基于遗传变邻域搜索算法的农机跨区调度优化研究

智慧农业的快速发展促使多区域互联农机的调度追求更高的实时性，为更合理配置农机资源，农机跨区作业已成为完成“三夏”机收任务的主要服务模式。基于小麦收获机跨区作业真实场景，研究了带时间窗的多库、多机型的农机跨区调度问题，同时考虑经济成本和环境成本，建立以最小调度成本为目标的跨区调度模型。根据问题特征，设计遗传变邻域搜索算法(Genetic algorithm variable neighborhood search, GAVNS),该方法通过交叉、随机扰动、自适应邻域选择等操作，使解的搜索更加高效和灵活。对我国黄淮海平原72个小麦生产区县的作业需求进行计算与分析：不同算法相比，本文设计的算法得到最优解的迭代次数更低、收敛速度更快，求得的目标函数值较遗传算法、变邻域搜索算法分别降低16.41%、11.15%;对比不同调度模式，开放路径模式更有利于提升跨区调度服务效率，较闭合路径模式，调度成本降低17.76%。     

基于模糊神经网络的农机自动转向系统的设计

现代农业生产中要求农业机械在田间工作过程中可实现实时、高效的控制性能。为此，基于模糊控制规则的模糊神经网络控制器，利用遗传算法(Genetic Algorithm, GA)进行人工神经网络模型的优化，对拖拉机转向系统进行优化设计，得到农业机械田间工作时目标输出和实际输出的仿真曲线。基于东方红拖拉机搭建试验平台，进行了输出响应测试和角度测试，并通过MatLab仿真对控制系统的性能进行了分析。研究结果表明：模糊控制规则的模糊神经网络控制器和基于遗传神经网络的改进算法能有效缩短农业转向系统的响应时间，减少超调量，提高转向精度，是一种更加有效的田间作业的控制方法。     

基于自适应遗传算法的系统PSS参

多机电力系统中，电力系统稳定器PSS（Power System Stabilizer）的优化配置是一个复杂的非线性优化问题。一般PSS的配置包括其安装地点的选择和参数的优化。先根据参与因子法对PSS的安装地址进行选择，而后重点研究运用改进的自适应遗传算法(AGA, Adaptive Genetic Algorithm)对多机系统PSS参数进行优化。这种方法中交叉率和变异率能够随适应度自动改变，而不是恒定不变。该方法的优点是改善了传统的遗传算法(GA, Genetic Algorithm)中容易出现的“早熟”现象，提高了寻优过程的收敛性和稳定性。仿真结果表明，采用的自适应遗传算法在收敛性、计算时间和参数稳定上都优于传统遗传算法，将经过参数优化后的PSS加装到系统中，不仅可以克服低频振荡现象，而且使系统的暂态稳定性和静态稳定性都得到大幅度增强。     

新闻纵横

玉米去顶、喷药机852成功研制◎邵维信李文日前,黑龙江省宝清县852农场第5管理区索伦农机制造厂成功研发出玉米去顶、喷药机,为国内首创、国际领先技术,2012年秋季将大面积投入田间作业。据了解,玉米完熟期开始去顶作业,可使玉米降水3%～5%,达到脱粒收获水份要求,使玉米提前收获,并为秋收整地留有充分时间,还能提高玉米品质,为后期玉米脱粒收获减轻负荷,降低收获成本,达到增收的目的。     

农业运输机械田间路径协同分配模型研究

田间任务分配是多农机协同工作分配中的核心问题,在农忙时期,需要多种农业机械配合完成多项田间作业任务。为了提高田间农业机械工作效率及协同管理,在充分考虑供需匹配、农机作业能力、作业周期和路径成本的基础上,提出了基于蚁群算法下多机任务协同分配模型,并以农作物收获试验为例,通过MatLab对改进蚁群算法的多台农机协作的动态和静态任务分配进行了仿真分析。研究结果表明：当任务数量设置为11时,谷物联合收获机和农业运输机械的成本分别降低了50%和22%,表明改进的蚁群算法可以有效降低路径成本;当任务数量设置为5、11、16、22时,农业机械平均运行周期分别缩短了65%、38%、56%、56%,可以避免田间部分农机超载和其他农机闲置等问题,缩短了农业机械作业周期。研究结果可为解决复杂农田作业时多农机协同调度管理问题提供技术参考与应用依据。     

