【类型】学位论文
【题名】贺兰山东麓酿酒葡萄产区喷药机田间作业调度研究
【作者】 周通
【关键词】 喷药机 系统集成 酿酒葡萄 改进遗传算法 田间作业调度
【学位授予单位】江苏大学
【摘要】近年来,随着“乡村振兴”战略的提出,地方政府强调对特色农业的重点扶持。宁夏自治区借助资源禀赋和政策优势,着力推进葡萄酒及相关产业发展,逐年增大酿酒葡萄的栽种面积。截至目前,贺兰山东麓地区已成为我国酿酒葡萄集中种植最大的片区,病虫害对如此大面积酿酒葡萄的种植构成严重威胁。为了防治病虫害,该地区在喷药作业方面投入了巨大的人力、物力和财力。随着科技的进步以及社会经济的发展,贺兰山东麓地区的农业机械化水平稳步提升。但到目前为止,该区域的喷药机数量依旧有限,且存在服务水平低下、作业方式落后等问题,致使该区域的作业成本高而整体收益低。为此,如何提升喷药机的作业效率和服务水平,实现喷药机田间作业的优化调度,成为本文的研究重点。通过多次实地调研及专家访谈,本文在识别贺兰山东麓酿酒葡萄产区喷药机田间作业调度影响因素的基础上,基于传统的VRP模型,构建了喷药机田间作业调度模型,并依托改进种马遗传算法求解,最后将改进的种马遗传算法集成到酿酒葡萄生长全程机械化系统任务调度模块中,实现喷药机田间作业的智能化调度。具体的研究内容和结论如下:（1）基于传统的VRP模型,构建了喷药机田间作业调度模型。首先描述喷药机的作业过程,从而识别影响喷药机田间作业的各类因素,分析其中的关键因素,将其作为约束条件,而对非关键因素,做出一定的合理假设,以经济最优为目标建立了喷药机田间作业调度的数学模型。随后,选择了具有代表性的酒庄和具有代表性的规则与非规则田块,将障碍物、水箱、葡萄藤、作业行等考虑在内,通过Excel和Anaconda建立了简化的环境模型,便于后续的算法求解。（2）基于精英保留策略和种马逻辑改进遗传算法,求解喷药机田间作业调度模型。考虑到喷药机作业的复杂性及贺兰山东麓酿酒葡萄基地环境的复杂性,本文选择了发展较为成熟的遗传算法作为主要研究方法。基于精英保留策略和种马逻辑对传统算法进行初步改进,并在算子选择与变异概率等方面做出进一步改进。随后将求解结果与传统遗传算法、禁忌搜索算法的求解结果作比较,进而得出结论:改进的种马遗传算法在运算速度、收敛速度、以及求得的最优解方面均更具优越性。（3）将改进的种马遗传算法集成于葡萄生长全程机械化作业管理系统中,实现喷药机的智能化调度。在完成算法编写、验证及评估之后,选择将改进的种马遗传算法应用于系统集成。通过分析平台上喷药机的业务需求,画出喷药机的业务流程图,设计集成后的HIPO图,完成喷药机作业相关的数据库设计,最后通过Runtime.get Runtime（）方法将算法集成于Java平台,实现喷药机田间作业的智能管控。本文通过改进的种马遗传算法对喷药机的田间作业路径做出合理规划,使其能够实现两台喷药机协同作业,避免转弯时冲突、减少换药时的路程,进而减少总作业时间,降低作业成本。并可以通过系统平台展示规划路径,在车载显示终端上为农机手展示导航路径,提升酒庄、种植户、农机合作社的经济效益。
【学位年度】2022
【分类号】S491
【导师姓名】李雯
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