（6）路徑規(guī)劃完成，下發(fā)路徑信息。
云服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行解析，存儲入數(shù)據(jù)庫，并向無人駕駛控制器返回如下信息：
}
4.3 測試結(jié)果
[2] 程琳. 基于MapX是大吊車的自動導(dǎo)航拖拉機作業(yè)路徑優(yōu)化系統(tǒng)研究[D]. 西安：西安科技大學(xué)，2010.
（4）遠(yuǎn)程規(guī)劃終端接收到田塊關(guān)鍵點信息后，點擊“路徑規(guī)劃”按鈕，開始路徑規(guī)劃。
Code 為 200 時，表示數(shù)據(jù)上傳成功，0 表示失敗。
4.2.1 POST 方法
① 如果系統(tǒng)提示該田塊路徑信息已錄入，則插秧機數(shù)據(jù)庫已經(jīng)有歷史規(guī)劃路徑數(shù)據(jù)，云平臺加載默認(rèn)規(guī)劃路徑。
路徑規(guī)劃完成后，云服務(wù)器向無人駕駛控制器下發(fā)規(guī)劃路徑信息，待手持終端確認(rèn)下發(fā)成功后，全部路徑規(guī)劃任務(wù)完成。
路徑規(guī)劃圖生成后，遠(yuǎn)程規(guī)劃終端顯示規(guī)劃后是大吊車的路徑圖，并高亮起始點，用戶可以在此路徑圖基礎(chǔ)上進行拖拽調(diào)整，對路徑進行臨時規(guī)劃，也可以指定起始點重新規(guī)劃路徑，待確認(rèn)好合適是大吊車的路徑后，點擊“完成”按鈕，則該田塊路徑規(guī)劃信息存入插秧機數(shù)據(jù)庫。
表 4 圓弧段需傳遞的數(shù)據(jù)格式
（2）云服務(wù)器劃分為接口服務(wù)層、路徑規(guī)劃實現(xiàn)層和插秧機數(shù)據(jù)庫，遠(yuǎn)程規(guī)劃終端、手持終端、智能手機均采用 ICONICS 軟件開發(fā)。ICONICS 軟件具備實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊、GIS 模塊、三維可視化監(jiān)控模塊、移動終端監(jiān)控模塊等多種特色模塊，提供移動終端監(jiān)控功能和 PC 端Web 監(jiān)控功能，并可同時在 IOS、安卓、WP、PC 系統(tǒng)下運行，開發(fā)方便、靈活，適應(yīng)性強，用來作為驗證平臺，高效、快捷。
表 3 直線段需傳遞的數(shù)據(jù)格式
4遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃方案驗證
基于云平臺的無人駕駛插秧機遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃系統(tǒng)如圖 1所示，由云服務(wù)器、遠(yuǎn)程規(guī)劃終端和本地終端等 3 部分組成，云服務(wù)器和遠(yuǎn)程規(guī)劃終端構(gòu)成了云平臺，本地終端則包括無人駕駛控制器、手持終端和智能手機。系統(tǒng)架構(gòu)采用云服務(wù)器為服務(wù)端，其他組成部分均為客戶端的模式，服務(wù)端與客戶端之間通信基于 TCP/IP 協(xié)議。遠(yuǎn)程規(guī)劃終端位于遠(yuǎn)程規(guī)劃中心，位置固定，通過有線網(wǎng)絡(luò)接口接入系統(tǒng)，無人駕駛控制器、手持終端和智能手機通過移動物聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)。
圖 2 遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃系統(tǒng)交互工作流程圖
[6] 孫承銘. 水稻穴直播機自動駕駛與管理系統(tǒng)開發(fā)[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2017.
