侯天龍 黃浩然 張濤

摘要：當前我國正處于農業(yè)4.0起步階段，融合物聯(lián)網(wǎng)的高度智能化農機調度需求極為迫切。因此，文章在分析釀酒葡萄產區(qū)農機作業(yè)現(xiàn)狀的基礎之上，從農機設備的智能調度算法、智能調度平臺的構建以及物聯(lián)網(wǎng)技術在調度平臺的應用三個方面，通過對國內和國外兩個維度進行文獻的梳理和研究，對釀酒葡萄調度平臺研究進行問題識別和分析，并且提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的釀酒葡萄農機設備移動端智能調度平臺的構想。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);農機設備;智能調度算法;移動端調度平臺

一、引言

我國是典型的農業(yè)生產大國，我國政府高度關注農業(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，釀酒葡萄產區(qū)機械化程度較高，生產作業(yè)已經(jīng)可以實現(xiàn)全程機械化。但生產作業(yè)中還存在很多問題，比如大部分農機設備依然依靠人工進行調度，農機設備作業(yè)效率低，農機設備資源難以做到科學有效的管理;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，不及時的農機調度將會嚴重影響作業(yè)的質量;而農戶不能及時與農機手交流，也讓許多生產作業(yè)不能及時進行。這些問題在生產中造成了大量不必要的資源浪費，產業(yè)效益難以實現(xiàn)突破，不利于我國葡萄酒產業(yè)發(fā)展。

因此，要保證釀酒葡萄產業(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和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術，與智能調度算法相結合，構建出一款基于物聯(lián)網(wǎng)的釀酒葡萄農機設備移動端調度平臺，來實現(xiàn)對農機設備的合理調度。平臺將會盡量避免由于不合理設備調度而導致的資源浪費，加強農戶和農機手之間的聯(lián)系，通過對農機設備的智能調度，提高農機設備的工作效率，從而提高釀酒葡萄的產量，提升其帶來的經(jīng)濟效益和社會效益。

二、釀酒葡萄生產過程農機作業(yè)的應用現(xiàn)狀

當前我國正處于農業(yè)3.0向農業(yè)4.0邁進的現(xiàn)代化農業(yè)階段，如何利用現(xiàn)代科技提升農機農藝結合水平、加快農業(yè)信息化建設是現(xiàn)階段農業(yè)生產企業(yè)著重關注的問題之一，而釀酒葡萄作為我國林果業(yè)生產的重要果蔬品種，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，釀酒葡萄總產量可達30萬噸。產區(qū)規(guī)模不斷擴大，意味著對于農機設備的需求量也隨之提升。

對于釀酒葡萄的生產作業(yè)而言，當前釀酒葡萄已實現(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。其中主要的農機種類有：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機，基本涵蓋種子和產品運輸作業(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;大部分農機設備依然依靠人工進行調度，調度周期長，效率緩慢;農戶與農機手缺少交流途徑，農戶的需求不能及時反映給農機手;農機設備的管理和調度主要以PC端為主，平臺的操作不夠便利。

三、釀酒葡萄農機調度平臺相關問題的文獻梳理

研究現(xiàn)狀分析分為國內和國外兩個維度，從農機設備的智能調度算法、調度平臺的應用情況以及物聯(lián)網(wǎng)技術在調度平臺方面的應用三個方面，探討相關技術的研究現(xiàn)狀。

（一）國外研究現(xiàn)狀

1. 農機設備調度算法應用的相關研究

在國外，農業(yè)信息化和機械化技術已經(jīng)十分成熟。20世紀90年代，美國就已經(jīng)將全球定位技術GPS運用到農場中，實現(xiàn)了農機設備自動駕駛，提升了農業(yè)作業(yè)效率，這標志著農機設備調度技術的誕生。近些年來，國外農機調度問題研究取得很大進步，眾多學者針對農機路線規(guī)劃、科學調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業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學模型》文章中根據(jù)農業(yè)生產作業(yè)流程，以最低作業(yè)成本建立數(shù)學模型，利用網(wǎng)絡平臺運用線性規(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蜂群優(yōu)化序貫插入啟發(fā)式算法》文章中針對車隊服務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建立數(shù)學模型，并提出兩種啟發(fā)式算法進行求解。

2. 農機設備調度平臺的相關研究

農機設備調度平臺可以低成本、科學化管理農機設備，高效率匹配農機設備與作業(yè)，對農業(yè)機械化推進與農業(yè)作業(yè)決策管理有著積極作用。調度平臺的功能一般分為管理和控制兩個層面，管理是指對設備的入庫出庫、位置定位、是否工作等，而控制則是指對農機設備的智能調度，合理安排路徑，高效進行作業(yè)。為此，國內外學者、實踐企業(yè)都圍繞農機設備調度平臺進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)出了一系列有關農機管理的軟件，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，可以極大幫助農場經(jīng)理和機手進行作業(yè)決策，提升作業(yè)效率。

3. 物聯(lián)網(wǎng)技術應用在調度平臺的相關研究