探究衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

何佳俊

摘要：隨著我國(guó)高新技術(shù)的應(yīng)用和電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，以及各種現(xiàn)代化應(yīng)用機(jī)器的高要求，衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展給這些行業(yè)的發(fā)展帶來了非常大的幫助，不僅促進(jìn)了各種高新技術(shù)的推廣應(yīng)用與發(fā)展，提高生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量，而且?guī)砹己玫慕?jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為現(xiàn)代許多技術(shù)行業(yè)的不可缺少的一個(gè)重要的組成部分。本文通過理論分析和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，針對(duì)不同的行業(yè)，不同的要求等因素，分析衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航；自動(dòng)駕駛技術(shù)；高新技術(shù)；應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

一、衛(wèi)星導(dǎo)航和自動(dòng)駕駛導(dǎo)航技術(shù)

衛(wèi)星是指圍繞行星運(yùn)動(dòng)的天體，它本身不發(fā)光。太陽(yáng)系除水星、金星尚未發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星外，其他行星已發(fā)現(xiàn)有衛(wèi)星。但是此處的衛(wèi)星主要是從地球通過人工形式發(fā)射的電子衛(wèi)星，其功能可以是通訊、軍事、氣象等。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)又被稱作是“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。主要采用最新GPS技術(shù)在導(dǎo)航通訊領(lǐng)域的最新應(yīng)用系統(tǒng)。GPS概念的提出已有三十年，但被實(shí)際應(yīng)用到工作中的時(shí)間僅有十多年，當(dāng)前民用版的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航在全球范圍內(nèi)開始被大量使用，當(dāng)前大約有百種應(yīng)用類型GPS。

自動(dòng)駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)是按一定技術(shù)要求自動(dòng)控制裝置的一種新型技術(shù)。目前這個(gè)技術(shù)的使用非常廣泛，比如，在有人駕駛飛機(jī)上使用，是為了減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，使飛機(jī)自動(dòng)地按一定姿態(tài)、航向、高度和馬赫數(shù)飛行。在導(dǎo)彈上，起穩(wěn)定導(dǎo)彈姿態(tài)的作用，故稱導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)。它與導(dǎo)彈上或地面的導(dǎo)引裝置交聯(lián)組成導(dǎo)彈制導(dǎo)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和控制功能。由基準(zhǔn)站、車載衛(wèi)星定位組件、決策支持組件以及自動(dòng)控制組件組成等四部分構(gòu)成。基準(zhǔn)站能夠接收定位衛(wèi)星信號(hào)，通過計(jì)算得到信號(hào)中包含的誤差，并獲取誤差改正參數(shù)；然后通過電臺(tái)或者網(wǎng)絡(luò)等通訊手段，將改正參數(shù)播發(fā)出去，為車載衛(wèi)星定位組件提高定位精度。車載衛(wèi)星定位組件即GPS流動(dòng)站。該組件安裝在拖拉機(jī)頂棚上，同樣接收定位衛(wèi)星信號(hào)，定位出機(jī)械當(dāng)前位置、速度等信息，并接收基準(zhǔn)站播發(fā)的改正參數(shù)，將定位精度提高至1～2cm。決策支持組件是自動(dòng)駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)的控制中樞。該組件能夠人工設(shè)定并規(guī)劃拖拉機(jī)行進(jìn)路線，接收車載衛(wèi)星定位組件提供的位置、速度信息并自動(dòng)與規(guī)劃路線進(jìn)行反算，然后計(jì)算出合理轉(zhuǎn)向方式，發(fā)出指令，控制自動(dòng)控制組件。自動(dòng)控制系統(tǒng)即為最終控制車輛轉(zhuǎn)向的部分。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過接收決策支持組件給出的指令控制車輛轉(zhuǎn)向，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。自動(dòng)駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)將衛(wèi)星定位、決策支持以及自動(dòng)控制有機(jī)的進(jìn)行結(jié)合（基準(zhǔn)站和車載衛(wèi)星定位組件結(jié)合），實(shí)時(shí)高精度定位出車輛當(dāng)前位置速度等信息并提供給決策支持組件，決策支持組件反算出當(dāng)前位置與規(guī)劃路線的偏差并控制自動(dòng)控制組件，進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)向調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，完成既定的工作目標(biāo)。

