農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)研究進展

摘要：由于我國人多地少的基本國情，在有限的土地資源上盡可能的提高糧食的產(chǎn)量和質(zhì)量尤為重要。本文從農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航系統(tǒng)的常用方式和農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)兩方面進行分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機械；自動化導(dǎo)航技術(shù)；研究；進展

中圖分類號： S220；TP391.44 文獻標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.04.010

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，將先進的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中同樣會收到諸多的效益，不僅可以提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，還能夠提高農(nóng)業(yè)的作業(yè)質(zhì)量，促進農(nóng)村改變的巨大推動力。科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最直接的體現(xiàn)為農(nóng)業(yè)的機械化，不是簡單的機械化升級，而是將導(dǎo)航定位技術(shù)精準(zhǔn)的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械中，令農(nóng)業(yè)機械更容易操作使用，不僅是在田間耕作、播種、施肥、噴藥等方面進行有效的應(yīng)用，還致力于走向更加智能化的道路，追求遺漏作業(yè)、重復(fù)作業(yè)的零發(fā)生概率。

1 農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航系統(tǒng)的常用方式

1.1 GPS定位系統(tǒng)

GPS的中文全稱為全球定位系統(tǒng)，是一種結(jié)合衛(wèi)星技術(shù)及通訊發(fā)展的技術(shù)，具有全方位、全天候、全時段、高精度的特點，能夠為全球的用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導(dǎo)航信息。在車輛定位、防盜、反劫等方面應(yīng)用較多，但現(xiàn)在也較多的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械上，方便田間作業(yè)和提高生產(chǎn)效率。

GPS定位系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械中，主要體現(xiàn)在土質(zhì)檢測和不定量施肥方面。在GIS地理信息系統(tǒng)的輔助下，農(nóng)業(yè)機械有規(guī)律的行走在田間的同時不斷的對土質(zhì)進行科學(xué)的檢測，并精確記錄不同土質(zhì)的具體分布位置，通過系統(tǒng)繪制成可以傳達土壤信息的圖紙，供農(nóng)民作為分析土質(zhì)和確定施肥量的依據(jù)。

傳統(tǒng)的施肥方式多為人工施肥，機械施肥很難把握所施肥料的精確量，更不用談結(jié)合土質(zhì)進行不定量的施肥問題。而農(nóng)業(yè)機械在綜合利用GPS技術(shù)和GIS技術(shù)的情況下可以完美的避開這些難題，GPS技術(shù)還可以為機械進行農(nóng)業(yè)作業(yè)確定最佳的路徑，并不斷的發(fā)出智能提醒，從而幫助農(nóng)村地區(qū)克服人工施肥的種種弊端，大大提高作業(yè)效率，促進農(nóng)村地區(qū)大規(guī)模的實行集約化、規(guī)模化的耕作方式。

1.2視覺導(dǎo)航

與GPS技術(shù)相比，視覺導(dǎo)航因為有屏幕的顯示更加具有直觀性，尤其是在大規(guī)模的平原耕作區(qū)，農(nóng)業(yè)機械的駕駛者即便隨意的改變駕車速度，依舊可以精確的捕捉農(nóng)作物的細(xì)小信息。導(dǎo)航視覺技術(shù)于20世紀(jì)80年代開始在國外進行研究，而我國從20世紀(jì)90年代中期才開始加以重視，至今也有不少的研究收獲，尤其是在精準(zhǔn)的定位目標(biāo)農(nóng)作物方面。但因為視覺導(dǎo)航易受自然光照的影響，至今還未克服和進一步完善這項技術(shù)，要想解決之一問題還需要重點攻克圖像獲取和光處理這兩大課題。

2 農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)

2.1跟蹤控制技術(shù)

農(nóng)業(yè)機械在田間執(zhí)行農(nóng)業(yè)作業(yè)任務(wù)時，一般會因考慮到農(nóng)作物的諸多情況而不得不盡量放慢行駛速度，只有發(fā)揮導(dǎo)航技術(shù)精準(zhǔn)的控制作用，才能時刻分析出農(nóng)業(yè)機械實際的運動情況與提前制定路徑的差異性，以便及時更改農(nóng)業(yè)機械的運動方向。這種跟蹤控制技術(shù)的應(yīng)用主要靠神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制兩種技術(shù)發(fā)揮作用，具有模擬人類大腦的智能行為，可以靈活攻克未知的難題。有人將跟蹤控制技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)耕機動車上進行試驗，得出該系統(tǒng)不僅具有自學(xué)的智能功能，還能夠自動對現(xiàn)場進行整理。

2.2 環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知技術(shù)主要是利用傳感器對周圍的環(huán)境信息進行大量的捕捉，通過對有用信息的分析處理構(gòu)建成一個可用的環(huán)境信息模型。而環(huán)境感知技術(shù)要想在農(nóng)業(yè)機械方面發(fā)揮出理想的功用，必須先解決如何精確的捕捉環(huán)境信息這一難題。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，傳感器的反應(yīng)能力和傳遞信息的質(zhì)量都有了較大的改善，所以環(huán)境感知技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械方面的應(yīng)用研究也就變得更加廣泛，例如，近年來除草機器人的發(fā)明問世，能夠?qū)μ镩g的雜草信息進行一定程度的識別和反饋，經(jīng)過分析處理后再對雜草進行清除。還有一種全視覺運動障礙目標(biāo)檢測法的發(fā)明和使用，都有力的證實了環(huán)境感知技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用要比單純的視覺有效，不管是計算能力還是障礙檢測功能的準(zhǔn)確性，還是特征點匹配的精確度和整體檢測的成功率方面。

2.3 地圖構(gòu)建技術(shù)

不論是視覺導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，還是環(huán)境感知技術(shù)、GPS定位技術(shù)的應(yīng)用，都離不開環(huán)境地圖的提前繪制。地圖的呈現(xiàn)方式也具有多種方式，幾何地圖、三維坐標(biāo)展示等，柵格地圖也較為常用，但主要用于局部導(dǎo)航。地圖構(gòu)建技術(shù)對于地理信息的感知應(yīng)用離不開大量的計算，所以不常用于地理定位。

3 結(jié)語

導(dǎo)航技術(shù)和農(nóng)業(yè)機械的融合是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)提出的要求，也是農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)型升級必須要經(jīng)過的途徑。導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械的應(yīng)用中最突出的變現(xiàn)為：精確定位農(nóng)作物、為機械形式制定最佳移動路線等，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。雖然在不斷的應(yīng)用和實驗過程中，農(nóng)業(yè)機械的自動導(dǎo)航技術(shù)取得了較大的進展，但仍需要不斷的努力探索、突破和創(chuàng)新。

參考文獻

[1]劉陽，馬蓉，曹衛(wèi)彬，等.農(nóng)業(yè)車輛自動導(dǎo)航系統(tǒng)中CAN總線的研究進展[J].農(nóng)機化研究，2011，33（8）：233-236.

[2]田海清，應(yīng)義斌，張方明.農(nóng)業(yè)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中自動控制技術(shù)的研究進展[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2005，36（07）：148-152.

[3]冀榮華，祁力鈞，傅澤田.機器視覺技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的研究進展[J].農(nóng)機化研究，2007（11）：1-5.

[4]張方明，應(yīng)義斌.機器視覺在農(nóng)業(yè)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中的研究進展[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2005， 36（05）：133-136.

[5]石穎，王衛(wèi)星，陸健強，等.基于CORS 技術(shù)的農(nóng)業(yè)機械差分定位系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)機化研究，2017，39（06）：120-123.

作者簡介：盧道歡，大專學(xué)歷，高級工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機械。