油菜无人播种测控管云平台设计与试验

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智慧农业是农业发展的重要方向,随着农业与大数据、物联网、人工智能等技术的不断融合,无人农场蓬勃发展,智慧农业的表现形式愈发丰富。本文以油菜无人化作业为研究对象,结合课题组前期研制的油菜种子流监测传感器、播种监测信号收发装置、无人导航履带式油菜播种机等装置,设计并研发了油菜无人播种测控管云平台。该平台可有效监测控制管理油菜生产装备,实现油菜播种过程的无人化、信息化、可视化,为油菜播种智慧云平台的构建奠定了基础。本文具体研究工作及结论如下:(1)设计并开发了油菜无人播种测控管云平台数据库,实现了用户信息、油菜播种监测数据、路径规划数据的存储。设计了油菜播种信息表,包含12通道的播种总量、12通道的播种频率、播种位置经纬度坐标、播种时间等信息。设计了用户信息表、路径信息表、农机信息表,用于储存其它数据。改进了My SQL数据库并将其部署在云平台,实现了多终端高并发操作数据库。(2)设计并开发了油菜无人播种测控管云平台网页端,实现了人机交互与数据的可视化展示。设计了用户注册登录模块,实现了用户的身份识别、权限验证等功能;基于重构地图与全覆盖播种路径规划算法设计了播种路径规划模块,该模块根据用户点选的不规则四边形田块边界,自动规划往返式播种作业路径;设计了基于Web Socket通信协议的实时控制模块,实现了低延时远程控制履带式油菜播种机前进、倒退、原地左转、原地右转、启动、刹车、减速、加速、开始播种、停止播种、一键应用导航等;基于Highcharts图表以及重构的地图设计了播种监测模块,实现了对油菜播种总量、播种频率、播种机速度、航向角、横向偏差、播种轨迹等数据的监测、存储与可视化展示;设计了历史查询模块,实现了用户随时随地使用手机查询历史播种数据,回溯播种作业过程的功能。(3)设计并开发了油菜无人播种测控管云平台服务器,作为网页端与播种机的服务站点,为整个云平台提供数据收集、处理、转发以及请求响应等支撑、保障服务。设计了用户注册登录模块,实现了收集用户注册信息,验证用户登陆信息、权限信息等;设计了路径规划模块,实现了点选路径与规划路径两种模式的各类型路径点收集、分类、存储、发送等;设计了实时控制模块,实现了按Id存储保持每个Web Socket连接,按to User Id低延时高可靠地转发每个控制信号;设计了播种监测模块,实现了按to User Id每0.4秒收集、格式化并转发播种监测、农机监测数据;设计了历史查询模块,实现了格式化网页端传来的时间信息并据此查询数据库对应数据,将其转为通用格式返回至网页端展示。(4)开展了油菜无人播种测控管云平台各模块独立测试、路面联合测试与相关性能测试。模块独立测试结果表明:在多种浏览器上,各功能模块的功能使用与展示效果皆正常。路面联合测试结果表明:云平台实现了播种机由出库、播种作业到入库全过程的无人化、信息化以及播种相关指标的可视化监测。相关性能测试结果表明:网络请求响应时间在305ms至780ms间,控制信号传输时延在54ms至94ms间,传输正确率为100%,传输改变率为0%。
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