农业机械调度系统的无线传输技术研究

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
近年来,农业机械化向深层次发展，农机社会化服务越来越普遍地在农村展开。目前对于农机派出作业管理，农机服务组织尚缺乏有效的技术监控手段。没有切实有效的监控调度平台，特别是在三夏三秋等农忙期间，农机的供需缺口比较大。农机在农忙时期作业分布不均，作业的路程没有经过科学有效的规划，很大的影响了农机服务组织经营效率，农民生产作业需要得不到有效满足。农业信息化技术可以有效的解决这种信息不对称问题，随着应用 3S 技术的农机调度平台使用，农机应用紧张的局面可以得到有效缓解。
1.1.2 研究意义
2011 年开始为进一步提升农机服务组织信息化水平和管理能力，进而提高北京市农机资源的使用效率。以农机服务组织为主体，探索性开发了农机调度系统。这也是在农机化与信息化融合方面的探索。该系统实施目的是提高机具、人员的工作效率，降低运行成本，实现节本增效。

1.2 研究对象描述
农机调度系统可以这样定义：针对若干农机作业地点，调度中心科学组织优化出相对经济的行车路径，农机手在收到路线之后使用 GPS 引导，以最小化的时间到达作业地点,全面科学地管理农业机械作业全过程的信息系统。作业前，对作业机具、人员、地块等要素信息进行录入和管理。作业时，对各要素进行合理匹配和安排，并通过短信、电话等方式向机手下达作业指令；在 GPS 通信导航仪的指引下，准确调度机手和机具前往指定作业地点。作业中，如果作业机具发生故障或需要油料等服务，机手可通过车载导航仪向调度中心发出请求。调度人员通过系统定位和查询后，就近调度服务车辆前往支援。作业后，管理人员可通过系统对所属机具、人员的工作量、工作效率进行统计分析，实现科学管理。目前，该系统在农机调度、信息管理和绩效分析等方面具有一定的创新性，在国内处于领先地位。
1.2.1 国内精准农业发展现状
农业的现代化发展是相对传统农业而言的，我国经历了原始农业，工业化农业后，农业正在进入以知识高度密集型为主要特点的知识农业发展阶段。以现代的信息技术为主要手段的精准农业进入高速发展的快车道。我国上海，北京以及新疆东北的大型农场已经表现了对精准农业技术的强烈需求。特别是农机远程监控和调度系统存在着明显的应用价值，该系统适合我国农业技术发展水平，以及我国农业生产水平和经营方式。本人曾在东北哈尔滨精准农业示范基地考查调研期间发现,该基地应用该技术已五年，大力发展基于 GPS 技术的精准农业技术，建立卫星定位基站，通过对车台传回的数据进行处理分析，可以准确获取当前作业农机的实时位置、油耗等数据。实时跟踪显示当前农机的作业情况，提供有效作业里程、油耗等数据的统计分析，并可提供农机历史行走轨迹的检索和回放，实现对农机作业的远程监控，辅助管理者进行作业调度，提高农机作业服务的效率。信息技术和 3G 通讯技术的高速发展促使一种新颖农业生产管理方式的诞生，从而产生了对农机作业实施定位管理、根据实际需要对作业轨迹进行调整的精准管理手段。显然，实施精准农业进行农机作业调度不但可以最大限度提高农业现实生产力，而且是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。北京小汤山的国家精准农业研究示范基地是全国最大规模的精准农业示范基地，本人曾在该基地实际调研，发现该基地工作人员将施肥机安装在拖拉机上通过 GPS 进行精确定位，由控制系统提供定位点的所需施肥量信息，通过液压马达控制排肥轮的转速，根据地块的土肥特点实现变量施肥的目的。
精准农业中特别要指出的是：空间定位技术的核心关键是一个完善的农田 GIS 系统。由北京超图公司开发的农田 GIS 系统可根据作物生长的不同土壤要求来确定适合种植的作物种类，调节对作物肥料的投入，高效的利用各类资源整合。通过这种精准系统，农民可以非常直观精确的管理植株，对病虫害情况进行实时监控。虽然国内现在精准农业的发展取得了长足的进步，但也应该看到存在着不少的问题，比如分布还不够广泛。精准农业作为一项综合的系统工程，必须建全一整套的运行机制以保证精准农业的实施和推广。主要是建立投资机制，建立从国外先进国家的开发引入机制，运行良好的精准农业项目示范点要有良好的示范推广机制。推动建立精准农业人才的培训机制，着力提高农民的科技素质，建立长效服务农民的科技服务机制，为精准农业发展铺就高速发展之路。
1.2.2 国外精准农业发展现状
1995 年，美国最早开始在联合收割机上安装带有 GPS 的全球定位系统的自动驾驶仪可以实现农机具的自动驾驶，（如图 1）。安装了GPS 的自动驾驶仪可以更快、更精确、更有效率地完成整地、播种和施肥等工作，这标志着精准农业技术的成熟发展的新阶段。此后，英国和德国等国陆续开始实施精准农业技术。在发达国家，精准农业已经形成了由信息高新技术与传统农业相结合强大的产业发展形态。特别是近些年以来，国际上倡导的可持续发展农业理念，精准农业被视为可持续发展农业实现的重要手段。近些年来，欧美发达国家精准农业技术装备日臻完善，先进设备层出不穷。各种监控感知设备已安装于复杂结构的农机具之上，变量播种机、变量拖肥机和联合收割机等安装 GPS 卫星导航的高度智能化农业机械不断进入国际农机交易市场。欧美发达国家这些先进的农业机械导航调度的全面使用，也带动了其它现代农业高技术的发展比如说物联网技术的应用。

