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農業(yè)機械無人駕駛協(xié)同系統(tǒng)接口設計與數(shù)據(jù)交換規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了“數(shù)-云-端”協(xié)同模式下農業(yè)機械無人駕駛系統(tǒng)各模塊或子系統(tǒng)之間、外接傳感器及設

備的傳輸協(xié)議、硬件接口、數(shù)據(jù)傳輸與交換規(guī)范，為多模塊協(xié)同無人駕駛系統(tǒng)的接口設計和數(shù)據(jù)交換提供

一種標準化設計方案。

本文件適用于農業(yè)機械無人駕駛協(xié)同系統(tǒng)接口設計與交換技術規(guī)范的設計、研制、生產和應用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期的對應版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文

件。

GB/T39267-2020北斗衛(wèi)星導航術語

GB/T6107-2000使用串行二進制數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)終端設備和數(shù)據(jù)電路終接設備之間的接口

GB/T11014-1989平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性

GB15629.1101-2006信息技術系統(tǒng)間遠程通信和信息交換局域網(wǎng)和城域網(wǎng)特定要求第11部分：

無線局域網(wǎng)媒體訪問控制和物理層規(guī)范：5.8GHz頻段高速物理層擴展規(guī)范

GB/T40429-2021汽車駕駛自動化分級

ISO11898-1:2015道路車輛-控制器局域網(wǎng)（CAN）-第1部分:數(shù)據(jù)鏈路層和物理信令

NY/T4062-2021農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)硬件接口要求

NY/T4374-2023農業(yè)機械遠程服務與管理平臺技術要求

3術語和定義、縮略語

3.1術語和定義

GB/T39267界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1.1

串行異步通信SerialAsynchronousCommunication

指通信雙方以一個字符（包括特定附加位）作為數(shù)據(jù)傳輸單位且發(fā)送方傳送字符的間隔時間不一定，

具有不規(guī)則數(shù)據(jù)段傳送特性的串行數(shù)據(jù)傳輸。

3.1.2

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點云數(shù)據(jù)PointCloudData

激光雷達掃描采集到的三維坐標系統(tǒng)中點數(shù)據(jù)包的集合，每一個點數(shù)據(jù)包為一組向量，包含三維坐標

和反射強度信息。

3.1.3

消息標識MessageIdentification

消息通訊中的標識符，用作檢驗通信雙方是否是對應的一方。

3.1.4

云平臺CloudPlatform

云平臺是一種基于云計算技術構建的軟件和服務平臺，它提供了一種可靠、靈活、可擴展的方式來構

建、部署和管理應用程序和服務。

3.1.5

位姿數(shù)據(jù)PoseData

指物體和機器人的姿態(tài)或姿勢在三維空間中的位置和方向數(shù)據(jù)。

3.1.6

13位數(shù)時間戳13DigitTimeStamp

1970年1月1日零時開始所經過的毫秒數(shù)。

3.2縮略語

下列縮略語適用于本文件。

RTK：實時動態(tài)測量（Realtimekinematic）

USB：通用串行總線（UniversalSerialBus）

IMU：慣性傳感器（InertialMeasurementUnit）

HDMI：高清多媒體接口（HighDefinitionMultimediaInterface）

TCP：傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol）

CAN：控制器局域網(wǎng)總線（ControllerAreaNetwork）

JSON：JS對象簡譜（JavaScriptObjectNotation）

MJPG：是一種視頻編碼格式（MotionJointPhotographicExpertsGroup）

4系統(tǒng)接口框架

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本標準提出的農業(yè)機械無人駕駛協(xié)同系統(tǒng)由“數(shù)據(jù)、模型、算法”（下稱“數(shù)”）、“云鏈接、云交

