湖南省跨區域農機智能調度平臺架構研究

李欣怡LI Xin-yi；李淑娟LI Shu-juan；汪潤宇WANG Run-yu

（南華大學經濟管理與法學學院，衡陽 421000）

1 農機智能調度管理平臺應用現狀

互聯網+代表一種新的經濟形態，它為信息資料的集合和整體創建便捷、可靠的空間平臺。隨著農業機械化的快速發展，農機信息管理平臺應運而生，平臺充分利用云計算、物聯網、大數據等新一代信息技能與農機相關產業鏈深度融合。現代化農業生產以機械化勞動模式，信息技術與生產機械化的緊密結合，實現了農業的信息化發展。因此，“互聯網+”與跨區作業之間有著不可分離的關系。

1.1 湖南省農機管理現狀研究

近幾年，我國對湖南省農機管理的相關研究并不多。已有研究主要是針對湖南省農機的維修服務與安全管理。謝國政（2018）提出農機維修服務存在問題主要是四個方面：政府扶持乏力、思想認識偏差、行標建設緩慢及部門管理缺位，其中，行標建設緩慢是因為國家層面至今沒有一個完整的、健全的農機維修質量標準體系。楊杰（2016）指出“十二五”期間，湖南全省農機監理系統認真履職，積極作為，農機安全生產工作實現了四個方面的轉變與突破，呈現出七大亮點。盡管如此，關于湖南省跨區域農機的相關問題仍未解決[1]。

1.2 跨區域農機調度研究

湖南省是農業大省，但目前地區之間的情況差異較大，“長株潭地區”發展較好，“大湘西地區“、“湘中地區”和“湘南地區”普遍落后，農機在農忙時存在區域的不平衡性。可見，推動農業全產業鏈改造升級至關重要。發展農業機械化是提高國家農業發展的重要環節，當前國內農業機械信息化存在大量的問題，跨區域農機調度就是其中之一。

何婧（2015）通過信息技術在大型農機跨區作業管理中的應用探究，了解了農機專業網站建設整體水平不高、網絡信息內容更新緩慢等現狀，提出應該借鑒國外成功應用大型農機跨區作業信息技術的經驗研究表明：應針對我國農機跨區作業的特點，建立和完善網絡工程，同時各地農機部門也要加大對農機跨區作業信息庫建設投入。

王洋（2019）通過農業機械私有云作為服務提供單元，利用物聯網技術作為農業機械連接手段，實現農業機械跨區域的智能調度[2]。該研究促進農業機械的高效流動，提高了農業機械的利用效率，為農機用戶提供了便利的服務。

1.3 農機管理與“互聯網+”融合發展的研究

目前我國大部分學者集中于對農機裝備管理、性能試驗、仿真設計及監控系統等方面的系統開發和應用的研究，主要包括農機管理與“互聯網+”融合發展研究、管理系統及平臺的開發。

例如于曉波（2020）等人針對黑龍江省農業機械工程科學研究院實驗室開發了一套農機裝備綜合實驗平臺管理系統，該平臺整合了農機實驗室資源，使各試驗設備和儀器得到最大化利用[3]。

王林風（2017）基于安卓手機實現智能農機管理系統設計，為設備評估、投資決策提供依據，實現農機使用者、管理單位、設計與生產企業、售后維修、零配件供應、作業對象等聯動，為大數據提供基礎數據。

崔敏（2020）等人通過JDBC、ETL 等技術手段，對農業機械化系統的農機購置補貼信息化需求進行分析，并對數據庫試驗驗證功能設計邏輯，提出結構性和功能性均較完整的“農機購置補貼信息公開專欄”系統升級的整體解決方案及對策[4]。

至今我國對于農機研究大多是對其模式機制分析，而且大多數集中于農技推廣和技工培養的研究，關于跨區域農機智能調度體系架構研究研究較少。因此本課題希望通過湖南省內實地調研，獲取相關的數據，進行實證分析，來了解目前該模式發展情況，并建立相關平臺架構，完善農機運作機制。

2 湖南省農機智能調度模式存在的問題分析

2.1 基礎設施發展水平低

湖南作為農業生產大省，目前農業經濟已經得到了空前發展，有著自然環境優越，農業基礎厚實的特點，現代農業取得了穩定增長的發展趨勢，總體上湖南省的農業機械用量、農作物耕種收綜合機械水平都走在全國前列[5]。

近年來，湖南省農機發展也有者顯著成效，主要表現在丘陵山區經作林果業機械化加快發展，主要農作物生產向全程機械化邁進，農機化發展扶持政策效果明顯等方面。同時也存在著幾個待解決的方面，由于湖南省農村勞動力的大量轉移，外出務工人員在農村時間少，很難享受到農業機械化帶來的好處，往往不愿意籌集資金建設農業基礎設施，盡管政府有補貼，但農民自身缺乏資金，不會將大量資金投入農業生產，導致農業機械資金投入不足，不能發揮整體利益。

