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一、毕业设计主要内容、研究意义及预期目标
1．研究意义
中国农作物种植面积和产量都居于世界前列，但同时也是农作物病虫害危害大国，国家“十四五”规划要求全力发展农业建设，建设智慧农业，防治农作物病虫害。
石榴是一种经济和药用价值都很高的优良果树。在中国医学百科全书（蒙医学）[1]中指出石榴有养胃，祛巴达干寒症，促进消化，促进食欲，止泻等功效；李国秀通过观测石榴皮多酚对实验鼠的作用[2]，确定了石榴皮中的石榴皮多酚能提高小鼠肝脏中过氧化氢酶的活性；杨笑笑通过体外实验分别考察了鞣花酸的还原力和对DPPH、OH、O2等三种自由基的清除能力[3]，结果表明鞣花酸具有强抗氧化活性，可作为天然抗氧化剂添加于化妆品中。
2020年我国石榴种植规模约175万亩（图1），年产量约100万吨（图2），种植面积和产量均为全球第一。但石榴因为温湿度、气候、降雨量、种植地势等原因，容易招致病虫害[4-7]：其中危害石榴的病害约20种[8-11]，如：果腐病、炭疽病、褐斑病等；危害石榴的虫害约50种[9-11][6, 7][6][何平, 2015 #52;曲健禄, 2019 #51]，如石榴茎窗蛾、石榴巾夜蛾等。石榴病虫害若不能及时发现并控制，将会在石榴产区大面积蔓延，造成亏产低质的严重后果。据云南省蒙自市不完整统计，2012年因水果实蝇造成的石榴损失就高达1.6亿元，因此石榴病虫害的识别、监测、预警是防灾减灾工作的关键之一。
图1 2020年全球石榴主产国种植面积
图2 2020年全球石榴主产国产量
目前石榴病虫害的识别、监测、预警以人工为主：主要靠人工记数或目测来获取这些特征信息。但是这种方法速度慢、实时性差、误差大、劳动强度大，并且部分病虫害如根腐病、结线虫病等具有隐蔽性，需要专业人员方能正确识别分类，严重降低了石榴病虫害的监测和防控效果；此外，年轻人并不青睐这种相对单调、辛苦的工作：农作物病虫害区域站的工作人员老龄化问题突出，40~50岁年龄段的工作人员居多，而40岁以下的人员较少[12]。诸多因素使得石榴病的预警、监测成本不断增加。因此迫切需要使用一种方法来代替人工识别。
2017年1月，在国家工信部发布的《物联网“十三五”规划》中指出：物联网将进入万物互联发展新阶段，社会管理方式和生产方式进一步走向向智能化、精细化、网络化方向转变。
而AGV作为柔性化程度和智能化程度相对较高的产品，越来越多地被应用于汽车制造、物流搬运、工厂巡检、医药等领域[13-16][8, 9]。从国内AGV销售量数据来看，目前国内AGV机器人增长速度较快， 2015年到2019年期间，虽然AGV销售增涨速度逐步下降，但是其增长速度依旧高达约20%，即使是2019年到2021年期间AGV销售受到疫情影响，AGV机器人也保持了近20%的增速。
图3 2015年到2021年国内出售量
截至2022年，已经有AGV应用到农业上的研究：吴应新、吴剑桥等针对丘陵山地等地形处的果园的特点，例如：地形复杂、面积范围广、壕沟多，建立了其地面模型，同时从混合动力设计出发，搭建了一种用于果园AGV的运动控制与能量管理的仿真平台[17]；谢永良基于滚动优化原理提出AGV绕行静态障碍物、减速或停车避让动态障碍物的导航算法[18]，模拟试验结果表明，该算法能够避免AGV与障碍物发生碰撞，验证了避障导航算法的有效性；李诀基于磁导方式，采用分段模糊PID控制原理[19]，实现轻型农用AGV的循迹导引与控制，并且改进了普通PID算法在循迹过程中响应超调量大、时间慢等问题。
图4 2011-2018年中国移动机器人(AGV)市场新增量及增长情况
2．研究的主要内容
AGV导航是实现AGV导引的关键技术，AGV导航技术的发展与否也直接影响到了AGV导引的可靠性。目前，AGV主要的导航方式有光学导航、磁导航、惯性导航、GPS导航、激光导航、视觉导航等多种导航技术[28]。
