湖南省跨区域农机智能调度平台架构研究

李欣怡LI Xin-yi；李淑娟LI Shu-juan；汪润宇WANG Run-yu

（南华大学经济管理与法学学院，衡阳 421000）

1 农机智能调度管理平台应用现状

互联网+代表一种新的经济形态，它为信息资料的集合和整体创建便捷、可靠的空间平台。随着农业机械化的快速发展，农机信息管理平台应运而生，平台充分利用云计算、物联网、大数据等新一代信息技能与农机相关产业链深度融合。现代化农业生产以机械化劳动模式，信息技术与生产机械化的紧密结合，实现了农业的信息化发展。因此，“互联网+”与跨区作业之间有着不可分离的关系。

1.1 湖南省农机管理现状研究

近几年，我国对湖南省农机管理的相关研究并不多。已有研究主要是针对湖南省农机的维修服务与安全管理。谢国政（2018）提出农机维修服务存在问题主要是四个方面：政府扶持乏力、思想认识偏差、行标建设缓慢及部门管理缺位，其中，行标建设缓慢是因为国家层面至今没有一个完整的、健全的农机维修质量标准体系。杨杰（2016）指出“十二五”期间，湖南全省农机监理系统认真履职，积极作为，农机安全生产工作实现了四个方面的转变与突破，呈现出七大亮点。尽管如此，关于湖南省跨区域农机的相关问题仍未解决[1]。

1.2 跨区域农机调度研究

湖南省是农业大省，但目前地区之间的情况差异较大，“长株潭地区”发展较好，“大湘西地区“、“湘中地区”和“湘南地区”普遍落后，农机在农忙时存在区域的不平衡性。可见，推动农业全产业链改造升级至关重要。发展农业机械化是提高国家农业发展的重要环节，当前国内农业机械信息化存在大量的问题，跨区域农机调度就是其中之一。

何婧（2015）通过信息技术在大型农机跨区作业管理中的应用探究，了解了农机专业网站建设整体水平不高、网络信息内容更新缓慢等现状，提出应该借鉴国外成功应用大型农机跨区作业信息技术的经验研究表明：应针对我国农机跨区作业的特点，建立和完善网络工程，同时各地农机部门也要加大对农机跨区作业信息库建设投入。

王洋（2019）通过农业机械私有云作为服务提供单元，利用物联网技术作为农业机械连接手段，实现农业机械跨区域的智能调度[2]。该研究促进农业机械的高效流动，提高了农业机械的利用效率，为农机用户提供了便利的服务。

1.3 农机管理与“互联网+”融合发展的研究

目前我国大部分学者集中于对农机装备管理、性能试验、仿真设计及监控系统等方面的系统开发和应用的研究，主要包括农机管理与“互联网+”融合发展研究、管理系统及平台的开发。

例如于晓波（2020）等人针对黑龙江省农业机械工程科学研究院实验室开发了一套农机装备综合实验平台管理系统，该平台整合了农机实验室资源，使各试验设备和仪器得到最大化利用[3]。

王林风（2017）基于安卓手机实现智能农机管理系统设计，为设备评估、投资决策提供依据，实现农机使用者、管理单位、设计与生产企业、售后维修、零配件供应、作业对象等联动，为大数据提供基础数据。

崔敏（2020）等人通过JDBC、ETL 等技术手段，对农业机械化系统的农机购置补贴信息化需求进行分析，并对数据库试验验证功能设计逻辑，提出结构性和功能性均较完整的“农机购置补贴信息公开专栏”系统升级的整体解决方案及对策[4]。

至今我国对于农机研究大多是对其模式机制分析，而且大多数集中于农技推广和技工培养的研究，关于跨区域农机智能调度体系架构研究研究较少。因此本课题希望通过湖南省内实地调研，获取相关的数据，进行实证分析，来了解目前该模式发展情况，并建立相关平台架构，完善农机运作机制。

2 湖南省农机智能调度模式存在的问题分析

2.1 基础设施发展水平低

湖南作为农业生产大省，目前农业经济已经得到了空前发展，有着自然环境优越，农业基础厚实的特点，现代农业取得了稳定增长的发展趋势，总体上湖南省的农业机械用量、农作物耕种收综合机械水平都走在全国前列[5]。

近年来，湖南省农机发展也有者显著成效，主要表现在丘陵山区经作林果业机械化加快发展，主要农作物生产向全程机械化迈进，农机化发展扶持政策效果明显等方面。同时也存在着几个待解决的方面，由于湖南省农村劳动力的大量转移，外出务工人员在农村时间少，很难享受到农业机械化带来的好处，往往不愿意筹集资金建设农业基础设施，尽管政府有补贴，但农民自身缺乏资金，不会将大量资金投入农业生产，导致农业机械资金投入不足，不能发挥整体利益。