互、云服務”（下稱“云”）、“硬件終端、軟件終端”（下稱“端”）構成，其中端包括智能硬件終端

（如監(jiān)測傳感器、農機作業(yè)終端等）和應用軟件終端。整個系統(tǒng)的接口框架如圖1所示。

圖1系統(tǒng)接口框架

4.1軟件通訊接口介紹

軟件通訊接口指“數(shù)-云-端”三者之間進行數(shù)據(jù)交互，完成功能定義的軟件通訊接口：云平臺通過功

能下發(fā)接口，向農機智能駕駛終端下發(fā)功能指令，包括設置和查看農機配置，進行作業(yè)任務下發(fā)，控制農

機運行和固件升級。農機智能駕駛終端可通過農機狀態(tài)上報接口，向云平臺上報農機位置信息和狀態(tài)信息，

并進行故障提示。農業(yè)機械無人駕駛協(xié)同系統(tǒng)屬于GB/T40429-2021中的2級自動化標準，通過通訊接口

持續(xù)地執(zhí)行保持對農機的控制并可以及時退出自動化操作。

4.2硬件接口介紹

硬件接口包含了農機智能駕駛終端接入的傳感器進行數(shù)據(jù)交換的物理接口和“數(shù)-云-端”三者之間的

進行數(shù)據(jù)交換的物理接口。

云-數(shù)-端三者之間的物理接口如圖1所示，云和數(shù)之間采用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，云和端采用Wi-Fi、

LoRa、4G及5G等有線或者無線通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換。

農機智能駕駛終端接口設計如圖2所示，包含了USB接口，視頻接口，網(wǎng)絡端口，CAN總線和支持RS-232

和RS-485標準的串行通訊接口。

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硬件接口

USB接口

視頻接口

農機智能駕駛終端

網(wǎng)絡端口

CAN總線

串行通訊接口

圖2硬件接口設計圖

5軟件通訊接口要求

5.1數(shù)據(jù)傳輸方式

通訊接口采用TCP/IP網(wǎng)絡通信協(xié)議進行傳輸。其交互的消息報文由五個單元數(shù)據(jù)（消息報頭，消息

時間，消息類型，消息標識，消息數(shù)據(jù)體）組成，具體的結構如圖3所示。消息符合NY/T4374-2023中

第4章的一般性規(guī)范，保證農機作業(yè)遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)安全。

消息報頭消息時間消息類型消息標識消息數(shù)據(jù)體

圖3消息報文結構圖

消息報頭：每個消息都會帶有具體的消息報頭與接受的設備端進行匹配，確保消息收發(fā)正確。消息報

頭是長度為17個字節(jié)的字符串，生成方式為終端設備編碼-出廠年份和硬件版本-出場月份和出廠批

次-出廠順序號。

示例：PYC-22A-0601-0001

消息時間：消息發(fā)送的真實時間，可用作時間校準。采用13位數(shù)時間戳。

示例：1704872471456

消息類型：按照消息內容規(guī)定了以下幾種消息類型，占用1個字節(jié)，具體如表1所示。

表1消息類型表

消息類型名稱說明

0x1A登陸

0x2A心跳包

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0x3A獲取設備狀態(tài)

0x4A設置設備狀態(tài)

0x5A獲取設備日志

0x6A設備狀態(tài)上報

0xA1獲取配置

0xA2設置配置

0xA3緊急制停

0xA4取消緊急制停

0xA5升級設備程序

0xA6復位/恢復出廠設置

0xA7設備事件消息(具體事件依設備而定)

0xA8調用設備功能(具體功能依設備而定)

消息標識：用作檢驗數(shù)據(jù)收發(fā)的標識符，保證消息通信的唯一性，是長度為10個字節(jié)的自定義字符

串數(shù)據(jù)。

示例：20240110AA

消息數(shù)據(jù)體：消息數(shù)據(jù)體是云平臺功能下發(fā)接口、作業(yè)狀態(tài)及農機狀態(tài)上報接口、地圖數(shù)據(jù)接口和傳

感器數(shù)據(jù)接口所傳輸?shù)木唧w數(shù)據(jù)信息，包括功能指令參數(shù)，狀態(tài)信息，地圖數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)具體

的消息內容占用字節(jié)。

5.2數(shù)據(jù)類型

消息數(shù)據(jù)體中所使用的數(shù)據(jù)類型符合64位操作系統(tǒng)要求，所占字節(jié)數(shù)見下表2。

表2數(shù)據(jù)類型表

名稱描述

字節(jié)（byte）有符號單字節(jié)整型（1個字節(jié)，8位）

整數(shù)(int)有符號多字節(jié)整型（4個字節(jié)，32位）

短整數(shù)（short）有符號多字節(jié)整型（2個字節(jié)，16位）

長整數(shù)(long)有符號多字節(jié)整型（8個字節(jié)，64位）

浮點型(float)有符號4字節(jié)浮點型

浮點型(double)有符號8字節(jié)浮點型

字符串(string)字符串數(shù)據(jù)類型，可包含單一字元或字符串的變數(shù)型態(tài)