無人駕駛控制器采集邊界關(guān)鍵點后，將田塊信息封裝成 JSON 格式，通過 HTTP 的 POST 方法將數(shù)據(jù)傳遞到云服務(wù)器，云服務(wù)器將得到的數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫中。遠(yuǎn)程規(guī)劃終端則采用讀取服務(wù)器中數(shù)據(jù)庫的方式，將田塊信息讀取出來，進行路徑規(guī)劃，并在界面上顯示出規(guī)劃出的路徑軌跡，同時將軌跡中的重要點信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)無人駕駛控制器上傳信息 30 s 后，采用周期 1 s 的輪詢方式，使用 GET 方法向服務(wù)器請求路徑信息，如果 1 min 內(nèi)收到路徑信息，則表示獲取成功。如果未收到有效的路徑信息則提示失敗，需要檢測網(wǎng)絡(luò)等環(huán)境是否正常。
摘 要 ：針對目前自動導(dǎo)航插秧機通過車載終端進行路徑規(guī)劃，不能靈活、實時調(diào)整路徑的不足，基于云技術(shù)和移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建無人駕駛插秧機遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃系統(tǒng)。該系統(tǒng)由云服務(wù)器、遠(yuǎn)程規(guī)劃終端和本地終端 3部分組成，云服務(wù)器和遠(yuǎn)程規(guī)劃終端構(gòu)成云平臺，本地終端包括無人駕駛控制器、手持終端和智能手機，服務(wù)端與客戶端之間通信基于 TCP/IP 協(xié)議。為減少對網(wǎng)絡(luò)資源的占用時間，對需要實時通信的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用 MQTT 協(xié)議，采用查詢方式即可訪問的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點則采用 HTTP 協(xié)議。搭建快速測試系統(tǒng)對基于云平臺的遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃系統(tǒng)進行驗證，測試結(jié)果表明：該系統(tǒng)信息傳輸穩(wěn)定，操作方便靈活，能夠?qū)崟r、動態(tài)地對路徑進行規(guī)劃和調(diào)整。
（天津工程機械研究院有限公司）
② 通過遠(yuǎn)程規(guī)劃終端添加插秧機銘牌信息，作為唯一標(biāo)識，并設(shè)置路徑規(guī)劃參數(shù)。
"message":" 正確 ",
（3）通過遠(yuǎn)程規(guī)劃終端添加田塊信息。
（1）無人駕駛準(zhǔn)備工作。
來源：《工程機械》2020年第9期
① 完成基站 / 天線 /IMU/ 傳感器的校準(zhǔn)。
4.1 測試系統(tǒng)搭建
在遠(yuǎn)程規(guī)劃終端上截取測試過程中的路徑規(guī)劃效果如圖 4 所示，中間（綠地）部分為測試田塊，藍(lán)色路徑為自動規(guī)劃路徑，白色路徑為插秧機跟隨路徑。
3路徑規(guī)劃模塊劃分
② 如果未提示田塊路徑信息已錄入，則向無人駕駛控制器發(fā)送“開始找邊界”指令。找邊界的方式為人工駕 駛插秧機沿著田塊邊界行走 1 圈，每到達 1 個關(guān)鍵點（幾何頂點）時，在手持終端上確認(rèn)，通知無人駕駛控制器保存，所有頂點采集完畢后，在手持終端上確認(rèn)，通知無人駕駛控制器上傳關(guān)鍵點信息。
表 2 邊界關(guān)鍵點信息
通過操作界面左邊標(biāo)簽欄中“路徑修改”菜單項，可進行實時、動態(tài)更新路徑，點擊“路徑修改”菜單項，可以進行拖拽、繪線、繪圓、繪任意曲線等操作，路徑修改完畢后，點擊“路徑下發(fā)”選項，即可完成實時、動態(tài)更新路徑。
4.2.2 GET 方法
1系統(tǒng)組成及工作原理
在路徑規(guī)劃開始前，需要完成以下兩步設(shè)置：
圖 3 路徑規(guī)劃過程所包含的模塊
遠(yuǎn)程規(guī)劃終端作為人機交互接口，運行路徑規(guī)劃客戶端軟件，進行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置、自動 / 手動路徑規(guī)劃等一系列路徑規(guī)劃操作，并顯示對應(yīng)的操作界面，每一項操作都與云服務(wù)器交互數(shù)據(jù)。
無人駕駛控制器為車載端，集成有 4G 和 WiFi 網(wǎng)絡(luò)，通過 4G 移動物聯(lián)網(wǎng)接口接入系統(tǒng)，通過 WiFi 接口與手持終端通信。在路徑規(guī)劃時，主要將田塊邊界關(guān)鍵點數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器，當(dāng)收到云服務(wù)器發(fā)送的“找邊界”指令后，通過 WiFi 接口發(fā)送給手持終端，由無人駕駛控制器將邊界關(guān)鍵點實時發(fā)送到云服務(wù)器。
基于云平臺的無人駕駛插秧機遠(yuǎn)程規(guī)劃研究
參考文獻
（1）應(yīng)用層采用 HTTP 協(xié)議，方便適應(yīng)不同的硬件平臺和軟件環(huán)境，整體網(wǎng)絡(luò)采用 REST 風(fēng)格的軟件架構(gòu)模式，數(shù)據(jù)格式采用 JSON 格式。
