基于物聯網技術的聯合收割機調度優化系統研究

吳天華 龔瑞昆

摘 要：為了緩解收割機在收割季節供不應求的局面，實現聯合收割機在收割過程中的高效率使用，文中通過對影響收割機調度的多種因素進行分析，制定了適當的調度計劃，建立了聯合收割機調度數學模型。以聯合收割機為對象，結合物聯網技術、RFID技術、北斗衛星導航系統、GIS技術對傳統農業機械調度進行優化，提高了農業機械調度系統的自動化水平和工作效率。

關鍵詞：收割機;物聯網;數學模型;調度

中圖分類號：TP39;S2文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）02-00-03

0 引 言

我國是傳統的農業大國，農作物產量影響著國民經濟的發展，是國民經濟又好又快發展的重要保障。但隨著農作物的增多，也暴露了一些在收割過程中遇到的問題。根據調查，每年在收割季節，許多地區的聯合收割機供不應求，但一些地方的收割機卻閑置，無法達到收割的最高效率和最大利潤。一直以來，物聯網在收割機調度方面的應用非常迫切。很多農作物的收割期很短，糧食在北方又是大多數農民的主要收益來源，一旦錯過最佳收割時間，就會對農民的經濟收益造成較大損失。因此，設計一套方便、快捷的收割機調度系統十分必要。

本文在深入分析聯合收割機調度的現狀及物聯網技術在農業機械領域應用的基礎上，選用物聯網技術，結合RFID技術、北斗衛星導航系統、GIS技術與GPRS網絡，根據事先設定好的調度原則建立聯合收割機調度系統模型，將物聯網技術應用到收割機的調度中，實現收割機在每年收割季節的高利用率，提高農機手的經濟效益。

1 聯合收割機調度系統的研究和發展現狀

聯合收割機調度系統是在物聯網、RFID技術以及我國自主研發的北斗衛星導航系統的理論基礎上，結合GIS技術，利用GPRS網絡并針對聯合收割機的特點建立的聯合收割機調度模型，實現了收割機的實時定位以及收割機調度的優化導航等。

在國內針對收割機調度的實例并不多見，但我國農業機械領域的調度技術已逐漸走向成熟。哈爾濱、北京小湯山等地都已建成精準農業示范基地，大力發展基于GPS技術的精準農業技術，建立衛星定位基站，通過對車臺傳回的數據進行處理分析，以準確獲取當前作業農機的實時位置、油耗等數據[1]。

2 基于物聯網技術的聯合收割機調度優化系統設計

2.1 物聯網技術概述

物聯網，即物物相連的互聯網，它通過網絡把物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理[2-3]。物聯網技術在互聯網的基礎上為人們提供了事物間的更多聯系，進一步拉近了人與物、物與物之間的距離[4]。聯合收割機調度系統的總體結構如圖1所示。

本文研究主要利用了以下幾種技術：

（1）射頻識別技術（RFID）

RFID技術是物聯網的基礎，其結構主要包括閱讀器和電子標簽兩部分。射頻識別器的結構和原理如圖2所示[5-6]。

射頻識別器的工作原理：閱讀器中的射頻識別耦合件對電子標簽進行識別，讀取電子標簽內的時序信息、能量和數據。電子標簽包括天線、調制解調電路、邏輯控制單元、射頻接口、E2PROM和ROM等。

（2）北斗衛星導航系統（BDS）

BDS是中國自主研制的集通信與定位功能于一體的全球衛星導航系統，是世界上第三個成熟的衛星導航系統。目前，BDS和GPS，GLONASS，GALILEO已成為全球定位系統的四大供應商。

截至2018年3月，我國已發射了29顆北斗衛星。預計于2020年底，我國將完成30顆北斗衛星的全球組網建設。BDS的主要服務為開放服務和授權服務兩種，開放服務主要是為個體提供免費的基礎服務，包括粗略的定位、測速、授時等。而授權服務則是為有更高需求的客戶提供更精準、更可靠的定位、測速、授權等服務，并且具有一定的通信能力。

（3）GPRS

GPRS是基于GSM系統的數據業務增強技術，在GSM網絡架構上融入新的網絡結構，形成新的網絡邏輯實體。

GPRS提供了端到端、廣域的無線IP通信功能。每個用戶可同時占用多個無線信道，每個無線信道也可由多個用戶分享，增強了GSM系統的無線通信能力，是第三代無線通信技術走向成熟的過渡技術[7]。

GPRS具備以下優點：

（1）在線時間長;

（2）GPRS按流量計費，而非按照安裝用戶的上網時間計費，計費方式合理;

（3）支持高速率傳輸，傳播速度可達160 kbps;

（4）可與IP網絡實現無縫銜接。

2.2 基于物聯網技術的聯合收割機調度原則和模型建立

2.2.1 聯合收割機調度原則

（1）準時性原則

由于農忙時短，一旦錯過收割期，農戶收成就會受到損失。因此要實現收割機的實時定位，掌握收割機所在位置，滿足系統的準時性原則。

（2）路徑最短原則

聯合收割機調度系統旨在協調地區之間聯合收割機供不應求與出現閑置的矛盾。因此最佳路線的選擇至關重要，通過選擇最佳調度路線，降低調度成本，從而提高聯合收割機的工作效率，以謀求最大的經濟效益[8]。

（3）收割機利用最小化原則

收割機的啟用成本較高，當現有收割機資源可以滿足收割需求時，應盡可能少地派收割機出去工作，以減少聯合收割機的調度成本。

2.2.2 聯合收割機調度模型

（1）模型假設

假定所有聯合收割機為收割同一種作物的收割機;根據農戶種植信息確定農場位置和收割點;設有且僅有一個中心農機點，每臺收割機都從該中心農機點出發并最終回到這里;調度過程均在較理想狀況下進行，不考慮天氣、地勢等特殊環境情況。

3 結 語

聯合收割機調度優化系統在實現農業自動化方面起著重要作用，而國內對于聯合收割機調度的研究少之又少，因此，本文所研究的基于物聯網的聯合收割機調度優化系統在農機監控、農機管理等方面具有重要意義。

參 考 文 獻

[1]金攀.農業機械調度管理系統研究[D].北京：中國農業科學院， 2012.

[2]劉海濤.物聯網技術應用[M].北京：機械工業出版社，2011：173-188.

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[4]徐新建.世界物聯網發展分析[J].科技信息，2011（27）：63.

[5]黃玉蘭.基于物聯網的RFID電子標簽研究進展[J].電訊技術，2013，53（4）：522-529.

[6]張波，李幃笳.21世紀自動識別技術RFID的原理、應用及其發展[J].信息與電腦，2012（1）：38-39.

[7]邵長恒，孫更新.物聯網原理與行業應用[M].北京：清華大學出版社，2013：64.

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