带时间窗的多目标蔬菜运输配送路径优化算法

为了解决蔬菜运输耗时长、成本高、保鲜时间短，导致送达到客户手上蔬菜质量降低等问题，在考虑了车辆载重和时间窗等约束条件下，本研究提出了一种带时间窗多目标蔬菜配送路径优化的遗传-模拟退火（Genetic Algorithm and Simulated Annealing，GA-SA）算法。在遗传算法（Genetic Algorithm，GA）操作过程中引入模拟退火（Simulated Annealing，SA）算法自适应（Metropolis）接受准则：首先将原始种群进行遗传算法的选择、交叉、变异等操作，形成新一代路径种群，此时通过引入Metropolis准则，对新一代路径种群分布情况进行修正、选择、交叉、变异，得到目标路径种群，达到全部车辆配送完返回到配送中心的耗时最少、成本最低、车辆使用最少的多目标，求得蔬菜运输的最优路径。设计以保定市为配送中心以及向保定市下辖的各个乡镇为配送点进行蔬菜运输路径优化的试验，结果证明，与传统的GA、SA相比，GA-SA能够有效增快其收敛速度，优化后的配送路线总成本分别降低了约23.7%和4%，总路程分别减少了22.6%和3%，耗时分别减少了26.2和2.6 h，车辆分别少使用2辆和1辆。本研究可为冷鲜食品以及其他运输路径优化研究提供参考价值。     

基于大马力精播机工况监测的田间无线调度系统

针对农机作业工况信息滞后,与农机作业规模化、集成化程度提高之间不匹配的问题,设计了以大马力精播机为主要研究对象的田间作业机工况信息采集硬件系统。在传统的作业速度和作业面积测量基础上,结合数据融合技术,降低了由于地轮打滑引起的测量误差,提高了种肥监测精度;系统增加了发动机转速与油耗的测量,为高效、经济作业提供了优化方案。系统采用基于802.11n的无线传感器网络将各工况信息进行采集,降低了系统布线难度,也为进一步实现农机作业合理调度提供了可靠数据。     

基于多变异分组遗传算法的多机协同作业静态任务分配

为解决农业机械（简称农机）多机协同作业前的任务分配问题,提出了基于多变异分组遗传算法的同种农机多机协同作业静态任务分配方法。首先,根据农机合作社实际作业模式,基于农机性能参数和任务参数,综合考虑机群的作业时间、作业油耗和路程代价等因素,建立了多机协同代价函数;根据多机协同作业特点,构建了多变异分组遗传算法,设计了两段式编码、分组交叉算子和多种变异算子,并建立了农机多机协同作业静态任务分配模型;通过仿真试验对比分析了算法的性能,并采用不同的代价权重进行了任务分配仿真试验;最后,采用不同的权重对实际深松作业进行任务分配试验,对本文提出算法进行了验证。结果表明：在不同权重下,基于多变异分组遗传算法的多机协同静态任务分配的机群代价比实际作业代价降低了29.48%~55.00%,选取合理权重的静态任务分配具有较高的分配效率和分配性能,能够满足实际多机协同作业中任务分配的要求。     

农机导航自动驾驶系统前装认证研究

<正>伴随着越来越多的新技术应用到农业领域,我国农机信息化、智能化水平越来越高,农机导航自动驾驶就是当前发展较快的一个典型案例。通过在农机上安装导航自动驾驶系统,依靠高精度卫星定位装置获取农机位置、姿态和航向信息,对所获信息进行分析,驱动液压阀或电机来控制转向装置进行路线修正,就可以实现农机按照规划路线自动驾驶行驶作业。这样不用驾驶员操作就可以完成耕作、播种、喷药等田间作业,不仅可以缓解驾驶员的疲劳,还可以降低作业成本和时间。然而新产品新技术前期往往因为产品标准不完     