结合石榴果园病虫害巡检的实际需求，本选题提出一种基于磁导航和NFC读取定位的节点式的导航技术，并进行研究。
图5 导航地图示意图
3．本选题主要有以下三个研究内容：
（1）AGV的最佳路径算法设计。结合石榴果园的地图模拟情况，把地图作为无向图导入服务器中。然后对A*算法、Dijkstra最短路径算法、弗洛伊德算法进行验证，通过对比选取合适的算法。
（2）AGV引导程序设计。分析目前AGV磁导航算法的优劣，选择或改良一种算法，提高其控制精度。为保证能正确读取到NFC卡的信息，通过测试判断石榴巡检AGV的行驶速度。
（3）TCP/IP服务器设计。为保证服务器和AGV小车的通信效率，设计合理的信息格式。设计为多线程或多进程服务器，合理利用服务器算力资源。
4. 预期目标
（1）AGV小车能够获取服务器派发下来的任务。
（2）服务器能够计算出此次任务的最佳路径。
（3）AGV小车能够根据派发的任务执行相应的循迹任务。
（4）AGV小车通过读取nfc卡信息确定自己的位置。
（5）AGV小车能够实现避障功能，并在这之后重新获取绕过障碍到目标地址的最佳路径。
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五、参考文献
[1] 白清云主编；苏荣扎布，苏和毕力格，(口戈)拉僧副主编.中国医学百科全书蒙医学.上海:上海科学技术出版社.1992
[2] 李国秀.石榴多酚类物质的分离鉴定和抗氧化活性研究[D].陕西师范大学, 2008.
[3] 杨笑笑.石榴中活性物质的提取及应用研究[D].江南大学,2014
[4] 李敏.突尼斯软籽石榴冻旱的发生与预防[D].山东农业大学,2013
[5] 李瑞.石榴主要病虫害发生规律及其防治技术[J].农业灾害研究,2021, 11(08):174-5
[6] 赵作富,刘芝棠.石榴裂果的原因及防治措施[J].农业科技通讯,2010,(07): 236-7
[7] ROTIM,NINO,OSTOJIĆ,ea tl.Significant pests of the pomegranate tree on the territory of Herzegovina[J].Glasnik Zaštite Bilja,2017
[8] 杜明华.石榴常见病害症状与防治[J].乡村科技,2012,(04):21
[9] 何平,余爽,陈建雄等.四川石榴病虫害及绿色防控技术[J].中国植保导刊, 2015,35(09):20-3
[10] 曲健禄,范昆,付丽等.山东省石榴病虫害发生种类调查及防治现状[J].中国果树,2019,(02):105-7
[11] 周增强,侯珲,王丽等.郑州地区石榴主要病虫害种类与绿色防控技术[J].果农之友,2019,(10):32-4
[12] 陈桂华,张发成,葛翔等.农作物病虫害区域站建设的现状、问题和对策,F, 2012[C]
[13] 刘品言,张川,赵剑等.AGV小车在汽车涂装生产线上的应用[J].电镀与涂饰, 2022,41(20):1489-92
[14] 吕玉江,孟召军,杨伟等.AGV关键技术在航空制造车间的应用展望[J].航空科学技术,2021,32(07):1-11
[15] 邢艳,杨云鹏.基于智慧物流概念下的复合型AGV的设计与研究;proceedings of the 第十七届沈阳科学学术年会,中国辽宁沈阳,F,2020[C]
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[17] 吴应新,吴剑桥,杨雨航等.油电混合果园自动导航车控制器硬件在环仿真平台设计与应用[J].智慧农业(中英文),2020,2(04):149-64
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