時(shí)靜亞

(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024005)

0 引言

以現(xiàn)代的信息技術(shù)為主要手段的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展的快車道，我國上海、北京、新疆及東北地區(qū)的大型農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)表現(xiàn)了對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的強(qiáng)烈需求。特別是農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)存在著明顯的應(yīng)用價(jià)值，該系統(tǒng)適合我國農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展水平，以及我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和經(jīng)營方式。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(duì)車臺(tái)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，可以準(zhǔn)確獲取當(dāng)前作業(yè)農(nóng)機(jī)的實(shí)時(shí)位置、油耗等數(shù)據(jù)，通過對(duì)農(nóng)機(jī)的合理調(diào)度，可以大大提高農(nóng)機(jī)的作業(yè)效率。

1 GIS地理信息系統(tǒng)在旅游資源規(guī)劃和農(nóng)機(jī)調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)的運(yùn)用與數(shù)據(jù)庫是離不開的，將地理信息系統(tǒng)運(yùn)用到旅游資源規(guī)劃中，需要利用旅游資源的各種數(shù)據(jù)，以地理環(huán)境為依托，對(duì)旅游資源進(jìn)行合理的劃分，為游客提供各種服務(wù)。利用旅游資源數(shù)據(jù)庫建立數(shù)據(jù)庫接口，利用數(shù)據(jù)接口可以對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，利用GIS應(yīng)用層，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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

利用地理信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)旅游資源的合理規(guī)劃，也可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)過程中的精準(zhǔn)施肥、農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航和無人駕駛等，如圖2所示。

圖2中，GPS可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的自主定位和導(dǎo)航，利用GIS數(shù)據(jù)處理可以實(shí)現(xiàn)多農(nóng)機(jī)的協(xié)同作業(yè)，從而可以有效地提高農(nóng)機(jī)的作業(yè)效率。

2 基于GIS旅游資源規(guī)劃的播種機(jī)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于GIS的旅游資源規(guī)劃主要依賴于地理信息系統(tǒng)。一個(gè)基本的地理信息系統(tǒng)由4個(gè)部分組成，包括地理數(shù)據(jù)、地理信息處理軟件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和系統(tǒng)管理用戶，通過地理空間數(shù)據(jù)反映給GIS的地理內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)旅游資源的規(guī)劃和調(diào)度功能。同理，播種機(jī)在作業(yè)過程中也可以依據(jù)空間位置信息，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)播種機(jī)的協(xié)同作業(yè)和自主路徑導(dǎo)航規(guī)劃能力，其設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖2 基于GIS的農(nóng)機(jī)調(diào)度系統(tǒng)Fig.2 The agricultural machinery dispatching system based on GIS

圖3 播種機(jī)調(diào)度系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)流程Fig.3 The overall frame design flow of seeding machine scheduling system

播種機(jī)調(diào)度系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要是依賴于基于GIS旅游資源開發(fā)信息系統(tǒng)，而旅游開發(fā)規(guī)劃系統(tǒng)主要是以地理信息系統(tǒng)為依據(jù)的。一個(gè)完整的地理信息系統(tǒng)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(guī)劃旅游行程。同理，對(duì)于播種機(jī)調(diào)度系統(tǒng)，地圖的分析和輸出可以實(shí)現(xiàn)播種機(jī)的合理調(diào)度和路徑規(guī)劃。

為了實(shí)現(xiàn)基于旅游資源規(guī)劃的GIS地理信息系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)調(diào)度中應(yīng)用，需要結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)的旅游規(guī)劃模塊的一些功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具備以下一些功能：

1)搜索。首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而滿足各種搜索功能及農(nóng)機(jī)用戶的需求。

2)瀏覽地圖。可以實(shí)現(xiàn)宏觀的瀏覽景區(qū)的各種場(chǎng)景，使用在播種機(jī)調(diào)度系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)播種機(jī)作業(yè)場(chǎng)景的宏觀展示功能。

3)三維瀏覽。參考基于GIS的旅游景區(qū)三維顯示功能，農(nóng)機(jī)在作業(yè)過程中也可以進(jìn)行三維顯示，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用戶更加直觀地了解農(nóng)機(jī)的作業(yè)情況。

4)量測(cè)工具。系統(tǒng)具有測(cè)量功能，可以實(shí)現(xiàn)二維距離的實(shí)時(shí)測(cè)量，也可以對(duì)距離進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。

5)路徑分析?？梢愿鶕?jù)具體需求，自動(dòng)地在地圖中生成規(guī)劃路徑。

根據(jù)以上功能，以某一農(nóng)田作業(yè)環(huán)境為例，可以將農(nóng)田規(guī)劃為如圖4所示的GIS地理信息圖。

圖4 GIS農(nóng)田地理信息規(guī)劃圖Fig.4 The planning map of GIS Farmland Geographic Information

