基于模糊隶属度的多站点多机协同即时响应调度系统

为了实现多农机站联合调配完成农户的实时作业订单,该研究针对农田与农机的匹配与调度需求问题,综合考虑农户满意度、多农机站协同、订单数量、农田面积和位置坐标等因素,建立带有模糊时间窗并以调度总时长最小和调度农机数量最少为目标的多农机站即时响应调度数学模型。并设计了基于保留优秀父代基因的改进遗传算法的农机调度系统,完成多农机站响应多农田的同时作业需求的任务,在最短时间里即时调配农机按照最短路径至各农田完成作业要求。以武汉周边某地区的3个农机站和35个农田作业订单为例,验证所提出的模型和智能优化算法,并进行可视化界面展示。试验表明,当模糊隶属度为0.8时,调度总路程减少率为9.89%,农机数量降低率为15.38%;针对该地区各农机站农机数量的实际情况,在不影响农户满意度的前提下,单个农机站接受实时订单数量以不超过20为最佳。该研究实现了多农机站对多农田精准调度作业,有助于科学合理调度农机,提高农机作业效率,节约成本投入。     

基于区块链中继技术的集群式农产品供应链溯源模型

集群式农产品供应链具有链条长且多、生产分散、信息多源异构、网链结构复杂等特点。面向集群式农产品供应链区块链溯源的需求,多链式区块链比单链式区块链更具有优势。但多个区块链相互独立使得不同链上的数据相互隔离,导致不同联盟在多链式区块链网络中数据断裂,无法构成完整的溯源链条,该研究提出一种基于区块链中继技术的集群式农产品供应链溯源模型,打通联盟间的信息孤岛,实现整个供应链的信息贯通。分析集群式农产品供应链的业务构成,利用区块链中继技术打通供应链上下游区块链,构造集群式农产品供应链的中继多链拓扑结构和溯源模型;应用链借助中继链和跨链路由实现跨链交互,并通过Hyperledger Fabric背书策略检验跨链交易的有效性。最后,以集群式猕猴桃供应链为例,设计和实现了该模型的原型系统,并进行了功能、性能和扩展性的测试与分析。结果表明：在功能方面,该模型可以保证跨链溯源信息的完整性、可信性和有效性,能够有效解决多链式区块链溯源中的信息断链问题;在性能方面,系统数据写入的吞吐量最高为561.8（事务数/s,transactions/s）,高于单链式区块链的118.1 transactions/s;数据写入时延均值为1.49 s,优于单链式区块链的数据写入时延均值5.92 s;在扩展性方面,系统中链的数量能够按照业务需求动态增加,灵活应对集群式供应链变化。该模型能实现集群式农产品供应链溯源,研究结果对区块链溯源网络的扩大和实现行业性的统一布局、协同发展有一定意义。     

基于CP-ABSE的农机社会化服务联盟链隐私匹配方案

针对多个农机社会化服务平台联合,实现跨平台任务匹配中存在的敏感数据泄露和集中式服务器不可信问题,该研究提出了基于密文策略属性基可搜索加密（ciphertext-policy attribute-based searchable encryption,CP-ABSE）的农机社会化服务联盟链隐私匹配方案。该方案基于联盟链构建农机社会化服务联合平台,为多平台数据共享提供去中心化的可信环境;基于CP-ABSE技术实现跨平台的任务匹配,支持对任务密文数据的检索以及细粒度的访问控制,保护作业任务发布方和农机手的敏感数据;使用智能合约实现农田作业任务与农机手之间的匹配服务,避免集中式服务器存在的单点故障和恶意违规操作等问题。安全性分析表明,该方案能够保证数据的完整性、机密性以及匹配结果的可信性。基于Hyperledger Fabric构建了一个原型系统,测试结果表明,当全局属性数量为200时,系统构建和私钥生成的运行时间分别约8和2.5 s,搜索令牌生成与数据加密的计算开销分别为60和80 ms,匹配智能合约平均时延约为250 ms。该方案破解了农机社会化服务平台间的“数据孤岛”问题,对于促进农机社...     

