NY-T 4989-2025《多农机协同作业数据交互技术要求》

1多农机协同作业数据交互技术要求本文件规定了多农机现场协同作业数据交互系统组成及功能、安全、性能、数据交互、工况数据、指令本文件适用于农场环境下的多农机协同作业系统,在多农机协同作业过程中数据交互系统的设计、研发、运行和维护中可参照执行.2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款.其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件.GB/T4269.1农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械操作者操纵机构和其他显示装置用符号第1部分:通用符号GB/T4269.2农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械操作者操纵机构和其他显示装置用符号第2部分:农用拖拉机和机械用符号GB/T9480农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械使用说明书编写规则GB10396农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械安全标志和危险图形GB/T18314全球定位系统(GPS)测量规范GB/T32907—2016信息安全技术SM4分组密码算法GB/T34960.5信息技术服务治理GB/T35381.7农林拖拉机和机械串行控制和通信数据网络第7部分:机具消息应用层GB/T37164自走式农业机械导航系统作业性能要求及评价方法GB/T39399北斗卫星导航系统测量型终端通用规范NY/T3892农机作业远程监测管理平台数据交换技术规范3术语和定义GB/T4269.1、GB/T4269.2、GB/T37164界定的以及下列术语和定义适用于本文件.3.1多农机协同作业collaborativeoperationofmultipleagriculturalmachinery在由2台及以上农机和管理控制中心组成的环境中,由管理控制中心操作员向多台农机发送指令,控制多台农机开展相同类型或不同类型的协同作业任务,包括但不限于无人收割机和无人运粮车的协同作业任务场景.3.2数据交互datainteraction管理控制平台与农机控制终端之间进行数据传输、存储、处理、请求与应答的行为.3.3数据交互系统datainteractionsystem在进行多农机协同作业的过程中,负责发送、接收、读取和处理多农机协同作业交互数据的系统(以下简称系统).3.42状态数据statusdata用以确定农机自身空间位置、姿态和运动状态的一系列参数的总称。3.5机间通信延时communicationdelaybetweenmachines进行无线通信时,在保证良好通信条件下,多台农机之间以及农机和管理控制中心的数据传输延迟时间。3.6机间通信距离communicationdistancebetweenmachines进行无线通信时,在保证良好通信条件下,多台农机之间以及农机和管理控制中心之间的最远通信距离。3.7作业通信时间communicationtimeofoperation进行无线通信时,在保证良好通信条件下,从开始通信到结束通信,多农机之间、农机和管理控制中心之间进行的最长不间断通信时间。3.8远程操作员remoteoperator不在驾驶座位上实时执行部分或全部作业任务和(或)自动作业任务接管的操作人员。4缩略语下列缩略语适用于本文件。HTTPS:超文本传输协议(HyperTextTransferProtocolSecure)JSON:JavaScript对象表示法(JavaScriptObjectNotation)MQTT:消息队列遥测传输协议(MessageQueuingTelemetryTransport)PTO:动力输出(PowerTakeOff)SSL:安全套接字层(SecureSocketLayer)TLS:传输层安全(TransportLayerSecurity)UTF:Unicode字符编码(UnicodeTransformationFormat)5系统组成及功能5.1系统组成系统应包括远程控制终端、机载控制终端系统应包括远程控制终端、机载控制终端、无线通信设备和数据处理设备,系统组成见表1。系统各表1多农机协同作业数据交互系统组成系统主要组成安装布局多农机协同作业数据交互系统远程控制终端管理控制中心机载控制终端农机无线通信设备管理控制中心、农机数据处理设备管理控制中心、农机5.2系统功能多农机协同作业数据交互系统应具有远程控制终端、机载控制终端、无线通信设备、数据处理设备、数据存储设备等部分。