农机作业路径规划策略研究 —基于智慧农机大数据平台

针对我国农机跨区作业中存在的信息不对称、缺少有效农机调度手段等现状,建立了基于"互联网+"的农机作业信息服务平台,通过研发的手机APP、农机智能采集终端,实现了信息智能无缝对接,解决了农机服务产业链中信息不对称的问题。针对多机多地块作业调度问题,分析了基于智慧农机大数据平台的农机作业路径规划模型,设计了基于单位时间平均作业收益最大的优化调度算法,通过智能分单方式为农机大户或农机合作社的多台农机提供最优作业区域和行驶路线。试验结果表明:所提出的算法不仅确保了作物作业及时高效地完成,同时提高了作业收益,减少了作业成本。     

农用喷药机的电控系统功能及技术优化方向

传统的农业生产过程中主要依靠人工进行喷药植保作业,农民背负喷药机在田间进行农药喷施不仅效率低下、防治效果差,而且不利于人身健康。在农业机械化技术的促进下,用于植保生产的专业喷药机在农业生产的应用量逐渐增多,喷药机作为农业生产过程中的重要植保机械,对于提高农作物生长的健康程度,确保粮食高产丰收具有重要意义。随着农机自动化技术的逐渐普及喷药机中应用的电控技术逐渐增多,使喷药机的自动化程度显著增加,喷药机的性能也得到了大幅提升。基于此,对农用喷药机技术特征展开分析,总结了喷药机电控系统的主要功能及技术特点,说明了喷药机电控系统的技术优化方向。     

PJZ-1型酿酒葡萄剪枝机设计与试验

我国酿酒葡萄栽培面积逐年增加,因气候条件酿酒葡萄进入冬季前需要进行剪枝作业,目前冬季剪枝作业主要以人工修剪为主,存在劳动强度大、效率低和成本高等问题。设计了一种适于酿酒葡萄冬季埋藤前的机械化修剪机具,该机主要由机架、自动避障装置和液压驱动的旋转式剪枝装置等组成。试验选取3年株龄的赤霞珠品种作为试验对象,以割刀转速和作业速度为试验因素进行酿酒葡萄田间剪枝试验。试验结果表明:当机具作业速度3.0 km/h,割刀转速2 000 r/min时,剪断率为98.3%;当机具作业速度3.0 km/h,割刀转速＞2 500 r/min时,剪断率为100%;当机具作业速度1.0~2.0 km/h,割刀转速2 000 r/min时,剪断率为100%;当作业速度4.0 km/h时,机具对酿酒葡萄剪枝作业的时间利用率86.4%时,机具的平均作业效率为0.05 hm2/h。该机具的各项性能指标均达到了设计要求,可有效地调节酿酒葡萄修剪的高度和宽度,并且具有自动避障功能,割刀转速2 000~3 000 r/min,作业速度1.0~5.0 km/h时,可以获得较高的枝条剪断率。      

高株农作物喷药机喷药杆升降转向机构设计分析

文章主要围绕升降式喷药机结构设计、喷药机模型建立及稳定性分析等方面展开讨论,以减少劳动者工作量、提高工作效率为目标,改进传统的小型喷药机结构,使其能适用于高杆农作物田间作业中,通过进行升降式喷药机结构优化设计,能进一步满足市场需求。     

永康市召开田园管理机作业现场会

11月25日，永康市农机管理总站在唐先镇下渡槽村，组织召开田园管理机葡萄园田间松土作业现场会。这次参加现场会的除了机具生产企业技术人员、农机推广人员、葡萄种植大户，还有特产站的专家和技术人员。田园管理机进行葡萄园作业在永康还是首次，以前认为机器进入葡萄园作业容易损害葡萄根系，影响产量。     

农场农机管理系统田间作业计划模型的研究

田间作业计划模型从实际出发，考虑了影响田间作业计划的各项因素，如土壤类型、气候条件、作物参数、农机具参数等。同时设定一系列的限制条件，以农机总作业成本为目标函数进行了优化，从而制订出农业机械田间作业计划表，优化结果将有助于决策者降低农业机械作业成本，从而获取最大的农业生产利润。     

基于RFID的新型农机机群分布式调度系统的设计

针对现代农业生产中农机机群作业的调度问题,设计了一种新型高效率、低成本调度系统.系统分为调度端和农机机载端,通过RFID网络实现无线互联.调度端为整体系统的核心,不仅能记录各农机的当前状态信息,而且能接受用户新任务并自动分派给最合适的农机,实现最优调度;各机载端分布安装于农机驾驶室,通过RFID网络接收调度端的新任务并实时上报本机位置和工作状态.试用情况表明,本系统平均调度可靠性达99％,调度效率较传统方式平均提高了35.8％、调度成本平均降低了34.1％.RFID技术的引入显著提高了调度精度和可靠性、降低了调度成本,系统具有较高的实用和推广价值.     