二、衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)在車輛駕駛上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

基準(zhǔn)站、車載衛(wèi)星定位組件（GPS流動(dòng)站）、決策支持組件以及自動(dòng)控制組件等四個(gè)部分組成車輛自動(dòng)駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)。定位衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送到基準(zhǔn)站，然后借助計(jì)算確定信號(hào)中存在的誤差，然后按照誤差對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。然后借助網(wǎng)絡(luò)或者電臺(tái)等多種通訊渠道發(fā)送改正后的參數(shù)，從而提高車載衛(wèi)星定位組件的精度。基準(zhǔn)站能夠接收定位衛(wèi)星信號(hào)，通過計(jì)算得到信號(hào)中包含的誤差，并獲取誤差改正參數(shù)；然后通過電臺(tái)或者網(wǎng)絡(luò)等通訊手段，將改正參數(shù)播發(fā)出去，為車載衛(wèi)星定位組件提高定位精度。該組件安裝在車輛匯總可以接收衛(wèi)星信號(hào)，從而確定當(dāng)前設(shè)備的位置、速度等信息，自動(dòng)駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)的控制中樞是決策支持組件，通過此可以人工設(shè)定規(guī)劃車輛路線，根據(jù)速度等信息，對(duì)規(guī)劃路線進(jìn)行反算，進(jìn)而確定最合理的轉(zhuǎn)向方式，然后發(fā)送指令至自動(dòng)控制組件，自動(dòng)控制組件屬于最終控制車輛轉(zhuǎn)向的組件，自動(dòng)控制系統(tǒng)借助決策接受組件發(fā)出指令控制車輛轉(zhuǎn)向，最終達(dá)到車輛自動(dòng)控制的目的。

三、衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)在航海上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)在的航海已經(jīng)十分依賴GPS。無論是大洋航行、船舶轉(zhuǎn)向，還是記中午船位、推算船位、對(duì)時(shí)、撥鐘，甚至拋錨都使用GPS。以至于出現(xiàn)GPS壞了，船長(zhǎng)開不了船的情況。可見，GPS在船舶航海中的重要性。

（一）圓航法的應(yīng)用。

在應(yīng)用大圓航法的前提下，部分航線可以節(jié)約數(shù)天時(shí)間。例如從中國(guó)駛往美國(guó)西海岸航線。在GPS出現(xiàn)之前，船舶很難按照理論完成高緯度的大圓航行。因?yàn)榇髨A航法有幾十個(gè)甚至幾百個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)，每一個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)都需要測(cè)出一個(gè)準(zhǔn)確的船位來確定轉(zhuǎn)向，這在前GPS時(shí)代是非常困難的，也是非常繁瑣的。大圓航線無法精確地走完，一般情況是大圓航線變成了幾邊形的航線。GPS的出現(xiàn)解決了這一問題，船只可以實(shí)現(xiàn)多次轉(zhuǎn)向。

（二）船舶轉(zhuǎn)向的應(yīng)用。

船舶轉(zhuǎn)向必須確定準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)向點(diǎn)，否則很容易偏航，甚至擱淺。例如，某遠(yuǎn)洋公司新會(huì)輪就因提前轉(zhuǎn)向在西沙暗礁擱淺。但是，在大風(fēng)浪以及惡劣天氣中，在茫茫大洋上要測(cè)出一個(gè)準(zhǔn)確船位那也不是一件易事。為了確保船位，船長(zhǎng)、大副、二副、三副凌晨起床守候日出較為常見。GPS的應(yīng)用完美的解決了全天候的實(shí)時(shí)船位確定問題。因此，現(xiàn)在的船舶出現(xiàn)了六分儀，導(dǎo)致新上船的年輕水手完全不懂測(cè)天等方法。

