基于監(jiān)控特征的引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計方案

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1主要功能

1)位置報告:移動終端向通信網(wǎng)關(guān)報送農(nóng)田、農(nóng)機的位置及屬性。2)機具監(jiān)控:利用平板電腦對農(nóng)機的位置和狀態(tài)進行實時監(jiān)控。3)中心導(dǎo)航:根據(jù)調(diào)度方案，向?qū)Ш酵ㄐ沤K端發(fā)送調(diào)度指令，指引農(nóng)機手前往目標(biāo)農(nóng)田進行作業(yè)。4)移動指揮:利用平板電腦，隨時隨地對農(nóng)機進行指揮調(diào)度，并通過中心導(dǎo)航方式引導(dǎo)農(nóng)機前往目標(biāo)農(nóng)田。

2數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計

2．1移動通信終端位置及屬性傳輸協(xié)議

移動通信終端位置及屬性傳輸協(xié)議包括農(nóng)機位置及屬性報告協(xié)議、農(nóng)田位置及屬性報告協(xié)議。

2．2導(dǎo)航通信終端農(nóng)業(yè)POI信息表達(dá)與更新協(xié)議

基于GD300型導(dǎo)航通信終端的導(dǎo)航軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)在導(dǎo)航通信終端的地圖上表達(dá)與更新農(nóng)業(yè)POI，以彌補當(dāng)前導(dǎo)航通信終端的地圖對農(nóng)業(yè)應(yīng)用支持的不足。其中，F(xiàn)armShow為農(nóng)田信息表達(dá)類。P，L，hWnd為導(dǎo)航軟件在每次繪圖時傳入的參數(shù)，分別表示導(dǎo)航通信終端當(dāng)前的左上、右下屏幕坐標(biāo)和相應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)以及窗體句柄。Draw為繪制農(nóng)業(yè)POI函數(shù)，它根據(jù)傳參數(shù)據(jù)繪制當(dāng)前窗體句柄內(nèi)的農(nóng)業(yè)POI。Farm．ifo文件為農(nóng)業(yè)POI位置信息文件;Farm．rlt文件為將Farm．ifo文件中農(nóng)業(yè)POI信息按照地理位置相關(guān)性排序后所生成農(nóng)業(yè)POI位置信息文件。文件中:FarmID是農(nóng)業(yè)POI編號;Longitude與Lat-itude分別是其經(jīng)度和維度，單位均為(°);Farm是農(nóng)業(yè)POI名稱;Area是面積(hm2)。Lon/Lat表示POI按照經(jīng)度/緯度相關(guān)性排序;FarmID按從小到大順序排列。

2．2．2農(nóng)業(yè)POI更新協(xié)議

農(nóng)業(yè)POI的更新方式有兩種:一是通過將導(dǎo)航通信終端與計算機連接直接下載更新;二是通過部署在終端上的更新軟件定時更新。更新的方式以及定時更新的頻率在配置文件Farm．ini中進行聲明。這里重點介紹定時更新的協(xié)議。定時更新時，終端向應(yīng)答服務(wù)器發(fā)出更新請求(RQ)，應(yīng)答服務(wù)器接收并解析請求指令后，向終端返回已經(jīng)收到更新請求的指令(RE)，并返回刪除(DE)，修改(MY)、增加(AD)相應(yīng)指令。其中:NUM為此條消息總字節(jié)數(shù);TIME為上次更新時間，ID為服務(wù)器返回信息的惟一編號;FarmID為要更新的農(nóng)業(yè)POI的ID;LAT，LON，F(xiàn)armName與Area分別代表農(nóng)業(yè)POI的經(jīng)度、緯度、名稱和面積，如果相應(yīng)字段為空，則表示不做更新。

2．3導(dǎo)航通信終端位置傳輸協(xié)議

導(dǎo)航通信終端獲取位置信息后，以UDP方式向通信服務(wù)器進行位置報告。協(xié)議定義如下:socketType;gpsFlag;Longitude;Latitude;Speed;Di-rection;Height;sumMileage;cockNO協(xié)議中:socketType為終端與通信服務(wù)器的連接方式，“1”為短連接，“2”為長連接:gpsFlag為GPS狀態(tài)，“0”表示GPS信號無效，“1”表示GPS信號有效，“2”表示GPS正在初始化，“3”表示GPS連接斷線;Longitude，Latitude與Direction分別為經(jīng)度、緯度和方位角，單位均為;Speed為速度，單位為m/s;Height為GPS高程，單位為m;sumMileage為終端總里程，單位為m;cockNO為唯一標(biāo)識。

