基于北斗的糖业砍运一体化管理系统研究

谢慧

【摘 要】为了提高甘蔗种植信息化水平和制糖企业生产管理水平，文章设计了适合甘蔗制糖行业的砍运一体化管理系统，研究了系统的关键技术，实现甘蔗地块的信息采集、地图管理、车辆监控与调度、预警等功能，为制糖企业的生产和管理提供决策支持。

【关键词】糖业；砍运管理；北斗；管理系统

【中图分类号】TP393 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）08-0019-03

0 引言

近年来，广西的产糖量已经占到全国产糖量的60%以上，成为名副其实的产糖大省（区）[1]。随着甘蔗糖业的不断发展和扩大，对其生产作业管理的要求也极大提高。目前，我国甘蔗收获作业劳动强度大、效率低、耗人工多，占甘蔗生产总用工量的50%左右[2]。甘蔗制糖业信息化和智能化管理水平低下影响着甘蔗种植、采砍、运输、糖业生产之间的信息流通性，还造成糖业砍运各环节衔接失衡、管理缺失等问题，并且面临着日益严峻的糖业市场竞争环境。

当前，投入使用的全球卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和我国的北斗导航系统[3]。北斗卫星导航定位系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是我国自主研发的卫星导航定位系统，能够提供高质量的定位、导航和授时服务。

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）作为一种强大的空间分析工具，能够以图形数据为农业提供叠加分析和网络分析等能够产生新信息的功能[4]。

经上述分析，为了解决甘蔗制糖业砍运管理的信息化问题，本文采用北斗卫星导航系统、GIS等技术设计一套系统，以甘蔗砍运一体化管理应用满足企业、蔗农需求，实现对甘蔗种植、监控、砍运的集成管理，达到提高智能化效率，给企业和农户带来更大经济效益的目的。

1 基于北斗的糖业砍运一体化管理系统架构

为了实现系统功能的扩展性，其设计遵循规范、标准化的体系原则，并具有安全保障性，为其他的嵌入式系统提供多接口的接入应用；在保证糖业砍运正常进行的同时，将现代信息技术与糖业砍运过程中的全生命周期过程管理相结合，充分发挥GIS关键技术、北斗集成应用技术等在糖业砍运管理中的信息资源整合与知识挖掘的作用，实现在各种感知技术的支撑及软硬件基础上糖业砍运的智能化、精细化管理。因此，本文研究以北斗集成关键技术和GIS技术为支撑，将系统划分为基础设施层、数据资源层、支撑平台层、应用实现层4个层次。系统架构如图1所示。

系统以北斗卫星定位系统、北斗CORS基站、GIS、无人机、车载终端等基础设施为基础，建设应用数据资源平台层，使用高速数据交换技术和数据处理技术将支撑平台进行融合，应用实现层将共性数据与流通数据进行综合利用，结合北斗终端设备，为用户提供砍运管理。

2 系统实现的关键技术

2.1 北斗与GIS融合

系统研究北斗定位技术和GIS关键技术的融合应用，解决地块定位误差大等问题，提高定位精度，使详细的位置信息能够实时显示在GIS电子地图上。北斗高精度定位如图2所示。

系统采用北斗卫星导航系统的远程与短距离信息交互、信息采集与智能控制等功能和GIS引擎，结合无人机、高精度手持终端、车载终端、北斗CORS固定基站，利用差分定位矢量栅格+电子地图的集成模式和伪距差分技术，实现定位精度的精准性，应用GIS将定位信息、图像位置等相衔接，以动态地理信息表現业务过程，把蔗区的地块、道路、站点等传统信息实时显示在GIS地图上。

2.2 GIS调度管理和路径优化

在砍运管理过程中，由于运输路网分析的关键问题是最短路径问题，所以最短路径的解决可以进一步实现路网优化调度。本文系统建立调度优化模型结合利用GIS技术，将砍运车辆、运输公路及其附属设施等覆盖数据信息经过收集、处理和分析后，最终以地图的形式直观地显示给了用户。

为了实现配送路程最优、费用成本最少、时间耗费最少、车辆占用最少等目标，系统建立以满足一定约束条件为前提的优化模型，通过在对约束条件进行确定的基础上实现对模型的最优求解。车辆调度及路径优化主要涉及车次、配送目标、路径及车载容量等问题，受到配送的条件、半径等因素的影响，所形成的调度优化模型和算法也会不同，针对已知的配送中心、配送需求点、车队等数量及车载容量等条件的基础上进行调度优化模型建立，并将GIS引入与模型的结合，为砍运车辆路径的优化提供有力的辅助决策作用。通过模型的建立与利用网络分析工具推算获取最短路径相结合，将获取的最短路径信息数据返回GIS，实现车辆、货物、配送点等得定位信息数据在GIS地图上图表显示，形成图形化定位信息，最终实现配送车辆调度与定位追踪的图形化管理。

2.3 电子围栏

电子围栏的主要功能是当车辆超出蔗区范围报警，在地图上高亮显示。装载了北斗车载终端的砍运车辆实时将定位信息回传至管理系统，在电子地图上显示车辆的定位信息。管理人员可以在电子地图上设置蔗区，划定一个区域范围，当车辆超出范围，终端将报警信息发送至系统，并且可以在管理系统的地图上高亮显示超出范围的车辆信息。

电子围栏的设置是在系统中调用GIS系统完成的，用户根据指定的坐标点（经度、维度），在地图上可以画出圆形、矩形或者多边形，划定指定区域。也可以直接在地图上用鼠标点击选择几个点，将这些点围成一个闭合区间，形成一个设定的电子围栏。当车辆超出范围即报警。