數(shù)組(array)JSON數(shù)組結構

5.3業(yè)務接口消息格式要求

5.3.1云平臺功能下發(fā)接口

a)配置農機智能駕駛終端的工作參數(shù)和傳感器的工作參數(shù)，消息類型為“0xA2”，消息數(shù)據(jù)體如表

3。

表3系統(tǒng)配置參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

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農機軸距float農機底盤軸承之間的距離

農機輪距float農機兩輪之間的距離

RTK偏移角度floatRTK天線方向與車體的正前方向的距離

b)啟動，暫停和取消自動作業(yè)任務時，消息類型為“0xA8”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表4。

表4作業(yè)任務下發(fā)參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

任務號string當前任務對應的任務編號

任務路徑array(double)執(zhí)行任務的路徑信息

任務執(zhí)行速度float農機自動作業(yè)的行駛速度

c)接受控制命令操作農機，包括傳感器控制，車速控制，車輪轉向控制，消息類型為“0xA8”，消

息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表5。

表5農機控制參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

速度float車的行駛速度

方向float車的行駛方向

傳感器狀態(tài)byte控制傳感器的運動狀態(tài)

d)固件升級，消息類型為“0xA5”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表6。

表6固件升級參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

版本號string新固件的版本號

下載地址string固件下載地址

大小float固件大小

文件名string固件的文件名

驗證碼string固件包的驗證碼

e)獲取農機配置，消息類型為“0xA1”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表7。

表7農機終端配置參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

配置名string獲取對應配置的配置名

f)農機緊急制停，消息類型為“0xA3”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表8。

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表8農機緊急制停參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

任務名string緊急制停對應的作業(yè)任務號

g)農機取消緊急制停，消息類型為“0xA4”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表9。

表9農機取消緊急制停參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

任務名string緊急制停對應的作業(yè)任務號

h)農機恢復出廠設置，消息類型為“0xA6”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表10。

表10恢復出廠參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

版本號string恢復出廠對應的版本號

i)云平臺主動獲取傳感器或外接硬件的狀態(tài)信息，消息類型為“0x3A”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表11。

表11獲取設備狀態(tài)參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

狀態(tài)名string獲取對應狀態(tài)的狀態(tài)名

j)云平臺設置傳感器或外接硬件的狀態(tài)信息，消息類型為“0x4A”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表12。

表12設置設備狀態(tài)參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

狀態(tài)名string需要修改的狀態(tài)名

狀態(tài)值short修改對應的狀態(tài)值

5.3.2農機狀態(tài)上報接口

獲取農機智能駕駛終端運行狀態(tài)參數(shù)和定位信息，定位信息采用WGS-84大地坐標系，消息類型

為“0x6A”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表13。

表13系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

經度double農機的定位信息，基于RTK傳感器獲取

的衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)

緯度double農機的定位信息，基于RTK傳感器獲取

的衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)

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車速float農機的行駛速度

RTK狀態(tài)byteRTK定位狀態(tài)

電量float農機的電池電量

任務狀態(tài)byte是否進行自動作業(yè)任務

方向float農機行駛是的方位角

海拔float農機的海拔高度

版本號string系統(tǒng)版本信息

a)當農機發(fā)生故障的時候，提示農機故障情況，消息類型為“0xA7”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表14。

表14故障提示參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

故障碼byte故障所對應的錯誤碼

故障原因string故障發(fā)生原因

時間戳long故障發(fā)生時間，為13位數(shù)的時間戳

b)農機日志上報，消息類型為“0x5A”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表15。

表15日志上報參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

日志狀態(tài)碼byte0=無錯誤或日志信息,1=有錯誤或日

志信息

日志內容string產生的日志消息內容

時間戳long故障發(fā)生時間，為13位數(shù)的時間戳

c)農機設備登陸，消息類型為“0x1A”，消息數(shù)據(jù)體為空。

5.3.3傳感器數(shù)據(jù)接口

a)上報給數(shù)據(jù)處理與分析的雷達數(shù)據(jù)，消息類型為“0xA7”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表16。

表16雷達點云數(shù)據(jù)參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

點云數(shù)據(jù)string雷達的單幀數(shù)據(jù)