乡镇农机重管理，轻服务的态度影响了农机的推广和农机使用情况，乡镇农机管理部门需要协助县农机管理部门，做好对农业机械牌证的核发，换证及驾驶操作技术人员的培训等工作，但由于经费问题，推广及技术培训等服务性工作开展困难，形成了重管理轻服务的现象。

湖南省农业区域发展不平衡，导致某些地区农业机械化发展水平较低，以长株潭城市群为核心，由东至西递减，总体表现为农业低速发展地区整体位于湖南省中西部和湘西州，这些地区基础设施差，田块小不集中，农机上不去，限制了农机作业发展。农机装备结构不符合现代农业发展要求，也是湖南省农机目前需要改善的问题之一，耕收机械虽较多，但大部分为小模经营使用的家庭机械，适用于耕田，灌溉等小型农业活动，而作业效率高的中大型农机较少，特别是中大型拖拉机，机电排灌等机械相对不足。

2.2 劳动力匮乏和资金短缺

随着近年来农村城镇化进程的不断发展，加之国家出台的许多鼓励农民工进城务工的相关政策，大量劳动力转移，农业生产中劳动力急剧匮乏，使得人们对农机作业的迫切需求日趋突显，农机智能调度这一模式可以很好地解决劳动力短缺的现状，而在我们构建平台的同时，也遇到了关于运行上待解决的问题。

首先，运输农机途中产生的成本过高，在湖南省内一系列的收割点中，如何寻找到最合适的路径，使运输中产生的成本最小。

其次，寻找最合适路径的同时，该如何合理分配农机的使用。在农机待执行调度任务的过程中，如何防止不同任务数量，距离等因素带来的的影响，为每个农田作业点分配到合适的农机，满足大部分需求者的要求，若几个地区同时需要同种农机时，无法满足每个地区的需求时，仅仅按照利益大小而选择的方法是否可行。农机服务站为了方便调度，应该建设在农村，其中工作人员普遍为长期在服务站工作的农村老员工，虽然对农村的环境人文等因素更加熟悉，但也有了自己的一套固化思维，他们能否适应新型农机市场的要求，愿意学习新的知识结构体系，如果这些员工们不配合，将来会给管理部门带来很大的难题。

近几年国家对农业大力扶持，出台了许多政策补贴，推广了农机的使用范围，调动了农民的积极性，但却缺乏对于后续的管理，在一定程度上造成农机管理方面资金的不足，加上我国耕地结构复杂，想实现全面数字化需要大量的资金支持，资金的匮缺会使我们的工作更难进行下去。

由于发现湖南省农机发展中出现的农机建设资金缺乏、地理问题导致的湖南省农机发展水平不均衡和农机装备结构不合理等问题，农机智能调度平台应运而生。建立农机智能调度平台主要是通过利用各季节的农作物收割播种的时间差，将省内各农业区域的闲置农机调度起来，为有需要的农民提供租赁农机的服务。这样既可以解决湖南省农业区域因缺乏资金而导致农业机械不足的问题，也可以通过出租较为便宜的高端农机提高农业机械化水平和解决湖南省中西部地区和湘西州田块不集中而导致的农业低速发展问题。

3 湖南省跨区域农机智能调度平台架构设计

农机调度平台是基于田间作物生长的时间差异性，为实现优化农业机械的使用效率的目标而设计的。为了使湖南省农机在农耕季节得到高效的调度安排，保障农田顺利完成农事作业，团队基于GIS 技术，利用GPS 定位设备、智能调度终端等对湖南省的农业机械调度进行了设计[6]。我们以5G 智能手机、PC 浏览器为终端，面向广大农机企业、农民以及农机手等提供农机定位查询、农机分布查询、农机远程调度等农业行业应用产品，从而因地制宜提高农机利用率，减少不必要的农机数量，为提高农机机械化程度和农机信息服务的智能化水平提供一种新的思路和技术手段。

3.1 农机智能调度平台整体架构

平台由用户层、应用层、支撑层、服务层四个部分组成。

用户层对接三类用户，农机企业，农民和农机手，利用移动互联网特点，将线上与线下相融合，从农民通过平台发出租赁信号，平台调度附近空闲农机并根据客户的需要匹配附近的农机手，农机企业可以在平台上放上空闲待租的农机，提供农民租赁。与此同时，有闲置农机的农户也可以租出自己的农机获取收益。农机手是一类具有农业机械相关技能的人，他们接取平台上的订单，相当于开展了类似于“滴滴打车”的业务，可以全职也可以兼职。基于O2O的电子商务模式，线上下单、线下服务，无论是农户、农机企业还是农机手，都需要通过软件平台获取信息，形成“链条式”的服务创新，最大限度优化农业机械的使用效率，改变传统购买农业机械的方式，最大化节省农机资源。