1.3 论文的组织和主要内容 ....................12-13
第二章 GIS、GPS 及其相关技术.................... 13-17
2.1 地理信息系统 GIS ....................13-14
2.2 全球卫星定位技术 GPS ....................14-17
第三章 农业机械调度系统的无线传输技术 ....................17-23
3.1 数据传输的常用方式 ....................17
3.2 GSM 及 SMS 技术 ....................17-18
3.3 通用分组无线业务 GPRS ....................18-20
3.4 CDMA 技术 ....................20-21
3.5 GPRS、CDMA 数据传输技术比较 ....................21
3.6 农机调度系统数据传输方式选择 ....................21-23
第四章 基于 GPS 农业机械调度系统的设计 ....................23-42
4.1 系统概述 ....................23
4.2 需求分析 ....................23-29
4.3 总体架构设计 ....................29-30
4.4 数据库设计 ....................30-41
4.5 系统实施 ....................41-42
第五章 系统实施与成果分析 ....................42-47
5.1 系统部署 ....................42
5.2 调度中心服务器运行环境 ....................42-43
5.3 成果分析 ....................43-47

结论

农业生产与信息化如何融合是一个大的命题，近些年来农业广泛利用信息技术，大力开发和利用信息资源，建立各种类型的数据库和网络。特别是农业机械行业作为农业工程的一个重要组成部分，也要用信息化的手段实现各种资源、要素的优化与重组，从而实现产业的升级。农机调度指挥平台建设就是农业信息化在农机行业的一个应用，建立比较完善的农机服务组织农机调度管理系统，在较大规模农机服务组织中进行生产性试验示范，努力探索出农机服务组织应用信息技术实现调度管理的新模式。农机监控调度平台，通过即时调度和管理农忙时节农机作业，有效提升了过去仅凭经验决策的管理的传统方式。它的建立对实现农机作业服务智能化、信息化发展具有很强的技术突破价值。随着北京农机服务的进一步社会化发展，基于 GIS, GPRS 以及 GPS 地理信息空间系统的农机监控调度系统在农机作业领域必然有着广阔的技术应用空间。本文设计并实现了基于 GIS 的 GPS 农业机械监控调度指挥系统，该系统已在北京农机作业中得到了应用，初步达到了预期的试验效果。本人参与设计了基于 GPS 农机指挥调度系统的框架和结构。
软件设计总体采用 BS 模式，在这种模式下，用户操作是通过浏览器来完成的，只有少部分运算是通过前端浏览器完成。主要的运算服务和数据归集都在服务器端完成。这种方式减轻了对客户端电脑配置的要求，特别是在农业信息化平台中，农村部分电脑的配置还不高，这种模式是根据农村的实际情况做出的选择。农机调度平台建立 B/S 结构的信息应用，并通过 Internet 从服务器下载数据，能实现在农村不同的农机操作手，从不同的地点，以不同的接入方式如手机网络，电脑网络，短信息等访问和操作相同的数据库资源。这种方式非常有效地控制和管理访问权限，服务器数据库有相对安全保障 。

参考文献

1 王新忠,王熙,王智敏,庄卫东,汪春;黑龙江垦区精准农业两种 GPS 差分方式比较研究[J];中国农机化;2009 年 06 期
2 曲桂宝,田耘,变量施肥的实现过程及其发展前景[J];中国农机化;2006 年 04 期
3 王新忠,王熙,王智敏,精准农业与变量施肥技术[J];黑龙江八一农垦大学学报;2008 年 04 期
4 蔡德利,王熙,庄伟东,王智敏,汪春;精准农业变量施肥技术要点及试验初报[J];黑龙江八一农垦大学学报;2007 年 03 期
5 王熙,王新忠,王智敏,庄卫东,蔡德利,赵军,汪春,基于 DGPS 定位的大豆变量施肥播种应用试验[J];黑龙江八一农垦大学学报;2004 年 04 期
6 庄卫东,王海波,杨忠国,哈长鞠,汪春,DGPS 数据分析及定位精度研究[J];黑龙江八一农垦大学学报;2004 年 04 期
7 王新忠,王熙,庄卫东,汪春,精准农业变量施肥 GIS 系统研究[J],黑龙江八一农垦大学学报;2006 年 03 期
8 梁春英,郑子华,杨桂芳,王熙,李爱传,基于 PID 算法的变量施肥控制系统设计[J];黑龙江八一农垦大学学报;2006 年 04 期
9 林昌华,唐群峰,唐树梅,自动变量施肥技术的研究与应用现状[J];华南热带农业大学学报;2008年 02 期
10 王熙,王新忠,三种不同变量施肥执行机构的比较研究[J],农机化研究;2006 年 01 期