基于监控特征的引导系统设计方案

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1主要功能

1)位置报告:移动终端向通信网关报送农田、农机的位置及属性。2)机具监控:利用平板电脑对农机的位置和状态进行实时监控。3)中心导航:根据调度方案，向导航通信终端发送调度指令，指引农机手前往目标农田进行作业。4)移动指挥:利用平板电脑，随时随地对农机进行指挥调度，并通过中心导航方式引导农机前往目标农田。

2数据传输协议设计

2．1移动通信终端位置及属性传输协议

移动通信终端位置及属性传输协议包括农机位置及属性报告协议、农田位置及属性报告协议。

2．2导航通信终端农业POI信息表达与更新协议

基于GD300型导航通信终端的导航软件进行二次开发，实现在导航通信终端的地图上表达与更新农业POI，以弥补当前导航通信终端的地图对农业应用支持的不足。其中，FarmShow为农田信息表达类。P，L，hWnd为导航软件在每次绘图时传入的参数，分别表示导航通信终端当前的左上、右下屏幕坐标和相应的经纬度坐标以及窗体句柄。Draw为绘制农业POI函数，它根据传参数据绘制当前窗体句柄内的农业POI。Farm．ifo文件为农业POI位置信息文件;Farm．rlt文件为将Farm．ifo文件中农业POI信息按照地理位置相关性排序后所生成农业POI位置信息文件。文件中:FarmID是农业POI编号;Longitude与Lat-itude分别是其经度和维度，单位均为(°);Farm是农业POI名称;Area是面积(hm2)。Lon/Lat表示POI按照经度/纬度相关性排序;FarmID按从小到大顺序排列。

2．2．2农业POI更新协议

农业POI的更新方式有两种:一是通过将导航通信终端与计算机连接直接下载更新;二是通过部署在终端上的更新软件定时更新。更新的方式以及定时更新的频率在配置文件Farm．ini中进行声明。这里重点介绍定时更新的协议。定时更新时，终端向应答服务器发出更新请求(RQ)，应答服务器接收并解析请求指令后，向终端返回已经收到更新请求的指令(RE)，并返回删除(DE)，修改(MY)、增加(AD)相应指令。其中:NUM为此条消息总字节数;TIME为上次更新时间，ID为服务器返回信息的惟一编号;FarmID为要更新的农业POI的ID;LAT，LON，FarmName与Area分别代表农业POI的经度、纬度、名称和面积，如果相应字段为空，则表示不做更新。

2．3导航通信终端位置传输协议

导航通信终端获取位置信息后，以UDP方式向通信服务器进行位置报告。协议定义如下:socketType;gpsFlag;Longitude;Latitude;Speed;Di-rection;Height;sumMileage;cockNO协议中:socketType为终端与通信服务器的连接方式，“1”为短连接，“2”为长连接:gpsFlag为GPS状态，“0”表示GPS信号无效，“1”表示GPS信号有效，“2”表示GPS正在初始化，“3”表示GPS连接断线;Longitude，Latitude与Direction分别为经度、纬度和方位角，单位均为;Speed为速度，单位为m/s;Height为GPS高程，单位为m;sumMileage为终端总里程，单位为m;cockNO为唯一标识。

2．4导航通信终端路径引导协议

通过实时监听导航通信终端的短信箱，获取以“＆＆”作为消息头标示符的路径引导指令信息。路径引导指令协议用于描述导航目的地和作业任务，并通过语音播报进行提示。协议定义如下:Header:Type:Destination:Longitude:Latitude协议中:Header为消息头，用“＆＆”表示;Type消息类型，表示导航终点;Destination为目的地名称和作业任务详细描述文本;Longitude与Latitude为经度和纬度;单位均为(°)。导航通信终端收到路径引导指令后，自主解算前往目的地的最优路径，并根据实际行驶位置进行动态最优路径更新。

3原型系统实现

1)监控系统开发:以Google地图作为图源，利用Google地图API，开发农业POI表达、农机位置监控、路径引导等功能。2)系统通信实现:基于USB串口通信技术，开发服务器端短信通信程序。平板电脑与服务器间，通过UDP协议将平板电脑的请求信息定时推送至服务器指定端口。解析后，服务器按照已建立的套接字，将信息推送至平板电脑。3)数据组织优化:平板电脑端地图数据按照功能类别(如农机层和路径引导层等)，建立图层索引。在服务器端，将农业POI信息、农机属性信息及检校码信息组包，并发送到平板电脑。

4系统应用验证

从2011年春耕开始，结合北京市顺义区、平谷区和房山区有关农机组织的应用需求，在近50辆拖拉机、玉米收割机、小麦联合收割机、青饲玉米收获机及移动指挥车上进行了GD300型设备安装。主要针对以下内容进行了应用验证:1)系统结构的完备合理性。试验表明，本文所设计的便携式农机监控与路径引导系统符合大型农机组织的移动监控与指挥的基本应用需求。2)无线数据传输的稳定性与可靠性。试验区农田及路网范围内，无线通信较为流畅，能够保证位置与属性等文本数据的传输;但地图数据的传输速度在部分区域受到一定限制，需要进一步优化设计。3)中心导航指令发送的实时性。经试验，90%的指令传递时间小于7s，能够较好地满足中心导航的应用需求。4)移动监控与指挥的便捷性。试验表明，移动平板终端的应用极大地增强了移动监控与指挥能力。

5结论

1)详细设计了基于平板电脑的便携式农机监控与路径引导系统，从系统结构、系统功能、数据传输协议、原型系统的开发与验证等方面进行了深入的研究。2)开发了基于平板电脑的便携式农机监控与路径引导系统。综合考虑完备性、稳定性、可靠性、实时性和便捷性等因素，优化设计了系统结构和数据组织方式。3)结合北京市周边区县有关农机合作社的应用实践，进行了系统应用验证，表明系统可有效提高农机管理与调度的效率。

作者：吴才聪 丁连军 蔡亚平 罗梦佳 单位：中国农业大学 北京大学