農業機械導航技術發展分析

黃合發

農業機械導航技術發展分析

黃合發

（江西省上高縣人才交流服務中心 336400）

隨著科學技術的不斷發展和進步，全球定位系統被廣泛應于各行各業，極大便利了人們的生活和工作等等。同樣給農業也帶來了巨大的影響和變化。精準農業還有更進一步的智慧農業的提出和發展，便是機械化和3S（GIS、GPS和RS）結合得來的更精細化、智能化的產物——智慧農業系統。而導航技術在農業生產到收獲的全過程中有不可替代的作用。農業機械的導航又是其中的關鍵環節。故而，其發展和展望對農業發展和進步具有重要意義。本文于此就農業機械導航技術的發展進行分析。

農業機械；導航；應用；發展

近年來，我國的農業在我國經濟持續發展和工業不斷進步的帶動下，迅猛的發展起來。雖然我國的農業機械起步較晚，但是經過多年的不懈努力，已經從無到有逐漸從人工到半機械化再到機械化再到目前的精準農業發展甚至是向智慧農業發展。在此過程中，農業機械的導航技術占據著不可或缺的地位，起到了決定性的作用。對推動智慧農業的發展具有重大意義。

1 農用機械的簡介

目前農業機械種類繁多，功能各異，如動力機械、播種機械、中耕機械和收獲機械等等。筆者從導航技術的應用角度來講，簡單地把農業機械分為導航的農業機械和非導航的農業機械。非導航的主要是指沒有動力的、不可自走的以及比較固定的機械或是設備，比如農機具和脫粒機之類的；而導航的機械主要有提供動力的拖拉機和多公用的一體機比如聯合收獲機械，當然還有其他像自走的播種機、插秧機、施肥機以及噴灑農藥的機械等等。

2 導航技術在農業領域的發展應用

導航技術在精準農業上應用廣泛。精準農業或者智慧農業便是有“3S”基礎的機械結合計算機輔助的分析決策和執行系統的智能化、精細化、數據化的農業系統，以達到提高作業質量和生產效率和解放大量的勞動力的目的。“3S”具體指RS遙感技術、GIS地理信息技術和GPS定位技術。在導航系統中，三者缺一不可，工作時候主要是GPS定位導航系統進行實時定位，通過GIS數據庫對田地和路況進行相關分析和調用，而RS遙感系統則是實時判斷和測量實際的地面信息和工作環境等等，除此之外，配合以計算機輔助系統的田地狀況、工作經驗等決策出合理的方案和任務以便具體實施執行。整個過程中，導航技術都不是單獨和獨立的，而是配合其他相關技術協同工作的，就仿佛是農業工作的“眼睛”，起到導航、監察等精密智慧作業的作用。這也是我國從無到有再到與國際接軌順應時代變化的努力以及我國自身的內在需求和發展上的重視共同結果。

我國目前應用較多的導航方法有機器視覺、GPS導航、組合導航單元等；在聯合收獲機械和大中型拖拉機中應用比較多，其中又有導航控制決策系統，其工作原理就是選擇合適的算法來控制車輛轉向，在車輛行駛過程中不斷調整車輪轉角，盡量選擇最佳路徑并減少與預定義路徑之間的偏差；所謂機械機器視覺便是一種工業攝像機結合計算機而模擬人類視覺的方法，主要是功能就是檢測障礙物和識別線路、檢測與目標物的航向和位置，從而實現自動路徑追蹤和自動避開障礙物作業；結合實況實現機械導航定位；慣性測量單元主要包括陀螺儀和加速度計，加速度計主要是用來測量農業機械車輛的航向信息和陀螺儀的坐標信息等以提高導航精度。

具體應用大致如下：

（1）土壤檢測，土地耕種之前，使用特種農業機械對土壤進行科學采樣檢驗分析，以確定土質以及適合的作物。這種農業機械都必須裝載GPS系統和GIS系統，通過GPS系統記錄農業機械不同位置的不同樣本以及檢測結果，并記錄下來。

（2）控制播種施肥的用量，根據田地的土壤養分分布的狀況，利用帶導航的整地機械科學合理均勻精準地進行土壤的翻耕工作，疏松土壤等。

（3）田間管理，包括中耕施肥、保墑、除草、噴藥、灌溉等一系列工作，GPS技術可以提高位置精確度，在農業系統或者農業機械中安裝了GPS定位系統，能夠得到農業機械車輛在田間的準確位置，再結合RS以及機械機器視覺系統的工作，可以提高農用物資投入的精確度，根據土壤的實際狀況和特征以及田間作物的生長狀況等進行物料的施放等。即使灌溉也可以聯網即時操作實現智能化，進一步解放勞動力。

（4）收獲運輸，作物成熟以后，根據不同作物的屬性要適時并及時的進行收獲，以期獲得最大的收益。大型聯合收獲機械上的輔助系統，諸如液壓系統、電氣系統、LED顯示系統、智能控制系統等是對于作物的收獲質量的保證，而導航定位系統是收獲機械的“天眼”，是收獲工作盡可能的完美而不造成任何損失和浪費。作為運輸用途的農業機械像大型懸掛式拖拉機等，更是離不開導航定位。

3 導航技術在農業機械的展望

GPS技術在農業機械中的發展迅猛的同時，也存在著一系列的問題，一方面導航定位技術開發難度比較大、技術短缺、成本高、人才稀缺等等；另一方面我國農業種植區不同地區地形環境氣候等差異較大，所需要的作業機械種類也不盡不同，導致農業作業機械品種多、型號雜，沒有一套統一有效的機制。

我國人口不斷增長，對糧食的需求也非常大。這是我國的現狀。與此同時，我國各方面快速發展的同時，不但需要提高農業生產力，還對農業生產提出了更高的要求。新技術如機器人的應用也越來越廣泛，機器人也可以用在農業上；我國自主研發的北斗星導航系統也使我國的導航技術達到了新高度，農業機械也將被大范圍應用，因而在未來農業生產中會起到非常重要的作用。故而，未來的農業機械導航技術全程化是大勢所趨，甚至是整個農業都會覆蓋在導航定位技術下進行。整個農業領域也最切實地受益于導航技術帶來的革新。

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1004-7344（2016）33-0221-01

2016-11-12