3 系统功能模块

基于北斗的糖业砍运一体化管理系统以甘蔗地块和砍运车辆为采集对象，通过手持终端、车载终端、无人机结合北斗卫星导航系统和CORS基站，通过定位获取空间位置，实现地块信息和砍运车辆信息的采集。系统实现的功能包括以下模塊。

3.1 蔗区信息采集与地图构建

该模块是针对道路信息、砍运情况等业务数据和管理数据等信息进行采集，信息数据经过校验和审核后，上传到数据库进行存储。系统基于地理信息系统（GIS）技术，利用GIS引擎，实现GIS电子地图缩放，拖动操作，包括放大、缩小、平移、全图和地图快速定位，显示重要的地标建筑，重点交通干道，鹰眼和图例显示，支持地块、道路等地理数据的空间运算，数据的空间存储、索引，可以点击查询车辆、地块、蔗点、蔗区道路等信息。

GIS电子地图可以实现以下功能操作：{1}允许管理员通过种植地块图形查询和查看权限范围内地块种植信息。{2}查看地块的信息，并可以对地块的信息进行修改和查看。{3}根据地块编号、地名、蔗农代码、蔗农姓名土壤类型、地形等条件查询地块的信息，并采集蔗地经、纬度坐标，将蔗地地块添加到地图上，在地图上显示蔗地地块形状，不同类别的蔗地可用不同的图标标记，实现对地图进行放大、缩小、漫游、按比例尺缩放等功能。{4}用户可以查询权限范围内历年的地块种植信息，并可以对种植的信息进行新增、删除、保存操作。

3.2 砍运车辆智能监控

砍運车辆智能监控主要是采用北斗/GPS定位技术、GIS地理信息技术、移动通信技术、网络通信技术、数据库技术等先进技术，通过采集、处理并发布车辆运行过程数据，实现了车辆位置与地理位置信息的结合，通过地图上的车辆定位和轨迹追踪实现了对砍运车辆的智能监控，它包括实时定位、信息监控、超区报警、轨迹规划等功能。{1}车辆实时定位：糖厂运输车辆北斗/GPS定位信息管理，车载视频监控终端可将卫星定位信息实时传输至管理中心。{2}车辆信息监控：显示返程中1 km范围，3 km范围、10 km范围的运蔗车辆数据。{3}车辆超区报警：设置电子围栏，当车辆超出蔗区范围报警，在地图上高亮显示。{4}车辆轨迹规划：通过动态路径规划，结合实时的交通信息对预先规划好的最优行车路线进行适时的调整得到最优路径，以此设置好蔗点路线轨迹，跟踪车辆轨迹，如果偏离轨迹报警。

通过各个功能的融合，实现制糖企业的管理人员在办公室也可以监控企业所有车辆的动态与信息。利用装载在砍运车辆上的北斗终端，进行定位信息采集和回传，实现在系统上对车辆的实时状态信息提取和处理分析，达到对车辆运行状态的有效监管，有利于甘蔗种植过程中原料的运输与供应。

3.3 砍运过程管理

甘蔗进入砍运高峰期后，需要制订合理的砍运计划，明确相应的砍运任务分配，其中主要从砍蔗地块的分配、砍运时间的排序、人员安排、车辆安排、路线安排及不同时期、不同蔗种的前后砍运顺序的排序等任务进行明确的分工。系统将砍运过程管理计划如下。{1}抽签：显示待抽签列表；可以添加村、屯并输入签吨数后进行自动排列签号，抽签完成后进入派证流程。{2}派证：显示待派证列表；根据蔗农的信息和甘蔗量的需求，进行派证。{3}报进：显示待报进列表；蔗农砍蔗任务完成后申请报进，蔗管员对报进信息进行审批，审批通过后进入派车流程。{4}派车：显示待派车列表；可以选择待派车记录进行派车（一张砍蔗证派一辆车），驾驶员需联系蔗农确定时间。装蔗完成后需蔗农进行确认，确认后进入回厂排队流程（在装蔗确认前可以改派车辆，改派后通知蔗农和司机）。{5}排队：车辆回到厂区时，自动产生排队号，等待进入过磅流程。{6}过磅：过磅管理，确定甘蔗和运输车辆总重量。{7}质检：质检管理，确定甘蔗扣除杂质的重量及确定甘蔗作物的品种。{8}回皮：回皮管理，确定运输车辆空载的车辆重量。

4 结语

本文利用北斗卫星导航技术、GIS技术等设计了一套糖业砍运一体化管理系统，并研究了相关的关键技术，系统以高新技术和科学管理实现甘蔗制糖业的智能化和精细化，以提高甘蔗制糖业生产力，促进糖厂管理向技术型方向发展。但要实现基于北斗定位、GIS等农业技术应用所带来的社会经济效益和促进行业发展，有赖于甘蔗制糖农业生產经营的规模化和集约化，是在今后推广应用中有待进一步研究和解决的问题。

参 考 文 献

[1]卢若伟，林以宋，李勇光，等.浅谈提高广西甘蔗糖业竞争力的发展方向[J].技术与市场，2017（7）：421-422.

[2]韦方志，韦杰权，杜国传.甘蔗生产机械化发展现状分析与对策研究[J].中国农业信息，2015（11）：148-149.

[3]李怀亮，唐红霞.基于北斗导航的智能无人机喷淋系统[J].自动化技术与应用，2016（8）：80-83.

[4]赵赏，钟凯文，孙彩歌.GIS技术在农业领域的应用[J].农机化研究，2014（4）：234-237.

[责任编辑：钟声贤]