现代播种机调度系统设计—基于GIS旅游资源开发与规划

时静亚

(内蒙古交通职业技术学院，内蒙古 赤峰 024005)

0 引言

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、新疆及东北地区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。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，通过对农机的合理调度，可以大大提高农机的作业效率。

1 GIS地理信息系统在旅游资源规划和农机调度系统中的应用

地理信息系统的运用与数据库是离不开的，将地理信息系统运用到旅游资源规划中，需要利用旅游资源的各种数据，以地理环境为依托，对旅游资源进行合理的划分，为游客提供各种服务。利用旅游资源数据库建立数据库接口，利用数据接口可以对空间数据进行访问，利用GIS应用层，可以实现数据的输入输出，其结构如图1所示。

图1 地理信息系统Fig.1 Geographic information system

利用地理信息系统可以实现旅游资源的合理规划，也可以实现农业生产作业过程中的精准施肥、农机智能导航和无人驾驶等，如图2所示。

图2中，GPS可以实现农机的自主定位和导航，利用GIS数据处理可以实现多农机的协同作业，从而可以有效地提高农机的作业效率。

2 基于GIS旅游资源规划的播种机调度系统设计

基于GIS的旅游资源规划主要依赖于地理信息系统。一个基本的地理信息系统由4个部分组成，包括地理数据、地理信息处理软件、计算机系统和系统管理用户，通过地理空间数据反映给GIS的地理内容，实现旅游资源的规划和调度功能。同理，播种机在作业过程中也可以依据空间位置信息，实现多台播种机的协同作业和自主路径导航规划能力，其设计流程如图3所示。

图2 基于GIS的农机调度系统Fig.2 The agricultural machinery dispatching system based on GIS

图3 播种机调度系统总体框架设计流程Fig.3 The overall frame design flow of seeding machine scheduling system

播种机调度系统的总体设计主要是依赖于基于GIS旅游资源开发信息系统，而旅游开发规划系统主要是以地理信息系统为依据的。一个完整的地理信息系统包括地图的缩放和查询、地图分析和地图输出等功能，地图的分析和输出更加有利于旅客规划旅游行程。同理，对于播种机调度系统，地图的分析和输出可以实现播种机的合理调度和路径规划。

为了实现基于旅游资源规划的GIS地理信息系统在农机调度中应用，需要结合GIS地理信息系统的旅游规划模块的一些功能对系统进行设计，使系统具备以下一些功能：

1)搜索。首先要实现对地理信息的各种数据进行处理，从而满足各种搜索功能及农机用户的需求。

2)浏览地图。可以实现宏观的浏览景区的各种场景，使用在播种机调度系统中，可以实现播种机作业场景的宏观展示功能。

3)三维浏览。参考基于GIS的旅游景区三维显示功能，农机在作业过程中也可以进行三维显示，利用虚拟现实技术使用户更加直观地了解农机的作业情况。

4)量测工具。系统具有测量功能，可以实现二维距离的实时测量，也可以对距离进行实时的显示。

5)路径分析。可以根据具体需求，自动地在地图中生成规划路径。

根据以上功能，以某一农田作业环境为例，可以将农田规划为如图4所示的GIS地理信息图。

图4 GIS农田地理信息规划图Fig.4 The planning map of GIS Farmland Geographic Information

对农田地理信息进行规划后，基于GIS地理信息的播种机调度系统必须具有以下功能模块。

1)信息查询模块。该功能模块可以向农机用户提供各种信息的查询服务，包括农田的资源规划及播种机的调度信息，从而了解播种机的实时动态，实现播种机的合理使用。

2)地图浏览模块。地图浏览功能是指可以将鼠标放置在地图的任何位置，对地图进行相应的操作，如放大、缩小和平移等功能。当用户想浏览地图中的任何模块了解农田信息时，可以利用鼠标点击该模块，即可显示关于农田的各种信息。

3)路径分析模块。可以对农田作业环境中的任意两点间的最短路径求解和显示，用来确定播种机所需要的最佳路线，为自主导航功能提供技术支持。

面向数据分析和路径的资源规划如图5所示。为了实现播种机播种路径的自主规划，使播种机群体的集体作业和调度成为可能，可以参照旅游资源调度系统的数据分析和路径规划模块，结合GPS和各种传感器，实现播种机的自主路径规划能力，其总体设计如图6所示。

图5 面向数据分析和路径的资源规划Fig.5 Resource planning facing data analysis and path

图6 基于GIS的播种机调度系统总体设计Fig.6 The overall design of seeding machine scheduling system based on GIS

图6中，首先采用卫星和传感器对数据进行采集，然后利用核心控制模块，结合GIS地理信息系统，参照旅游系统资源调度规划系统，实现对多台播种机的调度与规划，最终实现农机的自主导航和路径规划，达到多台播种机协同作业的目的。

3 播种机调度系统测试

为了验证基于GIS旅游资源规划系统的播种机调度规划系统的可行性，在农田环境中对调度系统进行了测试。测试方式主要是以多播种机系统作业的方式进行，播种机作业队形有多种，如图7所示。

图7 多播种机联合作业编队Fig.7 The combination formation of multiple seeders

本研究选取了一种基本的队形，对多播种机的协同路径规划进行了测试，并对测试轨迹进行标记。通过测试得到了如图8所示的作业轨迹图。

图8 多播种机作业轨迹图Fig.8 The trajector diagram of multiple seeders

利用旅游资源调度规划系统，可以成功地实现多播种机的调度，使多台播种机同时进行作业，从而大大提高播种机的作业效率。为了更加直观地显示播种机的路径，将其作业行进轨迹以线的形式表达在二维平面，如图9所示。

图9 3台播种机协同作业路径Fig.9 Three seeding machines cooperate with each other

由协同作业的轨迹图可以看出：在基于GIS地理信息系统的播种机作业调度系统作用下，播种机可以准确地规划路径，没有出现重复作业的情况。

对基于旅游资源规划的播种机GIS调度系统进行了测试，如表1所示。结果表明：采用该系统后可以实现多台播种机的协同作业，且同一时间内作业量比单台播种机作业量大，转弯距离较小，等待时间也较短，从而验证了系统的可靠性。

表1 基于GIS调度系统的多播种机作业性能测试Table 1 The operation performance test of multi Seeder Based on GIS scheduling system

4 结论

基于GIS地理信息系统和旅游资源开发与规划方法，设计了一种多播种机同时工作的调度系统，从而实现多播种机的协同作业。为了验证该方案的可行性，采用多播种机联合作业的方式，对系统的调度能力进行了测试，特别是调度系统的路径规划能力。测试结果表明：利用调度系统可以实现播种机的并行作业，且没有出现重复作业的区域。对播种的效率进行了测试，测试结果表明：采用调度系统可以降低播种机的转弯和等待时间，且并行作业大大提高了播种的效率，为现代播种机自动化作业的研究提供了较有价值的参考。