基于改进多父辈遗传算法的农机调度优化方法

农机装备跨区作业存在作业任务重、转移范围大、作业时效性强等问题,传统的农机调度缺乏科学合理的调配方案。该研究开展了基于改进遗传算法的多机协同作业任务调度方法研究。首先对多块农田需连续进行多种生产任务的问题进行分析,建立在农机数量、转移距离、作业准备时间及作业时间等约束条件下的时间窗农机作业调度模型;然后以最小化作业时间为优化目标,提出改进多父辈遗传算法(Improved Multi-parent Genetic Algorithm, IMPGA)的优化方法求解农机作业规划方案;最后根据新疆塔城地区的农田数据及随机生成的农田任务进行模拟与仿真,并与标准遗传算法(Genetic Algorithm, GA)进行对比。结果表明:IMPGA和GA均能有效解决多任务多农机作业分配问题,IMPGA算法总体上优于GA,调度的最优时间和平均时间分别缩短2.47%和2.70%。该研究可为农机跨区作业提供合理的调度方案,也为规模化无人农场的生产经营提供科学依据。     

杂粮供应链区块链多链追溯监管模型设计

针对杂粮产品供应链链条长、主体多、区块链追溯过程数据无法差异化共享、链上数据难以实时监管等难题,通过分析杂粮供应链环节业务流程与监管特性,提出了基于区块链多链架构的杂粮追溯模型,并在此基础上建立多链数据存储架构,设计了基于监管授权组网建链的网络准入机制,并通过智能合约实现数据的链前监管与追溯节点的链上管控。为验证模型有效性,基于Hyperledger Fabric设计并实现区块链追溯系统,对山西忻州杂粮应用案例进行分析。在安全方面,企业组网授权扩散性测试密文平均改变率为82.53%,相关性测试密文平均改变率为82.39%,具备较高的安全性与混淆性。在效率方面,消费者查询公开追溯数据平均时间为0.415 s,监管部门调用跨链接口查询企业敏感追溯数据平均时间为0.871 s。结果表明,该研究设计并实现的面向监管的杂粮多链追溯系统在满足消费者追溯需求的基础上,能够实现追溯数据账本与链间交易记录的实时管控,为农产品区块链追溯监管系统研究提供借鉴与参考。     

基于深度强化学习的收割机省内协同调度优化策略

针对目前多机多地块间调度作业存在效率低、成本高等问题,该研究构建了以收割机地块间转移成本最小为目标的协同调度模型,设计了基于深度强化学习的收割机协同调度优化算法(inter-regional collaborative optimization scheduling algorithm based on deep reinforcement learning,DRL-ICOSA)。首先分析收割机调度作业的马尔可夫决策过程,构建基于注意力机制的策略网络和价值网络,在随机采样策略中引入动态高斯噪声,以避免训练初期陷入局部最优,同时提高网络模型的鲁棒性;接着采用近端策略优化算法(proximal policy optimization,PPO)训练网络模型;最后利用测试集验证DRL-ICOSA算法,得到收割机优化调度方案。基于有效作业时长40和24 h、农机调度中心位于作业区域中心和区域边缘的4种组合作业场景下,采用DRL-ICOSA算法、遗传算法(genetic algorithm,GA)、粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)和模拟退火算法(simulated annealing,SA)计算调度策略并进行对比分析。试验结果表明：当调度中心位于区域中心或边缘时,有效作业时长为40 h,DRL-ICOSA算法相较于GA、PSO和SA算法,平均调度成本降幅不少于13.9%;有效作业时长为24 h,平均调度成本降幅不少于11.5%。当作业时长为40或24 h时,调度中心位于区域中心,DRL-ICOSA算法相较于GA、PSO和SA算法,平均调度成本降幅不少于12.3%;调度中心位于区域边缘时,DRL-ICOSA算法相较于GA、PSO和SA算法,平均调度降幅不低于11.5%。因此,有效作业时长为40或24h、调度中心位于区域中心或边缘时,相比其他3种算法,DRL-ICOSA算法均能计算得到最低的调度成本。这一研究结果可为收割机省内协同作业提供科学合理的调度方案。     

集群式农产品供应链区块链密文策略可验多部门监管方案

集群式农产品供应链区块链上的数据逐渐采用加密存储模式，给跨企业、跨生产环节的监管带来挑战。为了适应集群式环境下的监管、减小监管带来的隐私泄露风险，该研究基于CP-ABE提出了集群式农产品供应链区块链密文策略可验多部门监管方案。明确划分监管部门的监管权限，根据链上数据的监管策略，企业用户基于CP-ABE加密数据，在保证数据隐私的同时实现数据对相关监管者的公开；设计基于CP-ABE的密文访问树验证方案，结合智能合约与监管策略，在数据上链前验证CP-ABE的访问树，以确保数据对指定监管者的公开。基于Hyperledger Fabric构建了测试原型系统，测试结果表明，监管策略中监管者数量每增加10个，系统上链时间延长约500ms，吞吐量约为438事务数/s(transactions/s)；安全性分析表明，系统具有较高的安全性。该方案实现了区块链密文条件下多部门的细粒度监管，减小了发生在监管端的隐私泄露风险，能够应对集群式农产品供应链区块链加密存储带来的监管挑战。     