各个部分应具备如下功能。a)远程控制终端:安装在管理控制中心,由远程操作员操纵,负责向指定的1台或多台农机发送作3图1多农机协同作业数据交互系统结构和功能关系业指令,进行任务分配、指令下达,并接收农机回传的位置和作业状态信息,将信息存储到远程控制终端的数据库中,并进行可视化显示。管理控制中心远程控制终端应以数据或图形的方式,实时显示各台农机的状态数据、作业状态、作业路径、作业面积、行驶速度、作业质量等作业信息,并完成作业参数设置等操作。b)机载控制终端:安装在农机端,接收管理控制中心发送的作业指令,完成指令的识别和作业任务下达,并将自身作业信息回传至管理控制中心以进行监视和显示;同时,农机机载端应存储该农机的作业信息,包括农田信息、状态数据、作业路径、通信数据、真实作业路径和期望路径之间的偏差信息。c)无线通信设备:进行数据交互的硬件设备,完成农机和管理控制中心之间的远距离数据传输和交互。无线通信设备应保持稳定的数据通信,并满足系统规定的协同作业机间通信延时和协同作业机间通信距离等性能要求。d)数据处理设备:对无线通信设备接收到的信息及远程操作员的指令信息进行数据处理,变成可识别的指令信息或状态信息,同时对导航作业信息进行数据处理,包括数据解析、信息配准、参数设置、路径规划、图像处理、通信质量评估及农机自动导航决策控制。e)数据存储设备:对历史数据进行存储,应具备足够的容量和性能,以保证数据的完整性和可访问性;数据存储时间应符合业务需求,以便于在需要时进行查询。在该系统中,管理控制中心应具备一定的负载均衡能力,在农机数目较多的情况下能够自行分配计算资源和通信资源,保证各台农机的正常通信交互。同时,系统的管理控制中心应具备可动力、能动率等指标内容采集与计算能力,并保证系统可从农机各模块(如电子控制单元、北斗定位模块等)调取数据。5.3组网要求多农机协同作业过程中,各台无人农机之间和指挥控制中心之间需进行组网,以完成数据收发、指令下达、状态回传等任务。各台农机和指挥控制中心之间的组网要求如下:a)通信协议:由于农田场景无法保证Wi—Fi信号覆盖,而蓝牙等常用通信模块的通信距离较短,采用无线数据传输模块进行通信,通信协议需要根据选择的无线数据传输模块的类型确定;b)网络拓扑:各台农机需要与指挥控制中心进行数据交互,组网方式按照中心式结构组网,指挥控制中心作为网络中心,与各台农机之间进行数据交互;c)频率选择:组网的频率波段由所选用的无线数据传输模块的通信频率波段确定;d)设备兼容性:确保所有无人农机设备都支持所选的无线数据传输模块,并能够相互通信;e)电源管理:考虑到农机通常在偏远地区工作,应选择低功耗的无线数据传输模块,并确保设备有4可靠的电源供应;f)可靠性和鲁棒性:确保网络中的各个节点能够在恶劣的工作条件下稳定运行,包括高湿度、灰尘和振动;g)可扩展性:随着农机数量的增加,网络应能够扩展;h)成本效益:在满足所有技术要求的同时,考虑成本效益,选择性价比高的解决方案。6.1多农机协同作业数据交互系统的安全标志应符合GB10396的规定。6.2多农机协同作业数据交互系统的使用说明书应符合GB/T9480的规定,并应符合以下内容:a)农机进行自动作业任务时,配置远程操作员;b)农机在公共道路上行驶时,禁止使用协同作业系统;c)在发动机起动时,多机协同作业数据交互系统处于关闭状态。6.3多农机协同作业数据交互系统应向远程操作员提供改变系统状态的手段,如遥控装置控制、远程控制终端远程控制、手动切换模式等。6.4当多农机协同作业数据交互系统间通信中断时,多机协同作业数据交互系统应在确保安全的情况下,退出多农机协同模式。6.5当遇到静态或动态障碍物时,多农机协同作业数据交互系统应及时作出碰撞预警并将碰撞信息返回至管理控制中心。6.6多农机协同作业数据交互过程符合数据安全和隐私要求如下:a)多农机协同作业数据交互过程必须符合«中华人民共和国网络安全法»«中华人民共和国数据安全法»«工业和信息化领域数据安全管理办法(试行)»;b)数据传输应使用SM4算法进行加密,以防止数据泄露和篡改,算法实现应符合GB/T32907—c)用户个人隐私数据的收集和使用应符合相关法律法规的要求;d)多农机协同作业过程中应保证公有数据安全和私有数据安全,保证接入平台数据的隐私性与安全性。7性能要求系统在室外的初始化时间不应超过市面上主流协同通信设备初始化时间。7.2协同作业机间通信延时多农机协同作业过程中,系统无线通信的延时不应大于协同控制算法要求的最大延时时间。7.3协同作业机间通信距离多农机协同作业过程中,在大田等平整开阔作业环境、丘陵山区农场或存在遮挡的作业环境中的无线通信距离不应小于农机之间在作业环境中的最大距离。7.4作业通信时间多农机协同作业过程中,系统无线通信应具有连续工作能力。