（三）推算船位的應(yīng)用。

現(xiàn)在的航行船舶每小時(shí)自動(dòng)記錄一個(gè)GPS船位，因?yàn)镚PS普及范圍廣，所以甚至部分船只有多臺(tái)GPS，此外，C站帶有GPS功能，AIS也帶有GPS接收，許多航海者也都是擁有自己的手提GPS。

四、衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)事關(guān)國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有很重要的地位。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向大農(nóng)業(yè)和機(jī)械化道路發(fā)展。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)將發(fā)揮重要作用，特別是在平原進(jìn)行大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)的地區(qū)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可提高播種、噴藥、收獲等農(nóng)田作業(yè)交接行的精準(zhǔn)度，減少農(nóng)作物生產(chǎn)投入成本，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量，降低成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，避免作業(yè)過程中產(chǎn)生銜接行的“重漏”。

（一）衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的主要特點(diǎn)如下：

1.適用各種拖拉機(jī)車型，方向盤驅(qū)動(dòng)，安裝、拆卸方便。包括收獲機(jī)等均可采用此套系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而提高GPS的應(yīng)用率，大大減少成本。

2.先進(jìn)的衛(wèi)星接收機(jī)，在惡劣環(huán)境下也能接收到衛(wèi)星，從而保證實(shí)時(shí)定位的精度。

3.采用衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)，能夠連續(xù)作業(yè)，加快播種、施肥、收獲等作業(yè)的進(jìn)度。

（二）衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用效果。

用該技術(shù)對(duì)甜菜、玉米、水稻和棉花等作物進(jìn)行播種，大幅度提高了作業(yè)時(shí)交接行的精準(zhǔn)度，避免作業(yè)時(shí)產(chǎn)生交接行的“重漏”，1000m播行垂直誤差不超過2.5cm，接茬準(zhǔn)確率達(dá)到100%，提高了土地、水、肥、藥的利用率，為后期田間管理、收獲作業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；同時(shí)還延長(zhǎng)了作業(yè)時(shí)間，搶抓了農(nóng)時(shí)，提高了作業(yè)效率。通過召開現(xiàn)場(chǎng)觀摩會(huì)，受到了區(qū)、州、市領(lǐng)導(dǎo)和農(nóng)民朋友的好評(píng)，收到了非常好的效果。

（三）衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用取得的經(jīng)濟(jì)效益。

使用GPS導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)，大幅度提高了作業(yè)時(shí)交接行的精準(zhǔn)度，能節(jié)約土地面積3%。以棉花為例，棉花株數(shù)提高3%以上，同一地塊、同一架播種機(jī)，采用自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)械化作業(yè)技術(shù)，667㎡株數(shù)在去年的基礎(chǔ)上增加了690株，每株5鈴、每鈴5g，667㎡產(chǎn)量增加17.25kg，增收138元；全市1400平方公里核心區(qū)用GPS導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)可增加土地面積24hm2，提高土地產(chǎn)出率。 采用全球定位技術(shù)，能夠24h連續(xù)作業(yè)。結(jié)合本地實(shí)際，使用自動(dòng)導(dǎo)航播種比常規(guī)播種每天多作業(yè)2.7hm2，加快了播種進(jìn)度，縮短了播種期，減少了雇用技術(shù)人員的費(fèi)用，降低了成本。

五、總結(jié)

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)無論是軍事還是民用方面都得到了非常廣泛地應(yīng)用，也正是因?yàn)镚PS技術(shù)的應(yīng)用，所以越來越多的設(shè)備都能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)駕駛目標(biāo)。當(dāng)前，除了GPS導(dǎo)航系統(tǒng)之外，較之能力更強(qiáng)的我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也已經(jīng)逐漸開始被廣泛應(yīng)用，相信在不久的未來，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)越來越精確，自動(dòng)駕駛的安全和準(zhǔn)確程度也將會(huì)得到顯著地提高，屆時(shí)所有設(shè)備都能夠自動(dòng)駕駛將不再是夢(mèng)想。

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