农机跨区作业紧急调配算法适宜性选择

目前农机跨区紧急作业中供需信息不对称,农机部门缺乏科学合理的紧急调配方案,无法在紧急状况下指导农机进行及时有效的调配。针对上述问题,该文研究了农机跨区作业紧急调配模型和算法。首先分析了多机多任务紧急调配过程,建立了以最小化调配成本和损失为目标的紧急调配模型,提出了基于距离最近优先的多机多任务紧急调配算法(shortest-distance first algorithm,SDFA)和基于贡献度最大优先的多机多任务紧急调配算法(max-ability first algorithm,MAFA),前者是搜索当前距离最近的农田和农机,进行优先分配,后者是搜索当前贡献度最大的农田和农机并进行优先分配。采用该文算法对河北省邯郸市2017年的真实数据以及随机生成的农田和农机实例库进行计算与分析可知,当农机数量充足时,算法MAFA的平均调配成本要比SDFA的平均调配成本降低4.34%。当农机不足时,SDFA的平均损失和平均调配成本要比MAFA的平均损失和平均调配成本分别下降了12.79%和4.11%。进一步验证可知,当农田数量为6时,上述2种算法比笔者之前提出的基于非合作博弈紧急调配算法(non-cooperative game algorithm,NCGA)的平均运算性能均提升25%以上,当农田数量为30时,性能均提升41%。该研究可为农机管理部门紧急调配与决策分析提供科学依据。     

基于区块链技术的粮油食品溯源研究进展及展望

粮油食品供应链周期长、结构复杂、利益相关者众多，维护供应链的安全具有挑战性。近年来，特别是在粮食购销领域，存在"以陈顶新"、"转圈粮"、压级压价等现象，已严重威胁到粮食安全。追溯系统是一个能够对产品实施正向、反向和非定向跟踪的产品管理系统，可以连接粮油食品供应链的各个环节，监控原料采集、加工、储运、分销与销售过程，对粮食质量安全有重要保障。传统的追溯体系面临数据中心化、信息不透明、数据容易伪造、极易形成信息孤岛等问题。区块链作为继网络之后的下一代颠覆性技术，具备去中心化、分布式存储、匿名性、数据公开透明、内容不易篡改等新特点，为粮油食品供应链中的产品可追溯性问题带来新的解决方案。该文首先介绍近年来区块链智能合约、共识机制等关键技术的发展和应用，其次，阐述区块链技术应用到粮油食品溯源等领域的研究进展；最后，探讨当前粮油食品区块链溯源在存储、跨域与跨链、系统互操作性和可移植性等方面所面临的挑战，对区块链技术在粮油食品溯源领域中提高存储性能、跨域跨链、可扩展性等方面进行展望，为区块链技术在粮油食品中的创新应用提供参考。     

基于储能水平控制的微电网能量优化调度

为了充分发挥微电网中储能单元能量存储与搬移的作用,该文提出了以储能单元储能水平为微电网日前计划与实时计划之间联系纽带的多时间尺度能量优化调度方案,以及以储能水平为控制变量的日前计划优化模型。该优化模型以各可控型微电源出力、储能单元储能水平以及微网与主网交互功率均在限值之内和微网内功率平衡为约束条件,以可再生能源发电利用率最高、日供电成本最小为目标函数,通过满足"等效净负荷"需求达到可再生能源发电利用率最高的目标。采用基于矩阵实数编码的遗传算法求解该动态优化模型,算例验证了并网双向功率流动、并网单向功率流动2种模式下模型和方法的有效性。研究结果可为微电网能量优化调度决策方案提供参考。     

同种农机机群动态作业任务分配方法

为解决农机作业过程中因突发状况引起的作业时间增加、某些作业任务无法完成等问题,该研究提出一种基于改进合同网算法的同种农机机群动态作业任务分配方法。基于农机性能参数和任务参数综合考虑用时最长农机的作业时间、农机机群油耗和路上的路程建立机群代价函数,建立单个田块和地头相邻田块的路径规划方法,参考合同网算法中的招-投标过程,建立农机对任务进行投标的代价函数,基于降低服务器计算量、减少通信次数、任务均衡分配和减小非作业路程等原则,通过选择招标者、设定招标阈值、中标者任务再分配和农机间任务交换等方式改进合同网算法。在不同时间进行基于传统合同网算法和改进合同网算法的农机机群动态作业任务分配仿真试验和农场实际播种作业试验。仿真结果表明,基于改进合同网算法的动态任务分配仿真结果比基于传统合同网算法的动态任务分配仿真结果机群时间代价降低0.83%～12.89%,与服务器通信次数降低77.4%～85%。农场实际试验结果表明:在不同的任务分配时间,基于改进合同网算法的动态任务分配的机群时间代价比实际理论机群时间代价降低30.20%～34.09%。本文提出的动态作业任务分配法能够满足农业生产中同种农机机群动态作业任务分配需求。     

