基于物联网酿酒葡萄农机设备调度平台的研究综述

侯天龙 黄浩然 张涛

摘要：当前我国正处于农业4.0起步阶段，融合物联网的高度智能化农机调度需求极为迫切。因此，文章在分析酿酒葡萄产区农机作业现状的基础之上，从农机设备的智能调度算法、智能调度平台的构建以及物联网技术在调度平台的应用三个方面，通过对国内和国外两个维度进行文献的梳理和研究，对酿酒葡萄调度平台研究进行问题识别和分析，并且提出一种基于物联网的酿酒葡萄农机设备移动端智能调度平台的构想。

关键词：物联网;农机设备;智能调度算法;移动端调度平台

一、引言

我国是典型的农业生产大国，我国政府高度关注农业发展。近年来，我国林果业发展迅速，作为葡萄酒原料的酿酒葡萄更是深受政府重视。目前，酿酒葡萄产区机械化程度较高，生产作业已经可以实现全程机械化。但生产作业中还存在很多问题，比如大部分农机设备依然依靠人工进行调度，农机设备作业效率低，农机设备资源难以做到科学有效的管理;再加上酿酒葡萄作业时间久、强度大、效率低、成本高，对操作作业的依赖性强，不及时的农机调度将会严重影响作业的质量;而农户不能及时与农机手交流，也让许多生产作业不能及时进行。这些问题在生产中造成了大量不必要的资源浪费，产业效益难以实现突破，不利于我国葡萄酒产业发展。

因此，要保证酿酒葡萄产业有序健康发展，是否可以利用现有的移动端平台技术和物联网数据处理技术，与智能调度算法相结合，构建出一款基于物联网的酿酒葡萄农机设备移动端调度平台，来实现对农机设备的合理调度。平台将会尽量避免由于不合理设备调度而导致的资源浪费，加强农户和农机手之间的联系，通过对农机设备的智能调度，提高农机设备的工作效率，从而提高酿酒葡萄的产量，提升其带来的经济效益和社会效益。

二、酿酒葡萄生产过程农机作业的应用现状

当前我国正处于农业3.0向农业4.0迈进的现代化农业阶段，如何利用现代科技提升农机农艺结合水平、加快农业信息化建设是现阶段农业生产企业着重关注的问题之一，而酿酒葡萄作为我国林果业生产的重要果蔬品种，一向受到国家政府的高度重视。据国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）于2020年4月23日发布的《全球葡萄酒产业发展最新报告》中指出，2019年全球葡萄园面积约740万公顷。而在这之中，我国的葡萄种植面积为85.5万公顷位居世界第二，紧随西班牙之后。目前，我国宁夏地区已建成葡萄基地44万亩，其中酿酒葡萄37万亩，且种植面积还在稳步上升，占全国葡萄种植面积1297.5万亩的3.4%;新疆全区酿酒葡萄种植面积约50万亩，在全国酿酒葡萄种植面积的1/3左右，酿酒葡萄总产量可达30万吨。产区规模不断扩大，意味着对于农机设备的需求量也随之提升。

对于酿酒葡萄的生产作业而言，当前酿酒葡萄已实现从种子运输、耕地施肥到除草剪枝、起藤埋藤等全程机械化生产。其中主要的农机种类有：拖拉机、起藤机、剪枝机、除草机、施药机以及埋藤机六类大型农机，基本涵盖种子和产品运输作业、起埋藤作业、除草和剪枝作业、植保作业四个酿酒葡萄种植全过程。尽管现阶段已经基本实现机械化作业，但生产作业过程中仍有诸多问题，如葡萄种植过程中因其种植面积大，机械作业方式大多粗放;大部分农机设备依然依靠人工进行调度，调度周期长，效率缓慢;农户与农机手缺少交流途径，农户的需求不能及时反映给农机手;农机设备的管理和调度主要以PC端為主，平台的操作不够便利。

三、酿酒葡萄农机调度平台相关问题的文献梳理

研究现状分析分为国内和国外两个维度，从农机设备的智能调度算法、调度平台的应用情况以及物联网技术在调度平台方面的应用三个方面，探讨相关技术的研究现状。

（一）国外研究现状

1. 农机设备调度算法应用的相关研究

在国外，农业信息化和机械化技术已经十分成熟。20世纪90年代，美国就已经将全球定位技术GPS运用到农场中，实现了农机设备自动驾驶，提升了农业作业效率，这标志着农机设备调度技术的诞生。近些年来，国外农机调度问题研究取得很大进步，众多学者针对农机路线规划、科学调度等研究出许多方法和模型。Baio F H R等（2013）在《以最低运行成本选择机械化农业系统的数学模型》文章中根据农业生产作业流程，以最低作业成本建立数学模型，利用网络平台运用线性规划的方式自动给出最优规划方案;Jawarneh S等（2015）在《带时间窗车辆路径问题的自适应蜂群优化序贯插入启发式算法》文章中针对车队服务工作建立了带时间窗的路径规划模型，使用蜂群优化算法进行求解，并验证了算法有效性和鲁棒性;Bae J与Chung W（2019）在《基于PSO算法的有容量车辆路径问题模型及路径优化》文章中重点考虑旅行商成本问题，在保证每辆车成本最低的同时，以整体成本最小为目标建立数学模型，并提出两种启发式算法进行求解。

2. 农机设备调度平台的相关研究

农机设备调度平台可以低成本、科学化管理农机设备，高效率匹配农机设备与作业，对农业机械化推进与农业作业决策管理有着积极作用。调度平台的功能一般分为管理和控制两个层面，管理是指对设备的入库出库、位置定位、是否工作等，而控制则是指对农机设备的智能调度，合理安排路径，高效进行作业。为此，国内外学者、实践企业都围绕农机设备调度平台进行了积极的研究与探索。英国Silsoe研究所（1994）在《泰国甘蔗机械收获运输决策支持系统》一文中研发出了一系列有关农机管理的软件，平台集成了成本核算、机器的选择与配套、作业规划等功能; Sichonany O R D O、Schlosser J F等（2011）在《农机传感器性能监测的计算机系统管理》中建立了一套决策支持平台，可以实时监测农机性能、实时访问、动态存储数据等特征，可以极大帮助农场经理和机手进行作业决策，提升作业效率。

3. 物联网技术应用在调度平台的相关研究