MQTT 協(xié)議是一個基于客戶端-服務(wù)器的消息發(fā)布 / 訂閱傳輸協(xié)議，該協(xié)議也構(gòu)建于 TCP/IP 協(xié)議上，但卻是輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)的，能夠為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實時可靠的消息服務(wù)，這些特點使其適用于機器與機器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。MQTT 協(xié)議屬于長鏈接，HTTP 屬于短鏈接。基于 MQTT 協(xié)議和 HTTP 協(xié)議不同的特點，本系統(tǒng)在遠(yuǎn)程規(guī)劃終端與云服務(wù)器、無人駕駛控制器與云服務(wù)器之間，需要實時通信的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用 MQTT 協(xié)議，在手持終端與云服務(wù)器、智能手機與云服務(wù)器之間，采用查詢方式即可訪問的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用 HTTP 協(xié)議，以減少對網(wǎng)絡(luò)資源的占用時間。此外，MQTT 協(xié)議還提供一對多的消息發(fā)布機制，解除應(yīng)用程序耦合，這將為后續(xù)實現(xiàn)多個無人駕駛插秧機同時規(guī)劃路徑奠定基礎(chǔ)。
云服務(wù)器維護統(tǒng)一的插秧機數(shù)據(jù)庫，存放針對路徑規(guī)劃所需的數(shù)據(jù)，如邊界關(guān)鍵點和路徑軌跡點，所有客戶端按照統(tǒng)一建立的路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)表與服務(wù)器交互數(shù)據(jù)， 云服務(wù)器提供不同客戶端訪問服務(wù)端的不同方法和服務(wù)。此外，云服務(wù)器運行路徑規(guī)劃服務(wù)端軟件，接收遠(yuǎn)程規(guī)劃終端的不同操作指令，調(diào)用不同的路徑規(guī)劃模塊，完成路徑規(guī)劃，并將規(guī)劃路徑發(fā)送到遠(yuǎn)程規(guī)劃終端顯示，同時將規(guī)劃路徑發(fā)送到無人駕駛控制器。
2遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃交互流程
遠(yuǎn)程規(guī)劃終端輸入田塊基本信息后，會有以下兩種情況：
[3] 王文華. 自動導(dǎo)航拖拉機作業(yè)路徑規(guī)劃方法研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.
此服務(wù)為無人駕駛控制器主動查詢云服務(wù)器是否有數(shù)據(jù)產(chǎn)生，返回的消息如果不為空，則可以在無人駕駛控制器解析后存儲，得到的數(shù)據(jù)格式，如路徑{1 直線，2 圓弧，3 直線，4 直線，5 圓弧}，數(shù)字表示特征路徑順序號。如第 1 段為直線，第 2 段為圓弧…，則 JSON 格式為{json1{}, json2{}, json3{}, json4{}…}，JSON 格式中的變量不分先后順序，通過唯一的變量名稱查找對應(yīng)的值即可。表 3和表 4 分別給出了表示直線段、曲線段時需要傳遞的數(shù)據(jù)格式。
整個路徑規(guī)劃過程主要包含作業(yè)地塊建模、路徑規(guī)劃前期參數(shù)部署和路徑規(guī)劃等 3 大模塊。
5結(jié)束語
云技術(shù)的成熟應(yīng)用以及移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速推廣，為農(nóng)業(yè)機械無人駕駛注入新的實現(xiàn)模式?；谏鲜霰尘?，本文提出一種基于云平臺進行插秧機路徑規(guī)劃的方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃，并通過云服務(wù)器將規(guī)劃路徑下載至插秧機車載端，同時具有可實時、動態(tài)更新路徑的功能，操作方便靈活，可以推廣到拖拉機等農(nóng)業(yè)機械。
{
關(guān)鍵詞：無人駕駛；路徑規(guī)劃；云平臺；移動物聯(lián)網(wǎng)
“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，科技是戰(zhàn)勝困難的有力武器。”習(xí)近平總書記的話語振奮人心、催人奮進。
為對遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃方案的運行性能進行驗證，搭建如下測試系統(tǒng)：
（5）路徑調(diào)整及確定。
編者按：
國機集團擁有30余家科研院所，作為中國機械工業(yè)的主要規(guī)劃者和中國機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主要制定者，多年來持續(xù)發(fā)揮行業(yè)服務(wù)作用，為中國制造業(yè)做強做大提供了技術(shù)和服務(wù)支撐。
（2）建立遠(yuǎn)程無線通信。