鄉鎮農機重管理，輕服務的態度影響了農機的推廣和農機使用情況，鄉鎮農機管理部門需要協助縣農機管理部門，做好對農業機械牌證的核發，換證及駕駛操作技術人員的培訓等工作，但由于經費問題，推廣及技術培訓等服務性工作開展困難，形成了重管理輕服務的現象。

湖南省農業區域發展不平衡，導致某些地區農業機械化發展水平較低，以長株潭城市群為核心，由東至西遞減，總體表現為農業低速發展地區整體位于湖南省中西部和湘西州，這些地區基礎設施差，田塊小不集中，農機上不去，限制了農機作業發展。農機裝備結構不符合現代農業發展要求，也是湖南省農機目前需要改善的問題之一，耕收機械雖較多，但大部分為小模經營使用的家庭機械，適用于耕田，灌溉等小型農業活動，而作業效率高的中大型農機較少，特別是中大型拖拉機，機電排灌等機械相對不足。

2.2 勞動力匱乏和資金短缺

隨著近年來農村城鎮化進程的不斷發展，加之國家出臺的許多鼓勵農民工進城務工的相關政策，大量勞動力轉移，農業生產中勞動力急劇匱乏，使得人們對農機作業的迫切需求日趨突顯，農機智能調度這一模式可以很好地解決勞動力短缺的現狀，而在我們構建平臺的同時，也遇到了關于運行上待解決的問題。

首先，運輸農機途中產生的成本過高，在湖南省內一系列的收割點中，如何尋找到最合適的路徑，使運輸中產生的成本最小。

其次，尋找最合適路徑的同時，該如何合理分配農機的使用。在農機待執行調度任務的過程中，如何防止不同任務數量，距離等因素帶來的的影響，為每個農田作業點分配到合適的農機，滿足大部分需求者的要求，若幾個地區同時需要同種農機時，無法滿足每個地區的需求時，僅僅按照利益大小而選擇的方法是否可行。農機服務站為了方便調度，應該建設在農村，其中工作人員普遍為長期在服務站工作的農村老員工，雖然對農村的環境人文等因素更加熟悉，但也有了自己的一套固化思維，他們能否適應新型農機市場的要求，愿意學習新的知識結構體系，如果這些員工們不配合，將來會給管理部門帶來很大的難題。

近幾年國家對農業大力扶持，出臺了許多政策補貼，推廣了農機的使用范圍，調動了農民的積極性，但卻缺乏對于后續的管理，在一定程度上造成農機管理方面資金的不足，加上我國耕地結構復雜，想實現全面數字化需要大量的資金支持，資金的匱缺會使我們的工作更難進行下去。

由于發現湖南省農機發展中出現的農機建設資金缺乏、地理問題導致的湖南省農機發展水平不均衡和農機裝備結構不合理等問題，農機智能調度平臺應運而生。建立農機智能調度平臺主要是通過利用各季節的農作物收割播種的時間差，將省內各農業區域的閑置農機調度起來，為有需要的農民提供租賃農機的服務。這樣既可以解決湖南省農業區域因缺乏資金而導致農業機械不足的問題，也可以通過出租較為便宜的高端農機提高農業機械化水平和解決湖南省中西部地區和湘西州田塊不集中而導致的農業低速發展問題。

3 湖南省跨區域農機智能調度平臺架構設計

農機調度平臺是基于田間作物生長的時間差異性，為實現優化農業機械的使用效率的目標而設計的。為了使湖南省農機在農耕季節得到高效的調度安排，保障農田順利完成農事作業，團隊基于GIS 技術，利用GPS 定位設備、智能調度終端等對湖南省的農業機械調度進行了設計[6]。我們以5G 智能手機、PC 瀏覽器為終端，面向廣大農機企業、農民以及農機手等提供農機定位查詢、農機分布查詢、農機遠程調度等農業行業應用產品，從而因地制宜提高農機利用率，減少不必要的農機數量，為提高農機機械化程度和農機信息服務的智能化水平提供一種新的思路和技術手段。

3.1 農機智能調度平臺整體架構

平臺由用戶層、應用層、支撐層、服務層四個部分組成。

用戶層對接三類用戶，農機企業，農民和農機手，利用移動互聯網特點，將線上與線下相融合，從農民通過平臺發出租賃信號，平臺調度附近空閑農機并根據客戶的需要匹配附近的農機手，農機企業可以在平臺上放上空閑待租的農機，提供農民租賃。與此同時，有閑置農機的農戶也可以租出自己的農機獲取收益。農機手是一類具有農業機械相關技能的人，他們接取平臺上的訂單，相當于開展了類似于“滴滴打車”的業務，可以全職也可以兼職。基于O2O的電子商務模式，線上下單、線下服務，無論是農戶、農機企業還是農機手，都需要通過軟件平臺獲取信息，形成“鏈條式”的服務創新，最大限度優化農業機械的使用效率，改變傳統購買農業機械的方式，最大化節省農機資源。