在协同作业过程中,依据协同控制算法对通信的要求,任何通信中断大于1s视为通信中断。8数据交互要求多农机协同作业过程中交互的数据格式符合下列要求:a)应具有良好的可读性和可解析性;b)宜使用JSON等行业标准的数据格式。5本文件中涉及的数据类型参数及其描述见表2。表2参数的数据类型及其描述数据类型描述string以UTF_8编码的字符串,若无数据则置空uint8无符号单字节整型(字节,8位)uint16无符号双字节整型(字节,16位)uint32无符号四字节整型(字节,32位)bool1位2进制数字表述真假。1为真(True),0为假(False)float有符号四字节浮点型(字节,32位)double有符号八字节浮点型(字节,64位)nbitn位2进制数字8.2数据交互协议多农机协同作业数据交互过程中的交互协议符合下列要求:a)使用HTTPS或MQTT等行业标准的协议进行数据交互;b)使用的交互协议应支持安全的数据传输,可使用TLS/SSL进行加密和身份验证。8.3数据交互接口多农机协同作业数据交互过程中的交互接口符合下列要求:a)应提供统一的数据交互接口;b)应具备良好的可扩展性和兼容性。8.4数据交互功能多农机协同作业数据交互过程应具有以下功能:a)以传感器数据、作业状态、定位数据等信息为主的实时数据交互;b)以启动/停止作业、调整参数等信息为主的命令和控制数据的交互;c)以数据分析和决策支持为主的历史数据的查询和存储的交互。8.5错误处理和容错机制多农机协同作业数据交互过程中的错误处理和容错机制应符合下列要求:a)如果出现网络故障、通信设备故障、通信信道受到干扰等情况,导致无法收到交互数据到的数据格式与规定的数据格式不符,系统具备良好的错误处理和容错机制,以应对异常情况;b)交互过程中的错误信息能够准确地传递给相关的农机设备和操作人员。8.6数据质量和一致性多农机协同作业数据交互过程中的数据质量和一致性应符合下列要求:a)保证数据的质量和一致性,如数据准确性、完整性和时效性等;b)进行数据验证和校验,以确保数据的正确性和可靠性;c)基于数据质量管理模块进行反向错误判断,实现从数据层面协助进行业务故障的发现。8.7标准化和互操作性多农机协同作业数据交互过程中应具备标准化结构和互操作性:a)数据标准符合GB/T34960.5中规定的数据治理标准;b)数据交互过程应符合NY/T3892中规定的数据交互技术规范,以确保不同农机设备之间的互操作性;d)数据交互过程遵循标准化的命名规范和数据编码规则,以确保数据的一致性和可理解性。9工况数据要求农机向管理控制中心发送的工况数据关键参数及其采集要求见表3。6表3农机工况数据关键参数及其采集要求关键采集参数参数说明单位采集频率数据类型故障提示工作及故障提示;0表示正常工作,1表示有故障/不小于1Hzbool故障代码提示故障信息的代码;故障代码按照GB/T35381.7的规定执行/不小于1Hzstring剩余油量当前剩余燃油量百分比;取值范围0~100%不小于0.1Hzuint8油门百分比农机工作时油门给油量占最大给油量百分比;取值范围0~100%不小于0.5Hzuint8发动机转速每分钟发动机旋转圈数r/min不小于0.5Hzuint16当前挡位农机当前所处的挡位值/不小于0.5Hz4bit驻车制动状态农机手刹所处状态;0表示松开驻车制动(此时未制动),1表示拉起驻车制动/不小于0.1Hzbool离合状态离合器的分离接合状态;0表示分离(完全踩下离合器),1表示接合(不踩离合器)/不小于0.1Hzbool作业类型农机正在进行的作业类型/不小于1Hzstring作业状态农机所处作业状态;0表示未工作,1表示正常行驶,2表示进行正常作业,3表示就绪,4表示出现错误/不小于0.1Hz2bit俯仰角农机所处俯仰角度;取值范围0°~180°,以垂直向下方向为0°deg不小于1Hzuint8横滚角农机所处横滚角度;取值范围0°~180°,以农机底盘完全平行于地面时的横滚角为0°deg不小于1Hzuint8垂直牵引角度拖拉机等动力输出农机与后方拖拽农具所成角度。取值范围0°~deg不小于0.2Hzuint8PTO状态PTO开关信号状态,0表示不工作,1表示正常工作,2表示出现错误,3表示无传感器/不小于0.5Hz2bit输出牵引力动力农机输出的牵引力大小kN不小于1Hzfloat动力输出轴转速每分钟动力输出轴的旋转圈速rpm不小于0.2Hzuint1610指令数据要求农管理控制中心向农机发送的指令数据关键参数及其采集要求见表4。表4指令数据关键参数及其采集要求关键采集参数参数说明单位发送频率数据类型农机识别码农机有唯一识别码,以唯一识别作业农机//string待作业地块信息业范围等信息//geojson待作业行信息为当前农机分配的待作业