微型喷药机设计与试验研究

为了提高三轮自走式喷药机运行平稳性和操作高效性,设计了以万向节转向机构和可调式车架等组成的小型自走式喷药机,并对喷药机物理样机进行了喷头施药量、施药幅宽、喷头防滴性能及田间运行恒速/加速度试验研究。结果表明:小型自走式喷药机后轮桁架调整高效、方便,田间运行稳定,未发生转弯侧翻等危险事故,施药性能和田间运行性能均满足小规模农田施药作业要求。本研究对指导农民实际生产和提高植物保护技术具有重要的参考价值。     

基于DSP和单片机的实时变量喷药系统设计

为防治玉米农田杂草危害,设计了一种基于DSP识别和单片机控制的杂草实时变量喷药系统。数字信号处理器(DSP)实时数据处理能力强,单片机控制能力强。DSP作为喷药系统上位机图像处理模块的CPU,对田间玉米杂草图像实时采集、处理,分离出杂草,生成杂草位置信息表,发送给作为系统下位机控制模块CPU的单片机;单片机通过电磁阀控制6个喷头的开闭实现精准变量喷药。田间试验表明:系统在室外田间复杂情况下可以满足实时精准喷药要求,在作业机械速度为4km/h时,喷药精确度可以达到91.4%。     

基于WebGIS的农机多机协同导航服务平台设计

为向多台农业机械协同作业应用场景提供地图和导航服务支持,设计并开发了基于WebGIS的农机多机协同导航服务平台,该平台由GIS服务和农机调度2个功能模块组成。GIS模块基于GeoServer和JavaWeb提供网页端地图服务,在显示农场地图、实时标注农机位置的同时,也提供多农机导航结果的可视化显示功能;农机调度模块以路径规划算法和任务分配算法为核心,负责提供导航服务,在用户输入任务列表并调用服务的情况下,以GeoJSON格式返回各农机的任务分配以及路径规划结果。此外,为了筛选出满足平台需求且性能最优的算法,针对路径规划算法设计了算法性能对比实验,在导航距离近、中、远的3条路径上分别测试了基于A*、Bellman-Ford、Dijkstra、Floyd和SPFA 5种算法的路径规划算法,并对不同算法的执行时间和最优路径长度进行了对比;针对任务分配算法设计了不同任务数量场景下的仿真对比实验,在任务数量为8、10、14、18的场景下分别测试了基于蚁群算法和遗传算法的任务分配算法,并对两者的执行速度和最优路径长度进行了对比。结果表明：基于Dijkstra算法的路径规划算法在结果最优的前提下执行速度最快,平均单次执行时间为0.25ms。基于遗传算法的任务分配算法可以有效降低多机协同的路径代价,相较于随机生成的工作序列,路径代价减少50%~54%;相较于基于蚁群算法的任务分配算法,农机最佳路径长度减少19%~36%,执行时间减少51%~66%,平均执行时间在1s以内。开发的多机协同导航服务平台通过使用Dijkstra算法和遗传算法分别进行路径规划和任务分配,能够基本满足多机协同作业的实时性需求。     

如何降低农机作业成本

<正>随着国家购置补贴力度的加大,阿勒泰市红墩镇的农机保有量也在不断的增加,其中不少机械在农机作业中的成本还是比较高的。为了使农机具在作业中发挥最大的能效,根据近年来农机具在田间实际作业中的经验现介绍怎样降低农机作业成本。农机作业成本包括机器折旧费、维修费、油料费等。其中机器的折旧费与使用年限有关,使用年限长则折旧费低。维修费的多少变化较大。