對(duì)農(nóng)田地理信息進(jìn)行規(guī)劃后，基于GIS地理信息的播種機(jī)調(diào)度系統(tǒng)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(nóng)機(jī)用戶提供各種信息的查詢服務(wù)，包括農(nóng)田的資源規(guī)劃及播種機(jī)的調(diào)度信息，從而了解播種機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)播種機(jī)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(biāo)放置在地圖的任何位置，對(duì)地圖進(jìn)行相應(yīng)的操作，如放大、縮小和平移等功能。當(dāng)用戶想瀏覽地圖中的任何模塊了解農(nóng)田信息時(shí)，可以利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該模塊，即可顯示關(guān)于農(nóng)田的各種信息。

3)路徑分析模塊。可以對(duì)農(nóng)田作業(yè)環(huán)境中的任意兩點(diǎn)間的最短路徑求解和顯示，用來確定播種機(jī)所需要的最佳路線，為自主導(dǎo)航功能提供技術(shù)支持。

面向數(shù)據(jù)分析和路徑的資源規(guī)劃如圖5所示。為了實(shí)現(xiàn)播種機(jī)播種路徑的自主規(guī)劃，使播種機(jī)群體的集體作業(yè)和調(diào)度成為可能，可以參照旅游資源調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和路徑規(guī)劃模塊，結(jié)合GPS和各種傳感器，實(shí)現(xiàn)播種機(jī)的自主路徑規(guī)劃能力，其總體設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖5 面向數(shù)據(jù)分析和路徑的資源規(guī)劃Fig.5 Resource planning facing data analysis and path

圖6 基于GIS的播種機(jī)調(diào)度系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)Fig.6 The overall design of seeding machine scheduling system based on GIS

圖6中，首先采用衛(wèi)星和傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后利用核心控制模塊，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)，參照旅游系統(tǒng)資源調(diào)度規(guī)劃系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)播種機(jī)的調(diào)度與規(guī)劃，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的自主導(dǎo)航和路徑規(guī)劃，達(dá)到多臺(tái)播種機(jī)協(xié)同作業(yè)的目的。

3 播種機(jī)調(diào)度系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證基于GIS旅游資源規(guī)劃系統(tǒng)的播種機(jī)調(diào)度規(guī)劃系統(tǒng)的可行性，在農(nóng)田環(huán)境中對(duì)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試方式主要是以多播種機(jī)系統(tǒng)作業(yè)的方式進(jìn)行，播種機(jī)作業(yè)隊(duì)形有多種，如圖7所示。

圖7 多播種機(jī)聯(lián)合作業(yè)編隊(duì)Fig.7 The combination formation of multiple seeders

本研究選取了一種基本的隊(duì)形，對(duì)多播種機(jī)的協(xié)同路徑規(guī)劃進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)測(cè)試軌跡進(jìn)行標(biāo)記。通過測(cè)試得到了如圖8所示的作業(yè)軌跡圖。

圖8 多播種機(jī)作業(yè)軌跡圖Fig.8 The trajector diagram of multiple seeders

利用旅游資源調(diào)度規(guī)劃系統(tǒng)，可以成功地實(shí)現(xiàn)多播種機(jī)的調(diào)度，使多臺(tái)播種機(jī)同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，從而大大提高播種機(jī)的作業(yè)效率。為了更加直觀地顯示播種機(jī)的路徑，將其作業(yè)行進(jìn)軌跡以線的形式表達(dá)在二維平面，如圖9所示。

圖9 3臺(tái)播種機(jī)協(xié)同作業(yè)路徑Fig.9 Three seeding machines cooperate with each other

由協(xié)同作業(yè)的軌跡圖可以看出：在基于GIS地理信息系統(tǒng)的播種機(jī)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)作用下，播種機(jī)可以準(zhǔn)確地規(guī)劃路徑，沒有出現(xiàn)重復(fù)作業(yè)的情況。

對(duì)基于旅游資源規(guī)劃的播種機(jī)GIS調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，如表1所示。結(jié)果表明：采用該系統(tǒng)后可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)播種機(jī)的協(xié)同作業(yè)，且同一時(shí)間內(nèi)作業(yè)量比單臺(tái)播種機(jī)作業(yè)量大，轉(zhuǎn)彎距離較小，等待時(shí)間也較短，從而驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性。

表1 基于GIS調(diào)度系統(tǒng)的多播種機(jī)作業(yè)性能測(cè)試Table 1 The operation performance test of multi Seeder Based on GIS scheduling system

4 結(jié)論

基于GIS地理信息系統(tǒng)和旅游資源開發(fā)與規(guī)劃方法，設(shè)計(jì)了一種多播種機(jī)同時(shí)工作的調(diào)度系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)多播種機(jī)的協(xié)同作業(yè)。為了驗(yàn)證該方案的可行性，采用多播種機(jī)聯(lián)合作業(yè)的方式，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)度能力進(jìn)行了測(cè)試，特別是調(diào)度系統(tǒng)的路徑規(guī)劃能力。測(cè)試結(jié)果表明：利用調(diào)度系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)播種機(jī)的并行作業(yè)，且沒有出現(xiàn)重復(fù)作業(yè)的區(qū)域。對(duì)播種的效率進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：采用調(diào)度系統(tǒng)可以降低播種機(jī)的轉(zhuǎn)彎和等待時(shí)間，且并行作業(yè)大大提高了播種的效率，為現(xiàn)代播種機(jī)自動(dòng)化作業(yè)的研究提供了較有價(jià)值的參考。