论文题目：农业机械调配路径优化与应用研究 ——以黑龙江垦区为例
摘要：随着农业机械化的发展,我国农业机械保有量迅速增长,但不同省份及不同区域间机械化发展水平仍不平衡,季节性农业机械作业需求与供给仍不平衡。为了解决农业机械化地区间发展水平的不平衡及作业季节农业机械供求的矛盾,实现跨区作业中农业机械的合理调配,提高农业机械的利用率,促进农机户收入的增加,降低农业机械的调度成本,构建一种既科学、高效又低成本的农业机械调度方案,为农机管理部门和农机户决策提供参考依据,对农业机械化发展及农业生产的现代化具有重要意义。为此,本研究选取黑龙江垦区为研究对象,系统分析归纳垦区农业机械调配模式,构建相关数据模型和求解方法,并基于智能优化理论与方法求解不同农业机械调配模式下的作业关系分配模型和路径优化模型,有效解决农业机械跨区作业中的农业机械合理高效调配问题。（1）针对农业机械科学调配的需求,通过调研总结归纳出黑龙江垦区的三种农业机械调配模式。一是为抢抓跨区市场,实现收入最大,实行农业机械在农场内地块和农场外地块统一调配的“场内外统一调配模式”;二是为保障农场内部作业在规定时间内完成,实行预留足够农业机械在本场作业,其余农业机械调配到场外进行跨区作业的“场内优先调配模式”;三是为解决紧急任务下合理地安排农业机械作业分配及路线优化,使得总作业路径最短并且在最短时间内完成农业机械作业任务的“基于紧急任务调配模式”。（2）针对场内外统一调配模式、场内优先调配模式和紧急任务调配模式的特点,将农业机械调配问题抽象为农业机械作业关系分配模型和调配路径优化模型,并基于改进遗传算法构建了相应的求解方法。提出了一种混合编码多子代遗传算法,采用基于序的组合适应度函数的轮盘赌选择方法,结合Lévy变异算子和二进制编码位点变异策略实现了农业机械作业关系模型有效求解;构建了一种顺序编码遗传算法,通过融合顺序交叉和两交换启发式交叉构建组合了交叉算子,设计了一个从大到小自适应化的常数C,并随机产生一个[0,1]之间均匀分布的随机数r,当r≤C时,选择顺序交叉算子;否则,选择两交换启发式交叉算子。在遗传算法迭代初期,组合交叉算子能够以较大的概率选择顺序交叉算子;在迭代后期,组合交叉算子能够以较大的概率选择两交换启发式交叉算子。（3）为了验证所提出的混合编码多子代遗传算法和顺序编码遗传算法在农业机械路径优化问题应用上的有效性,对尖山农场2020年大豆收获作业中所使用的农业机械,对不同调配模式下的农业机械调配问题进行求解,给出了最优的农业机械调配方案和农业机械作业路径。在此基础上,将不同调配方案大豆收获作业所获得的总收入与2020年尖山农场的实际收入进行了对比分析。结果表明,优化给出的调配方案大豆收获作业所获得的收入明显高于实际收入,从而验证了所给出的农机调配问题求解方法的有效性。（4）为了使研究成果能够在现实农机调配中得到有效推广应用,设计实现了农机调配管理系统,有效整合了用户基础信息管理、田块基础信息管理、农机基础信息管理、农机管理规划调配和信息综合查询报表输出管理系列功能。该管理信息系统的开发与应用构建了农户、农田和农机基础信息统一管理平台,实现了基于改进遗传算法的农机调配作业关系和路径优化问题快速实时求解,给出最优的调配方案,为农机管理部门和农机户选择农业机械调配方案提供决策支持。
关键词：农机调配;遗传算法;路径优化;跨区作业;调配系统
学科专业：农业机械化工程
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景
1.2 研究目的与意义
1.2.1 研究目的
1.2.2 研究意义
1.3 国内外研究动态
1.3.1 国外研究动态
1.3.2 国内研究动态
1.3.3 文献评述
1.4 主要研究内容
1.5 研究方法与技术路线
1.5.1 研究方法
1.5.2 技术路线
2 理论基础
2.1 优化与组合优化
2.1.1 优化问题
2.1.2 组合优化问题
2.2 约束优化问题及处理方法
2.2.1 约束优化问题
2.2.2 约束优化问题处理方法
2.3 优化算法分类
2.3.1 传统优化算法
2.3.2 智能优化算法
2.3.3 遗传算法
2.4 本章小结
3 黑龙江垦区农业机械调配模式及问题
3.1 黑龙江垦区农业机械情况
3.1.1 农业机械动力情况
3.1.2 农业机械优惠政策
3.1.3 农业机械代耕作业方式
3.1.4 农业机械管理方式
3.2 黑龙江垦区农业机械调配模式
3.2.1 场内外统一调配模式
3.2.2 场内优先调配模式
3.2.3 紧急任务调配模式
3.3 黑龙江垦区农业机械调配问题
3.3.1 农业机械闲置利用率低
3.3.2 农业机械作业收入增收难
3.3.3 农业机械调配不够合理
3.3.4 紧急调配科学依据不充分
3.4 本章小结
4 农业机械调配路径模型及其求解方法
4.1 农业机械调配模型构建
4.1.1 农业机械作业关系分配模型
4.1.2 农业机械调配路径优化模型
4.2 基于混合编码多子代遗传算法求解农业机械作业关系分配模型
4.2.1 染色体编码与解码
4.2.2 种群初始化
4.2.3 基于序的组合适应度函数的轮盘赌选择算子
4.2.4 交叉算子
4.2.5 变异算子
4.2.6 进化策略
4.3 基于顺序编码遗传算法求解农业机械调配路径优化模型
4.3.1 种群的初始化
4.3.2 组合交叉算子
4.3.3 唯一操作
4.3.4 进化策略
4.4 本章小结
5 农业机械调配路径优化求解
5.1 调研地情况及数据来源
5.1.1 地块情况
5.1.2 农业机械情况
5.1.3 农业机械单位面积作业成本情况
5.1.4 农业机械跨区作业情况
5.2 数据处理
5.3 场内外统一调配模式下的农业机械调配问题
5.3.1 混合编码多子代遗传算法求解农业机械作业任务分配问题
5.3.2 基于顺序编码的遗传算法求解农业机械路径优化问题
5.4 场内优先调配模式下的农业机械调配问题
5.4.1 混合编码多子代遗传算法求解农业机械作业任务分配问题
5.4.2 基于顺序编码的遗传算法求解农业机械路径优化问题
5.4.3 两种调配模式所获收入与实际收入对比分析
5.5 紧急任务调配模式下的农业机械调配问题
5.5.1 紧急任务调配条件假设
5.5.2 紧急任务调配模型构建
5.5.3 紧急任务调配模式算法设计
5.5.4 紧急任务调配模式算法仿真
5.6 本章小结
6 农业机械调配路径优化模型的应用
6.1 农业机械调配管理系统功能
6.1.1 实现大数据量输入
6.1.2 实现与第三方平台的互通
6.1.3 实现多地区应用
6.2 农业机械调配管理系统总体结构
6.2.1 农业机械调配管理系统需求分析
6.2.2 系统组成与系统功能
6.2.3 系统功能模块划分
6.2.4 系统开发工具
6.3 农业机械调配业务流程
6.3.1 设计系统流程
6.3.2 系统算法设计
6.4 农机调配系统功能实现
6.4.1 数据获取与准备工作
6.4.2 数据的分析及运算
6.4.3 运算结果的运用
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新之处
7.3 研究展望
参考文献
致谢