當農用機械遇到緊急情況或出現(xiàn)故障時，報警模塊將向微處理器模塊傳送報警信號：GPS模塊負責接收衛(wèi)星導航信號，解算出自身的位置信息并通過串口傳送給微處理器模塊；GPRS模塊負責農機終端與信息服務中心之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，將農機終端的動態(tài)位置、時間、速度以及各種報警信息上傳到信息服務中心。信息服務中心接收農機終端上傳的位置、狀態(tài)等信息，進行相應數(shù)據(jù)轉換處理并存人信息服務器相應存儲單元，同時在GIS服務器電子地圖上進行地圖匹配，實時顯示農機終端的位置并且可以根據(jù)需要顯示出運行軌跡，對于檢測到的報警信息，將給以報警提示。信息服務中心還可通過GPRS傳輸網絡下傳相應的調度、控制指令以及發(fā)布的綜合農用信息，從而實現(xiàn)對農用機械的定位、監(jiān)控管理以及綜合信息發(fā)布。

2．2 實現(xiàn)的功能

1)監(jiān)控調度：根據(jù)農機終端上傳的經度和緯度坐標在電子地圖上實時顯示出農用機械運行的位置和運行狀況，形成直觀的運行軌跡。信息服務中心通過GPRS傳輸網絡實現(xiàn)對農用機械的監(jiān)控調度。

2)定位跟蹤：信息服務中心可以對任意在線農機終端發(fā)出跟蹤指令，讓其按一定的時間間隔發(fā)回位置和運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，在信息服務中心屏幕上顯示其實時位置和運行狀態(tài)。

3)導航功能：信息服務中心根據(jù)農用機械作業(yè)的目的地，按照最優(yōu)路徑快速算法得出最優(yōu)路徑發(fā)送到農機終端，為大中型農用機械跨區(qū)跨省作業(yè)提供技術支持。

4)點名功能：信息服務中心通過GIS監(jiān)控終端發(fā)送點名指令，讓在線農機終端發(fā)回一個當前位置和運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

5)報警受理：信息服務中心接收到農機終端上傳的報警信號后，首先判別報警類型，然后根據(jù)不同的情況分別予以處理。緊急報警受理：當農用機械遇到搶劫、交通事故等緊急情況時，可按下緊急報警按鈕向信息服務中心上報報警信息，信息服務中心接收到緊急報警信息后，立即將報警農機終端的信息傳送給公安機關同時發(fā)送熄火鎖車命令。被盜報警受理：當農機終端報警模塊中的狀態(tài)傳感器檢測到農用機械被非法侵入或非法啟動運行時，將調用GPRS模塊SIM卡中存儲的報警號碼撥打車主電話或發(fā)送短信，同時將報警信息上傳信息服務中心。故障報警受理：信息服務中心接收到農機終端的故障報警后，首先在信息服務器中查詢離故障農機終端最近的維修服務網點，將故障農機終端的位置、狀態(tài)等信息傳送給維修服務網點以便讓維修人員在第一時間趕到故障現(xiàn)場。超速報警受理：當農用機械運行速度超出正常的設定值，信息服務中心將報警并下傳報警提示信息，以提醒駕駛員注意。越界報警受理：當農用機械運行范圍超出允許的設定范圍，信息服務中心將報警并下傳報警提示信息，以提醒駕駛員注意。

6)信息發(fā)布：信息服務中心適時向農機終端發(fā)送各類農用信息、大中型農用機械使用供求信息等，為廣大農機用戶提供信息服務。

3 數(shù)據(jù)通信網關設計

由于GPS終端在廠家和型號上的多樣性，決定了GPS終端協(xié)議的異構型和多樣性，這就為在線服務平臺設計的標準化帶來了困難。針對以上情況，提出了無線數(shù)據(jù)通信網關的方案來解決以上問題。

在網關的前端部分，實現(xiàn)對異構GPS終端的兼容，在網關的出口部分實現(xiàn)對應用軟件接口的統(tǒng)一，這樣從一方面解決了用戶已配備的GPS終端的可再利用性和可替代性，滿足用戶使用上的方便和投資上的合理：另一方面為應用軟件開發(fā)者提供了一個統(tǒng)一的接口，降低了開發(fā)的復雜度，提高了開發(fā)的效率。網關設計系統(tǒng)框架圖如圖2所示。

無線數(shù)據(jù)通信網關需要完成兩大功能：一是與GPS終端進行交互：二是與監(jiān)控中心GIS應用軟件進行交互。所以，網關結構應包括兩大部分：與GPS終端交互部分：與監(jiān)控中心GIS應用軟件交互部分。①與GPS終端交互部分。主要包括終端數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和終端協(xié)議的解析、轉換。這里GPS終端的多樣性決定了數(shù)據(jù)接收、發(fā)送部分是軟件中變動較大的部分，基于軟件設計的模塊化和可擴充性的考慮，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送在程序中設計為單獨的軟件模塊，便于未來擴充支持更多的終端。這樣，在有其他型號的GPS終端設備加入的情況下，只需要按照架構設計，使用新型GPS終端協(xié)議的接收和發(fā)送部分。避免重新設計整體架構。②與中心應用軟件交互部分。這部分是網關提供數(shù)據(jù)信息服務的主要部分，包括實時GPS數(shù)據(jù)信息提供、歷史數(shù)據(jù)的查詢以及用戶管理等功能。這一部分，在定義了通用的網關協(xié)議和對用戶需求充分分析的前提下，軟件的功能相對獨立，變動也相對較小，因此為避免GPS終端交互部分的軟件變動對該部分造成影響，將這一部分設計為單獨的模塊。這樣終端數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉換之后，不用直接與中心軟件相聯(lián)，而是通過這個單獨的多用戶轉發(fā)模塊相聯(lián)，增強了整個系統(tǒng)可擴展性并便于應用。

數(shù)據(jù)通信網關選用C++言，在Microsoft Win-dows平臺上使用Microsoft Visual C++6.0開發(fā)完成，編譯完成的網關需運行在Microsoft WindowsServer2000或NT平臺下。

網關軟件結構的設計采用的是多線程工作模式。在總體設計框架中，GPS終端信息接收、發(fā)送、解析和轉換全部是相對獨立的過程，使用多線程可以充分發(fā)揮硬件的性能，避免部分功能模塊出現(xiàn)延遲影響整個網關效率。使用多線程還可以提高網關的可靠性，當一個線程出現(xiàn)錯誤鎖死的時候，其它的線程不受影響，仍然能夠繼續(xù)運行。而且通過級別較高的監(jiān)控線程可以方便地檢測和重新啟動已經鎖死的線程，提高系統(tǒng)長時間運行的穩(wěn)定性。

4 小結

預計到2020年，我國主要農作物耕種收綜合機械化水平將超過70％，相應的農機社會化服務需求也會越來越高。本文從實際需求出發(fā)，設計研發(fā)了一種分布式農用機械遠程在線服務平臺，經實際測試表明，該平臺運行穩(wěn)定，為廣大農機用戶提供了最快捷、最便利、全方位的在線服務。隨著我國農業(yè)機械化程度的不斷提高，該平臺必將有著更廣闊的應用前景。

(責任編輯 王曉芳)