4.2測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互
0引言
當(dāng)車輛采集田塊完成時，無人駕駛控制器采用POST 方法，通過URL（例如：http://{ip:port}/transplanter/vehicles/data）向云服務(wù)器傳遞 JSON 格式的田塊信息數(shù)據(jù)。JSON 格式數(shù)據(jù)為{" Name ":" 田塊 001","num":5，Point1{}，Point2{}，… ，PointN{},"fLength ":14.00,"Fwidth ": 5.00}，其意義如表 1 和表 2 所示。
手持終端在路徑規(guī)劃時用作車載端的人機交互的接口，取代車載人機界面，完成找邊界、邊界關(guān)鍵點上傳及顯示規(guī)劃路徑等一系列動作。例如：收到“找邊界”指令后，現(xiàn)場作業(yè)人員會駕駛插秧機沿著田塊邊界行駛，在邊界頂點處，操作人員操作手持終端通知無人駕駛控制器該位置為關(guān)鍵點，手持終端同時也可以通過移動物聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)，方便作業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場情況通過手持終端實時調(diào)整路徑。
圖 1 基于云平臺的無人駕駛插秧機遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃系統(tǒng)組成
[5] 郭九霄. 基于GPS無人駕駛插秧機控制系統(tǒng)及路徑規(guī)劃研究[D]. 杭州：浙江理工大學(xué)，2018.
互聯(lián)網(wǎng)一般采用基于 TCP/IP 通信協(xié)議的 HTTP 應(yīng)用層協(xié)議來傳遞數(shù)據(jù)（HTML 文件、圖像、查詢結(jié)果等）， HTTP 客戶端通過 URL 向 HTTP 服務(wù)端發(fā)送請求，服務(wù)器接收到請求后，向客戶端發(fā)送響應(yīng)信息。HTTP 通信方式下，HTTP 的請求 / 應(yīng)答方式的會話都是客戶端發(fā)起的，缺乏服務(wù)器通知客戶端的機制，需要客戶端不斷地輪詢云服務(wù)器，實時性不高。而無人駕駛插秧機作業(yè)場景，路徑的規(guī)劃、下發(fā)、修改等需要實時交互信息，否則會影響作業(yè)調(diào)整及時性及作業(yè)效率。
表 1 田塊信息上傳數(shù)據(jù)表
智能手機通過移動物聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)后，相關(guān)人員可通過 APP 實時同步查看規(guī)劃的路徑。
無人駕駛插秧機遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃系統(tǒng)的工作流程如圖 2 所示，具體為：
1.1 系統(tǒng)組成
測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互采用兩個基本服務(wù)：POST 方法，向云服務(wù)器提交要被處理的數(shù)據(jù)；GET 方法，從云服務(wù)器請求數(shù)據(jù)。本文以車載端—無人駕駛控制器為例，介紹數(shù)據(jù)格式及部分交互過程的實現(xiàn)方法。
近日，國機重工天工院刊載于《工程機械》雜志的科技論文，在國機集團學(xué)習(xí)強國號的“科技引領(lǐng)”欄目發(fā)布了，彰顯國機集團的科技力量！
本文基于云技術(shù)和移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了基于云平臺的無人駕駛插秧機遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃系統(tǒng)，并采用基于互聯(lián)網(wǎng)的 TCP/IP 協(xié)議搭建了可快速驗證遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃方案的測試系統(tǒng)?；谠破脚_的無人駕駛插秧機路徑規(guī)劃系統(tǒng)，可在云平臺上進行遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃，相比傳統(tǒng)的基于車載端的規(guī)劃系統(tǒng)，靈活、方便，同時將車載端納入移動物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點為插秧機在 5G 時代實現(xiàn)云平臺控制的無人駕駛奠定基礎(chǔ)，該方法可以推廣到其他非道路移動機械的遠(yuǎn)程控制。
插秧機上電啟動，無人駕駛控制器初始化并加載定位數(shù)據(jù)和傳感器信息，手持終端與無人駕駛控制器通過WiFi 建立連接。操作手持終端 APP 將無人駕駛控制器向云平臺注冊，注冊成功后，即可建立遠(yuǎn)程無線通信。通信成功后，可在云平臺顯示、查看無人駕駛控制器上傳的狀態(tài)參數(shù)和位置參數(shù)等信息。
[1] 劉向鋒. 面向GPS導(dǎo)航拖拉機的最優(yōu)全局覆蓋路徑規(guī)劃研究[D]. 阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2010.