农业机械导航路径跟踪控制方法研究进展

路径跟踪控制技术作为农业机械导航的核心,是提高控制系统控制精度和对环境适应性的关键,可提高农机具作业精度和效率,同时可避免重复作业和遗漏现象,减少农业生产资料浪费。该文根据农业机械导航路径跟踪控制方法中是否涉及农机模型,将路径跟踪控制技术分为与农机运动学模型相关、与农机动力学模型相关以及与模型无关的路径跟踪控制方法。通过对原理的解析明确了各类控制方法的优缺点,及对现有解决方案进行了总结分析,指出了现有方案存在共性或个性问题,由此完成了对现阶段国内外针对农业机械导航路径跟踪控制方法的研究进展的阐述。通过对各类控制方法适用性及农机导航产品发展现状的分析,提出了农机导航路径跟踪控制方法的发展展望,以期为后续路径跟踪控制方法的研究提供指导性方向和有针对性的参考,具体如下：1）明确了现有模型对农机运动过程描述的局限性,指出高精度农机模型研究的必要性;2）为提升控制方法自适应性和鲁棒性,研究需从常规工况向极限工况和复杂工况拓展;3）明确单一控制方法的局限性,明确多方法融合控制的发展趋势。     

信息技术提升农业机械化水平

为适应中国现代农业建设的需要,保持中国农业机械化水平持续增长,实现中国农业可持续发展,该文提出,应将先进的信息技术融入中国农业机械的设计、制造、作业和管理等环节,使农业机械装备实现信息化和智能化,从而整体提升农业机械化水平。文中介绍了参数化设计、基于知识工程的农机产品设计、基于产品数据管理的并行协同设计等农机产品设计的关键技术;柔性制造、计算机集成制造、虚拟与网络制造等农机产品制造的关键技术;农情信息采集、农业机械导航、田间管理等农业机械作业的关键技术;农业机械管理、农业机械调度等关键技术。分析了这些关键技术信息化的不足,总结了世界各国的发展趋势,指出了用信息技术提升中国农业机械化水平应解决的核心问题。为加强农机装备的信息技术创新,该文建议,应突破一批智能农业装备数字化设计技术、自动导航协调控制技术及农业装备现场总线技术等关键技术;研发一批大田和设施农业生产作业系统、果园作业智能装备和畜禽水产精准生产装备等重大技术产品;构建一批水肥药田间精准作业系统、畜禽水产自动饲喂系统和自动化加工生产线等农业机械精准作业系统,从而进一步用信息技术提升农业机械化水平。     

双碳目标下退役农机产品拆解规划与EOL决策集成优化

退役农机产品回收再利用,不仅是对其剩余价值的再利用,也是实现可持续发展和循环经济的客观要求,对实现碳达峰、碳中和目标有重要意义。该研究基于双碳目标要求剖析退役农机产品拆解规划和EOL (end-of-life)决策集成优化问题,考虑拆解再制造过程中碳排放成本,以实现经济环境效益的最优化。首先,构建拆解再制造集成优化模型(disassembly remanufacturing integrated optimization, DRIO);其次,提出一种改进的人工蜂群算法(improved artificial bee colony algorithm, IABC)对构建的数学模型进行迭代求解,引入logistic映射生成初始解,雇佣蜂阶段和守望蜂阶段加入邻域搜索机制,侦察蜂阶段采用了轮盘赌方法,以获得利润高且碳排放成本低的拆解再制造帕累托方案;最后,通过联合收获机电机拆解再制造实例验证所提模型的有效性和改进算法的可行性。结果表明,所提DRIO模型的经济效益相较于DRIO-D和DRIO-R模型分别提高了62.1%和54.8%,碳排放成本比DRIO-D模型减少约50%。IABC算法相比于经典...     

基于区块链的农产品追溯系统信息存储模型与查询方法

针对区块链追溯系统信息数据存储负载过大、查询效率低等问题,该文以果蔬菜类农产品为例,基于Hyperledger Fabric设计了一种区块链农产品追溯信息存储模型和查询方法。提出"数据库+区块链"的链上链下追溯信息双存储设计,本地数据库存储追溯明文数据,区块链上存储追溯数据加密后的哈希值,并在此基础上建立了外联数据库索引的查询方法。通过该方法与基于key键遍历查询和批次号字段查询的2种传统区块链数据查询方法进行对比测试,结果表明当区块链追溯记录总量达到11×10~4条,批次追溯记录条数为400时,该方法查询效率分别提高了70.56%和88.66%,有效解决了区块链链式结构中数据查询效率低的问题,保证了数据隐私安全,提高了追溯信息的可靠性与时效性。