點云生成時間long雷達單幀點云數(shù)據(jù)的記錄時間，為13

位數(shù)的時間戳

b)上報給數(shù)據(jù)處理與分析的圖像數(shù)據(jù)，消息類型為“0xA7”，消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表17。

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表17圖像數(shù)據(jù)參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

圖像名string圖像文件名稱

圖像編碼string圖像數(shù)據(jù)的base64編碼

圖像生成時間long圖像的拍攝時間，為13位數(shù)的時間戳

5.3.4地圖數(shù)據(jù)接口

上報給云平臺的地圖數(shù)據(jù)，支持mbtiles格式的地圖文件。消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表18。

表18圖像數(shù)據(jù)參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

地圖文件名string以mbtile為后綴的地圖文件名

地圖下載地址string地圖文件存放的服務器位置，提供下載

地址

地圖生成時間long地圖構建完成的時間，為13位數(shù)的時間

戳

5.3.5回復報文

a)所有接口消息都需要對應的消息回復，消息類型與回復類型一致。消息數(shù)據(jù)體的參數(shù)如表19。

表19消息回復參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)據(jù)類型描述

故障碼byte0為正?；貜停粸?時為錯誤回復

故障理由string正常時為空，非正常時為故障理由

b)回復心跳包。消息類型為“0x2A”，消息數(shù)據(jù)體為空。

6硬件接口要求

6.1接入傳感器接口要求

硬件接口是農機智能駕駛終端接入傳感器進行數(shù)據(jù)交互的接口，需符合NY/T4062-2021第7章中的

物理接口要求，為方便外部設備的接入，應具備以下數(shù)據(jù)接口：

a)USB接口要求

攝像頭采用USB接口，圖像數(shù)據(jù)協(xié)議為“MJPG”。USB接口采用USB3.0協(xié)議規(guī)范，使用差分傳輸模

式。USB3.0采用的是四線制，分別為Vbus電源線，GND地線和兩根差分數(shù)據(jù)線D+和D-。USB主機端硬件

控制器類型采用XHCI。

b)網(wǎng)絡端口要求

激光雷達接口采用網(wǎng)絡端口的接入，并基于UDP網(wǎng)絡通信協(xié)議發(fā)送雷達數(shù)據(jù)，雷達數(shù)據(jù)形式應為XYZIRT

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格式。網(wǎng)絡端口采用T568B標準的RJ45水晶頭。

c)視頻接口要求

顯示器通過視頻接口接入農機智能駕駛終端。視頻接口采用HDMI接口，HDMI采用TypeA類型口，高

度19pin，寬度為13.9毫米、厚度為4.45毫米，符合HDMI2.1協(xié)議標準。

d)CAN總線接口要求

農機底盤接口采用CAN總線系統(tǒng)。遵循ISO11898-1的通信速度為5kbps-1Mbps的CAN高速通信

標準。規(guī)范中同時定義了數(shù)據(jù)鏈路層和高速物理層。

e)串行通訊接口要求

其他外部傳感器采用RS-232標準接口，輸出電信號特性應符合GB/T6107—2000第2章的規(guī)定，串

行數(shù)據(jù)傳輸標準應符合GB/T11014—1989中第4章的規(guī)定。數(shù)據(jù)以串行異步通信方式傳送，第一位為起

始位，其后是數(shù)據(jù)位，傳輸速率應在4800-115200bps之間。

f)Wi-Fi接口要求

Wi-Fi采用2.4GHZ或者5GHZ頻段進行傳輸，通信協(xié)議應支持802.11a、802.11b、802.11e及以上標

準。Wi-Fi傳輸速率應符合GB15629.1101-2006中第6章的要求，數(shù)據(jù)傳輸速率和接受數(shù)據(jù)速率對于

6Mbit/s，12Mbit/s和24Mbit/s是必備的。

g)LoRa數(shù)據(jù)接口要求

可采用的LoRa頻率范圍：26.975MHz、26.995MHz、27.025MHz、27.045MHz、27.075MHz、27.095MHz、

27.125MHz、27.145MHz、27.175MHz、27.195MHz、27.225MHz和27.255MHz。發(fā)射的功率應不高于750mW，

占用寬帶不高于8kHz，頻率容限為100×10-6。

6.2農機底盤的通信協(xié)議

農機底盤的通信數(shù)據(jù)由協(xié)議頭、數(shù)據(jù)包類型、數(shù)據(jù)域長度、數(shù)據(jù)域內容、CRC16檢驗位和協(xié)議尾組成，