應用層包含農機實時監控、農機分布查詢、農機遠程調度、軟件系統管理等四個模塊。該部分為系統后臺功能。比如可以通過安裝在農機上的GIS 移動終端反饋回實時數據查詢農機在地圖中的位置，點擊農機圖標還可以瀏覽其基本信息；并且用矩形圖和圖表的形式展示訂單數量，訂單狀態，統計信息，以及人員信息等，可以讓后臺管理員第一時間獲得需要的訂單數據，能夠對每臺農機的狀態了如指掌。

支撐層該部分為平臺構建的技術支撐。創新總是需要技術支撐的，工程支持技術的開發研究，對實現這一技術思想起著重要的作用。

如：農田信息采集與農機農作的空間定位，需依靠地理空間信息管理和數據處理，需要應用地理信息系統（GIS）；未來大量地理空間數據的更新，需要遙感技術（RS）的支持；計算機數據處理和作物耕作范圍圖自動生成軟件技術；田區空間變量信息的快速實時采集，需要研究基于新原理的傳感技術與信號處理技術，并且制定科學的農業機械調度方案，作為一個能協調運作的智能化系統需要有高效的信息集成以及有關信息傳輸、標準化技術的研究等等[7]。平臺基于北斗衛星導航系統、GIS 技術以地理空間為基礎，實時提供多種空間和動態的地理信息，用于對數據的采集訪問操作，空間分析。客戶端的信號、北斗信號、以及其他相關系統的信息采集到數據庫后由智能調度終端分析后調度農機。

服務層主要是面對農民和農機企業，提供的服務有三類，包括租賃服務、維修服務、科技推廣培訓服務。租賃服務是平臺的核心服務，維修服務是平臺為租賃后的農機的維護，需要在線下進行，科技推廣培訓服務主要是為了提高高端農機的普及率，從農業機械的發展趨勢來看，高效率的高端農機會逐漸替代依舊需要人工操作的低端農機。隨著高端農機的普及后，平臺不僅可以做到農機的調度，還可以幫助農民監控農機的運行和操控農機的運作。

3.2 系統數據庫設計

系統數據庫以關系數據庫管理系統（DBMS）技術為基礎設計，按照既定的功能分為用戶信息庫、業務服務庫、調度控制庫和安全管理庫四個部分：用戶信息庫包括用戶ID、登入密碼、聯系方式和用戶身份等信息。業務服務庫包括作業內容、作業質量、軌跡回放、滿意度測評等信息。調度控制庫包含調度地點、調度站緯度和經度、監控信息、周轉路線等信息。安全管理庫包含農作物類型、作業路徑、系統故障時間、常規操作響應時間、應急故障種類等信息。數據庫內的大量信息儲存，并且能夠快速的調用，這使得處理業務的質量和速度有所提高。

4 農機智能調度平臺完善建議

為了解決農機智能調度平臺實際運行中出現運輸成本高、農機分配路徑、平臺接受程度不高和后續管理不足的難點，平臺中加入了以下的解決措施。

4.1 建立農機服務站

平臺根據各數據確認了湖南省各地農業區域的農機需求程度和供給能力，在考慮了服務的有效性，各個農田在不同時段對農機的需求程度和成本控制等方面的因素來選擇農機服務工作站的建立地址[8]。我們從經濟性原則與覆蓋性原則兩個角度出發構建了農機調度模型，經濟性原則主要考慮設立農機工作站，使農機的運輸調度成本達到最低。覆蓋性原則主要為如何合理規劃農機服務站點，將農機智能調度服務應用于湖南省大部分農田地中。

4.2 線下推廣和申請補助

平臺可進行線下的推廣，派人前往農村進行宣傳，提供科技培訓服務，并且在內部成立對政部門和相關的政府管理人員進行交涉。資金短缺的問題，可以由對政部門和政府協商申請補助[9]。

此外，由于湖南省農村生產小規模經濟占比較多，生產手段也不夠成熟，想要實現跨區域農機調度仍需要較長的發展時間，本文設計的平臺利用物聯網技術作為農業機械連接手段，實現農業機械跨區域的智能調度，對提高農業生產經營效率、大幅度降低生產成本、轉變農業生產者對落后農業科技含量低的觀念有突出作用。

4.3 線上推廣

在解決平臺對于農村勞動人口接受度不高的問題上，平臺可通過自媒體營銷的方式完成[10]。隨著抖音，微信小視頻，微博在農村的不斷推廣，許多農村人口對自媒體的推送認可度逐漸提高，平臺可以通過付出一定的廣告費，加大公關工作，加大宣傳力度，通過自媒體在農村打響知名度。