2．4導(dǎo)航通信終端路徑引導(dǎo)協(xié)議

通過實時監(jiān)聽導(dǎo)航通信終端的短信箱，獲取以“＆＆”作為消息頭標(biāo)示符的路徑引導(dǎo)指令信息。路徑引導(dǎo)指令協(xié)議用于描述導(dǎo)航目的地和作業(yè)任務(wù)，并通過語音播報進行提示。協(xié)議定義如下:Header:Type:Destination:Longitude:Latitude協(xié)議中:Header為消息頭，用“＆＆”表示;Type消息類型，表示導(dǎo)航終點;Destination為目的地名稱和作業(yè)任務(wù)詳細(xì)描述文本;Longitude與Latitude為經(jīng)度和緯度;單位均為(°)。導(dǎo)航通信終端收到路徑引導(dǎo)指令后，自主解算前往目的地的最優(yōu)路徑，并根據(jù)實際行駛位置進行動態(tài)最優(yōu)路徑更新。

3原型系統(tǒng)實現(xiàn)

1)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā):以Google地圖作為圖源，利用Google地圖API，開發(fā)農(nóng)業(yè)POI表達(dá)、農(nóng)機位置監(jiān)控、路徑引導(dǎo)等功能。2)系統(tǒng)通信實現(xiàn):基于USB串口通信技術(shù)，開發(fā)服務(wù)器端短信通信程序。平板電腦與服務(wù)器間，通過UDP協(xié)議將平板電腦的請求信息定時推送至服務(wù)器指定端口。解析后，服務(wù)器按照已建立的套接字，將信息推送至平板電腦。3)數(shù)據(jù)組織優(yōu)化:平板電腦端地圖數(shù)據(jù)按照功能類別(如農(nóng)機層和路徑引導(dǎo)層等)，建立圖層索引。在服務(wù)器端，將農(nóng)業(yè)POI信息、農(nóng)機屬性信息及檢校碼信息組包，并發(fā)送到平板電腦。

4系統(tǒng)應(yīng)用驗證

從2011年春耕開始，結(jié)合北京市順義區(qū)、平谷區(qū)和房山區(qū)有關(guān)農(nóng)機組織的應(yīng)用需求，在近50輛拖拉機、玉米收割機、小麥聯(lián)合收割機、青飼玉米收獲機及移動指揮車上進行了GD300型設(shè)備安裝。主要針對以下內(nèi)容進行了應(yīng)用驗證:1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完備合理性。試驗表明，本文所設(shè)計的便攜式農(nóng)機監(jiān)控與路徑引導(dǎo)系統(tǒng)符合大型農(nóng)機組織的移動監(jiān)控與指揮的基本應(yīng)用需求。2)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。試驗區(qū)農(nóng)田及路網(wǎng)范圍內(nèi)，無線通信較為流暢，能夠保證位置與屬性等文本數(shù)據(jù)的傳輸;但地圖數(shù)據(jù)的傳輸速度在部分區(qū)域受到一定限制，需要進一步優(yōu)化設(shè)計。3)中心導(dǎo)航指令發(fā)送的實時性。經(jīng)試驗，90%的指令傳遞時間小于7s，能夠較好地滿足中心導(dǎo)航的應(yīng)用需求。4)移動監(jiān)控與指揮的便捷性。試驗表明，移動平板終端的應(yīng)用極大地增強了移動監(jiān)控與指揮能力。

5結(jié)論

1)詳細(xì)設(shè)計了基于平板電腦的便攜式農(nóng)機監(jiān)控與路徑引導(dǎo)系統(tǒng)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、原型系統(tǒng)的開發(fā)與驗證等方面進行了深入的研究。2)開發(fā)了基于平板電腦的便攜式農(nóng)機監(jiān)控與路徑引導(dǎo)系統(tǒng)。綜合考慮完備性、穩(wěn)定性、可靠性、實時性和便捷性等因素，優(yōu)化設(shè)計了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)組織方式。3)結(jié)合北京市周邊區(qū)縣有關(guān)農(nóng)機合作社的應(yīng)用實踐，進行了系統(tǒng)應(yīng)用驗證，表明系統(tǒng)可有效提高農(nóng)機管理與調(diào)度的效率。

作者：吳才聰 丁連軍 蔡亞平 羅夢佳 單位：中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京大學(xué)