國機集團的5萬余名科技工作者們深入學(xué)習(xí)領(lǐng)會習(xí)近平總書記的殷切期望，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求，聚焦制造強國戰(zhàn)略，大力推進原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、引進消化吸收再創(chuàng)新，切實加強核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)攻關(guān)研究，形成了一批科技成果?！翱萍家I(lǐng)”欄目將凝聚著科研人員無數(shù)心血的專業(yè)論文展示于此，展現(xiàn)國機集團的強大科技能力和卓越創(chuàng)新成果。
（3）無人駕駛控制器采用 P300 模擬，Win10 操作系統(tǒng)，使用 VC++ 語言開發(fā)。
（3）路徑規(guī)劃。路徑規(guī)劃過程主要分為 7 個模塊，分別為內(nèi)縮多邊形頂點求解模塊、路徑起點求取模塊、路徑特征點求取模塊、路徑特征參數(shù)求取模塊、作業(yè)終點求取模塊、直線路徑軌跡構(gòu)建模塊及轉(zhuǎn)彎路徑軌跡構(gòu)建模塊，如圖 3 所示。路徑規(guī)劃過程中，根據(jù)前期部署的相關(guān)參數(shù)可以確定路徑起始點、路徑特征點、路徑特征參數(shù)以及路徑軌跡點，路徑軌跡點所需參數(shù)主要包括轉(zhuǎn)彎中心坐標(biāo)、圓弧的圓心坐標(biāo)、轉(zhuǎn)彎起點對應(yīng)的角度、轉(zhuǎn)彎終點對應(yīng)的角度、圓弧轉(zhuǎn)彎起點坐標(biāo)及圓弧轉(zhuǎn)彎終點坐標(biāo)。
隨著科技的進步，農(nóng)業(yè)機械中自動導(dǎo)航、無人駕駛技術(shù)的研究和應(yīng)用越來越多，尤其是在拖拉機和插秧機上的應(yīng)用比較多。無人駕駛技術(shù)中的路徑規(guī)劃是關(guān)鍵技術(shù)之一，參考文獻[1-3]針對路徑規(guī)劃策略做了詳細(xì)的分析和推算。但在實際使用中，路徑規(guī)劃往往是離線的、固定流程的，在作業(yè)前需要根據(jù)預(yù)定流程進行路徑規(guī)劃。由于路徑規(guī)劃功能是在車載終端中完成，而車載終端軟、硬件資源有限，不能靈活調(diào)整路徑，作業(yè)時，也不能對規(guī)劃好的路徑進行實時調(diào)整。
[4] 胡鴻彬. 基于Android平臺的水稻穴直播機自動導(dǎo)航管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2017.
圖 4 遠(yuǎn)程路徑規(guī)劃效果圖
（2）路徑規(guī)劃前期參數(shù)部署。該模塊是對路徑規(guī)劃過程中所需參數(shù)進行設(shè)定，主要包括設(shè)定農(nóng)機作業(yè)方式、地頭轉(zhuǎn)彎方式、最佳作業(yè)方向、作業(yè)區(qū)域及轉(zhuǎn)彎區(qū)域等。
1.2 通信協(xié)議
"code":"200",
吳衛(wèi)國，王曉冬，王成龍，徐思鴻
"data":null
（1）作業(yè)地塊建模。該模塊功能是獲取邊界信息并對其進行處理，平臺獲取田塊邊界關(guān)鍵點數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、近似點判斷等處理，得到田塊模型。