基于監控特征的引導系統設計方案
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1主要功能
1)位置報告:移動終端向通信網關報送農田、農機的位置及屬性。2)機具監控:利用平板電腦對農機的位置和狀態進行實時監控。3)中心導航:根據調度方案，向導航通信終端發送調度指令，指引農機手前往目標農田進行作業。4)移動指揮:利用平板電腦，隨時隨地對農機進行指揮調度，并通過中心導航方式引導農機前往目標農田。
2數據傳輸協議設計
2．1移動通信終端位置及屬性傳輸協議
移動通信終端位置及屬性傳輸協議包括農機位置及屬性報告協議、農田位置及屬性報告協議。
2．2導航通信終端農業POI信息表達與更新協議
基于GD300型導航通信終端的導航軟件進行二次開發，實現在導航通信終端的地圖上表達與更新農業POI，以彌補當前導航通信終端的地圖對農業應用支持的不足。其中，FarmShow為農田信息表達類。P，L，hWnd為導航軟件在每次繪圖時傳入的參數，分別表示導航通信終端當前的左上、右下屏幕坐標和相應的經緯度坐標以及窗體句柄。Draw為繪制農業POI函數，它根據傳參數據繪制當前窗體句柄內的農業POI。Farm．ifo文件為農業POI位置信息文件;Farm．rlt文件為將Farm．ifo文件中農業POI信息按照地理位置相關性排序后所生成農業POI位置信息文件。文件中:FarmID是農業POI編號;Longitude與Lat-itude分別是其經度和維度，單位均為(°);Farm是農業POI名稱;Area是面積(hm2)。Lon/Lat表示POI按照經度/緯度相關性排序;FarmID按從小到大順序排列。
2．2．2農業POI更新協議
農業POI的更新方式有兩種:一是通過將導航通信終端與計算機連接直接下載更新;二是通過部署在終端上的更新軟件定時更新。更新的方式以及定時更新的頻率在配置文件Farm．ini中進行聲明。這里重點介紹定時更新的協議。定時更新時，終端向應答服務器發出更新請求(RQ)，應答服務器接收并解析請求指令后，向終端返回已經收到更新請求的指令(RE)，并返回刪除(DE)，修改(MY)、增加(AD)相應指令。其中:NUM為此條消息總字節數;TIME為上次更新時間，ID為服務器返回信息的惟一編號;FarmID為要更新的農業POI的ID;LAT，LON，FarmName與Area分別代表農業POI的經度、緯度、名稱和面積，如果相應字段為空，則表示不做更新。
2．3導航通信終端位置傳輸協議
導航通信終端獲取位置信息后，以UDP方式向通信服務器進行位置報告。協議定義如下:socketType;gpsFlag;Longitude;Latitude;Speed;Di-rection;Height;sumMileage;cockNO協議中:socketType為終端與通信服務器的連接方式，“1”為短連接，“2”為長連接:gpsFlag為GPS狀態，“0”表示GPS信號無效，“1”表示GPS信號有效，“2”表示GPS正在初始化，“3”表示GPS連接斷線;Longitude，Latitude與Direction分別為經度、緯度和方位角，單位均為;Speed為速度，單位為m/s;Height為GPS高程，單位為m;sumMileage為終端總里程，單位為m;cockNO為唯一標識。
2．4導航通信終端路徑引導協議
通過實時監聽導航通信終端的短信箱，獲取以“＆＆”作為消息頭標示符的路徑引導指令信息。路徑引導指令協議用于描述導航目的地和作業任務，并通過語音播報進行提示。協議定義如下:Header:Type:Destination:Longitude:Latitude協議中:Header為消息頭，用“＆＆”表示;Type消息類型，表示導航終點;Destination為目的地名稱和作業任務詳細描述文本;Longitude與Latitude為經度和緯度;單位均為(°)。導航通信終端收到路徑引導指令后，自主解算前往目的地的最優路徑，并根據實際行駛位置進行動態最優路徑更新。
3原型系統實現
1)監控系統開發:以Google地圖作為圖源，利用Google地圖API，開發農業POI表達、農機位置監控、路徑引導等功能。2)系統通信實現:基于USB串口通信技術，開發服務器端短信通信程序。平板電腦與服務器間，通過UDP協議將平板電腦的請求信息定時推送至服務器指定端口。解析后，服務器按照已建立的套接字，將信息推送至平板電腦。3)數據組織優化:平板電腦端地圖數據按照功能類別(如農機層和路徑引導層等)，建立圖層索引。在服務器端，將農業POI信息、農機屬性信息及檢校碼信息組包，并發送到平板電腦。
4系統應用驗證
從2011年春耕開始，結合北京市順義區、平谷區和房山區有關農機組織的應用需求，在近50輛拖拉機、玉米收割機、小麥聯合收割機、青飼玉米收獲機及移動指揮車上進行了GD300型設備安裝。主要針對以下內容進行了應用驗證:1)系統結構的完備合理性。試驗表明，本文所設計的便攜式農機監控與路徑引導系統符合大型農機組織的移動監控與指揮的基本應用需求。2)無線數據傳輸的穩定性與可靠性。試驗區農田及路網范圍內，無線通信較為流暢，能夠保證位置與屬性等文本數據的傳輸;但地圖數據的傳輸速度在部分區域受到一定限制，需要進一步優化設計。3)中心導航指令發送的實時性。經試驗，90%的指令傳遞時間小于7s，能夠較好地滿足中心導航的應用需求。4)移動監控與指揮的便捷性。試驗表明，移動平板終端的應用極大地增強了移動監控與指揮能力。
5結論
1)詳細設計了基于平板電腦的便攜式農機監控與路徑引導系統，從系統結構、系統功能、數據傳輸協議、原型系統的開發與驗證等方面進行了深入的研究。2)開發了基于平板電腦的便攜式農機監控與路徑引導系統。綜合考慮完備性、穩定性、可靠性、實時性和便捷性等因素，優化設計了系統結構和數據組織方式。3)結合北京市周邊區縣有關農機合作社的應用實踐，進行了系統應用驗證，表明系統可有效提高農機管理與調度的效率。
作者：吳才聰 丁連軍 蔡亞平 羅夢佳 單位：中國農業大學 北京大學