通信數(shù)據(jù)結構見表20。

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表20農機底盤通信結構表

序號12345

內容協(xié)議頭數(shù)據(jù)包類型數(shù)據(jù)域長度數(shù)據(jù)域內容協(xié)議尾

字節(jié)數(shù)112N2

a)協(xié)議頭占用1個字節(jié)，采用固定格式“0x5A”表示。

b)數(shù)據(jù)包類型分為4種，采用固定格式“0xA1”,“0xA2”,“0xA3”和“0xA4”表示，其中“0xA1”

代表底盤控制，“0xA2”表示遙控器數(shù)據(jù)，“0xA3”表示超聲波探測數(shù)據(jù)，“0xA4”表示農機底盤

數(shù)據(jù)。

c)數(shù)據(jù)域長度是無符號短整型，占用2個字節(jié)。

d)數(shù)據(jù)域內容是具體的內容，根據(jù)內容類型的不同具有不同的長度，其字節(jié)長度取決于內容本身,具

體情況如表21，表22，表23和表24。

e)協(xié)議尾占用2個字節(jié)，采用固定格式“0xA50x5B”表示。

表21農機控制參數(shù)表

定義數(shù)據(jù)類型描述

運動模式byte0：手動模式

1：自動駕駛模式

速度float農機運動速度,單位m/s

左轉角度float左轉偏移角度，單位°/s

右轉角度float右轉偏移角度，單位°/s

表22遙控器數(shù)據(jù)

定義數(shù)據(jù)類型描述

遙控模式byte0：手動模式

1：自動駕駛模式

示教開關byte0：關閉

1：啟動

執(zhí)行任務開關byte0：關閉

1：啟動

表23超聲波探測數(shù)據(jù)

定義數(shù)據(jù)類型描述

超聲波探頭1數(shù)據(jù)byte0：手動模式

1：自動駕駛模式

超聲波探頭2數(shù)據(jù)float2號探頭的探測距離，單位：mm

超聲波探頭3數(shù)據(jù)float3號探頭的探測距離，單位：mm

超聲波探頭4數(shù)據(jù)float4號探頭的探測距離，單位：mm

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表24農機底盤數(shù)據(jù)

定義數(shù)據(jù)類型描述

運動模式byte0：手動模式

1：自動駕駛模式

線速度float農機運動速度,單位m/s

角度float農機運動偏移角度,單位為°

x方向速度float農機x軸方向的運動速度,單位m/s

y方向速度float農機y軸方向的運動速度,單位m/s

角速度float農機運動角速度，單位°/s

左輪速度float農機左輪速度，單位m/s

右輪速度float農機右輪速度，單位m/s

電池電壓float農機的電壓值單位v

狀態(tài)byte農機狀態(tài)故障碼

驅動器故障byte驅動器故障碼

編碼器故障byte編碼器故障碼

跟隨開關狀態(tài)byte跟隨功能的開關狀態(tài)

0：關閉

1：啟動

15

ICS

CCS

團體標準

T/CAAMMXXXX—202X/T/NJXXXX—202X

農業(yè)機械無人駕駛協(xié)同系統(tǒng)接口設計與數(shù)據(jù)交換

規(guī)范

InterfaceDesignandDataExchangeSpecificationforUnmannedDriving

CollaborativeSystemofAgriculturalMachinery

（征求意見稿）

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中國農業(yè)機械工業(yè)協(xié)會

發(fā)布

T/CAAMMXXXX—202X/T/NJXXXX—202X

農業(yè)機械無人駕駛協(xié)同系統(tǒng)接口設計與數(shù)據(jù)交換規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了“數(shù)-云-端”協(xié)同模式下農業(yè)機械無人駕駛系統(tǒng)各模塊或子系統(tǒng)之間、外接傳感器及設

備的傳輸協(xié)議、硬件接口、數(shù)據(jù)傳輸與交換規(guī)范，為多模塊協(xié)同無人駕駛系統(tǒng)的接口設計和數(shù)據(jù)交換提供

一種標準化設計方案。

本文件適用于農業(yè)機械無人駕駛協(xié)同系統(tǒng)接口設計與交換技術規(guī)范的設計、研制、生產和應用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注