应用层包含农机实时监控、农机分布查询、农机远程调度、软件系统管理等四个模块。该部分为系统后台功能。比如可以通过安装在农机上的GIS 移动终端反馈回实时数据查询农机在地图中的位置，点击农机图标还可以浏览其基本信息；并且用矩形图和图表的形式展示订单数量，订单状态，统计信息，以及人员信息等，可以让后台管理员第一时间获得需要的订单数据，能够对每台农机的状态了如指掌。

支撑层该部分为平台构建的技术支撑。创新总是需要技术支撑的，工程支持技术的开发研究，对实现这一技术思想起着重要的作用。

如：农田信息采集与农机农作的空间定位，需依靠地理空间信息管理和数据处理，需要应用地理信息系统（GIS）；未来大量地理空间数据的更新，需要遥感技术（RS）的支持；计算机数据处理和作物耕作范围图自动生成软件技术；田区空间变量信息的快速实时采集，需要研究基于新原理的传感技术与信号处理技术，并且制定科学的农业机械调度方案，作为一个能协调运作的智能化系统需要有高效的信息集成以及有关信息传输、标准化技术的研究等等[7]。平台基于北斗卫星导航系统、GIS 技术以地理空间为基础，实时提供多种空间和动态的地理信息，用于对数据的采集访问操作，空间分析。客户端的信号、北斗信号、以及其他相关系统的信息采集到数据库后由智能调度终端分析后调度农机。

服务层主要是面对农民和农机企业，提供的服务有三类，包括租赁服务、维修服务、科技推广培训服务。租赁服务是平台的核心服务，维修服务是平台为租赁后的农机的维护，需要在线下进行，科技推广培训服务主要是为了提高高端农机的普及率，从农业机械的发展趋势来看，高效率的高端农机会逐渐替代依旧需要人工操作的低端农机。随着高端农机的普及后，平台不仅可以做到农机的调度，还可以帮助农民监控农机的运行和操控农机的运作。

3.2 系统数据库设计

系统数据库以关系数据库管理系统（DBMS）技术为基础设计，按照既定的功能分为用户信息库、业务服务库、调度控制库和安全管理库四个部分：用户信息库包括用户ID、登入密码、联系方式和用户身份等信息。业务服务库包括作业内容、作业质量、轨迹回放、满意度测评等信息。调度控制库包含调度地点、调度站纬度和经度、监控信息、周转路线等信息。安全管理库包含农作物类型、作业路径、系统故障时间、常规操作响应时间、应急故障种类等信息。数据库内的大量信息储存，并且能够快速的调用，这使得处理业务的质量和速度有所提高。

4 农机智能调度平台完善建议

为了解决农机智能调度平台实际运行中出现运输成本高、农机分配路径、平台接受程度不高和后续管理不足的难点，平台中加入了以下的解决措施。

4.1 建立农机服务站

平台根据各数据确认了湖南省各地农业区域的农机需求程度和供给能力，在考虑了服务的有效性，各个农田在不同时段对农机的需求程度和成本控制等方面的因素来选择农机服务工作站的建立地址[8]。我们从经济性原则与覆盖性原则两个角度出发构建了农机调度模型，经济性原则主要考虑设立农机工作站，使农机的运输调度成本达到最低。覆盖性原则主要为如何合理规划农机服务站点，将农机智能调度服务应用于湖南省大部分农田地中。

4.2 线下推广和申请补助

平台可进行线下的推广，派人前往农村进行宣传，提供科技培训服务，并且在内部成立对政部门和相关的政府管理人员进行交涉。资金短缺的问题，可以由对政部门和政府协商申请补助[9]。

此外，由于湖南省农村生产小规模经济占比较多，生产手段也不够成熟，想要实现跨区域农机调度仍需要较长的发展时间，本文设计的平台利用物联网技术作为农业机械连接手段，实现农业机械跨区域的智能调度，对提高农业生产经营效率、大幅度降低生产成本、转变农业生产者对落后农业科技含量低的观念有突出作用。

4.3 线上推广

在解决平台对于农村劳动人口接受度不高的问题上，平台可通过自媒体营销的方式完成[10]。随着抖音，微信小视频，微博在农村的不断推广，许多农村人口对自媒体的推送认可度逐渐提高，平台可以通过付出一定的广告费，加大公关工作，加大宣传力度，通过自媒体在农村打响知名度。