1.一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法,其特征在于,首先共享农机调度决策系统实时获取农机用户需求,并将农机用户需求存储至孪生数据库中,而后基于数字孪生数据,对获取的农机用户需求信息进行可行性分析后生成农机用户需求配置方案,由农机用户选择确定需求配置方案后,共享农机调度决策系统在虚拟世界中数字化定义农机用户最满意的需求配置方案中的物理实体,以构建数字孪生体,共享农机调度决策系统同时进行路径规划,生成农机调度方案,且在执行农机调度方案前利用数字孪生技术对农机调度方案进行评估直至满足预定义要求后,共享农机调度决策系统向物理世界发送评估后的农机调度方案,指导物理世界中的实体运行,并将实时运行数据反馈至共享农机调度决策系统与虚拟世界,以对调度过程进行实时监控与优化。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法,其特征在于,具体步骤如下:步骤1)共享农机调度决策系统实时通过智能终端获取农机用户需求,并将农机用户需求存储至孪生数据库中;
步骤2)基于数字孪生数据,共享农机调度决策系统利用数据处理技术进行农机需求可行性分析;
步骤3)根据农机用户需求、农田环境及农机、农机手实时状态信息生成农机用户需求配置方案以供用户选择;
步骤4)在虚拟世界中,数字化定义步骤3)中农机用户最满意的需求配置方案中的物理实体,以构建高保真的数字孪生体;
步骤5)在共享农机调度决策系统中,依据作业地点、农机及农机手实时位置进行路径规划,进而生成农机调度方案;
步骤6)利用数字孪生技术,在步骤5)生成的农机调度方案执行前对其进行多维评估,以保证农机调度方案中的性能指标满足预定义要求;
步骤7)待步骤6)评估结束后,向物理世界发送农机调度方案,指导物理世界中的实体运行,并将实时运行数据反馈至共享农机调度决策系统与虚拟世界,以对调度过程进行实时监控与优化。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法,其特征在于,步骤1)中,所述获取农机用户需求,包括以下步骤:农机用户通过智能终端在共享农机调度决策系统里填写需求登记表,包括农机用户基本信息、农机工作环境、具体农事活动及其他额外需求四个大类,用户基本信息包括用户姓名、家庭住址及联系方式;农机工作环境包括农田位置、周边路况、几何特征、土壤情况、历史天气状况及农作物生长情况;具体农事活动包括播种、灌溉、施肥、灭虫、除草及收割;其他额外需求包括农事活动时间、是否需要农机手及能接受的价格区间,农机用户确认无误后提交需求登记表。
4.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法,其特征在于,步骤2)中,所述需求可行性分析,包括以下步骤:在孪生数据库中调取农机用户需求登记表,进行需求可行性分析,并基于需求登记表中的农事活动内容、农田地理位置及农机作业时间段开展需求匹配;
步骤2‑1)基于GIS农田环境历史数据,分析农田的情况和农田实时环境数据,判断农机用户需求里的农事活动能否顺利进行,若不能,实时通过智能终端反馈至农机用户,做相应的调整,若能,则进入下一步;
步骤2‑2)依据农机用户判断是否需要农机手,若需要,则在孪生数据库中检索符合要求的农机手信息和符合农事活动的农机类型,若不需要,则直接进行农机类型的匹配;农机手与农机均未匹配成功或两者其一未匹配上,通过智能终端实时反馈至农机用户,农机用户进行需求更改后,重新提交需求登记表进入共享农机调度决策系统中匹配,若匹配成功,则进入下一步;
步骤2‑3)根据农机用户提供的农田地理位置、地图及农机用户拍摄的农田现场照片,判断农机是否能到达作业点,若不能,将具体问题通过智能终端实时反馈至农机用户,做相应的调整,若达成共识,则需求可行,生成农机用户需求清单。
5.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法,其特征在于,步骤3)中,所述农机用户需求配置方案生成,包括以下步骤:步骤3‑1)对农机设备、农机手进行分析、评估和预测,并依据实时农田环境和具体农事活动,自动匹配得到关键调度要素;
步骤3‑2)计算每套农机需求配置方案的预估价格;
步骤3‑3)根据具体农事活动、农田环境信息、农机设备和农机手的工作效率,得到预计完成农事活动所需时间;
步骤3‑4)将满足农机用户需求的所有需求配置方案通过智能终端反馈至农机用户,同时提供增值服务,供其选择;
若农机用户没有选中的需求配置方案,则根据农机用户的新需求进行需求配置方案整改优化,生成新的需求配置方案推荐给农机用户;若农机用户有选中的需求配置方案,则农机用户支付定金并进行订单确认,进入下一步流程。
6.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法,其特征在于,步骤4)中,所述数字孪生体构建,包括以下步骤:在虚拟世界中,首先利用CAD三维建模软件,基于几何参数对物理实体进行几何建模,并反映物理实体的几何特征,以得到可视化的几何模型,再将物理实体的属性信息输入至几何模型中;同时根据物理属性,建立相应的物理模型,而后在CAE仿真软件中进行模拟仿真;基于几何模型和物理模型,建立响应外界驱动和干扰的行为模型,因物理实体均具备各自的行为特征及相应的行为能力,通过建立行为模型以在虚拟空间中模拟物理实体的行为;在几何、物理和行为多个层面模型上,对所有物理实体在物理世界里反映的运行规律及规则进行刻画,构建规则模型,并将其一一映射至相应的虚拟模型上,使虚拟模型具备评估、优化、预测功能;
最后,依据各个物理实体之间的关联关系,实现对不同虚拟模型的有机融合,得到与物理世界中的物理实体完全对应一致的数字孪生体,以实时模拟物理实体在现实环境中的行为和性能。
7.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法,其特征在于,步骤5)中,所述农机调度方案生成,包括以下步骤:步骤5‑1)对共享农机调度问题进行描述;
步骤5‑2)建立以整体调度成本最低为优化目标的调度模型;
步骤5‑3)基于作业地点、农机及农机手实时位置及在满足各约束条件的前提下,使用数学算法求解调度模型,从而得到最佳的路径规划;
步骤5‑4)结合农机用户需求配置方案,最终生成农机调度方案。
8.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法,其特征在于,步骤7)中,所述调度过程中进行实时监控与优化,包括以下步骤:步骤7‑1)将调度过程中监控数据和农机、农机手作业实时运行数据及定位信息反馈至共享农机调度决策系统;
步骤7‑2)数字孪生体在虚拟仿真后得到的调度仿真数据反馈至共享农机调度决策系统;
步骤7‑3)共享农机调度决策系统将物理数据和虚拟数据进行数据分析融合处理;
步骤7‑4)虚拟世界根据物理世界的实时数据对自身进行调整,并对调度过程进行评估、优化及预测,反复迭代优化;
步骤7‑5)共享农机调度决策系统将实时调度决策传递至物理世界和虚拟世界。