GPS自動駕駛技術在現代農業機械上的應用

胡曉春

GPS（全球衛星定位系統）協同傳感器、計算機控制、機電液一體化等科技成果，實現了農業田問作業的機械自動導航、耕地精確定位以及機械自動適應地形起伏等情況。為了實踐上述功能，GPS系統的接收系統需要有效地與農業機械相結合，實現農業機械在田間自動作業的新型革命。即通過GPS等技術集成，準確地控制和操縱各種農業電子機械，實現農業電子機械的智能化，農場實現全天候連續作業，推進農業機械的可持續發展。本文首先介紹了GPS自動駕駛技術目前在國內和國外的應用情況，并根據其工作原理在現代農業機械上的實際效果與應用，闡述了自動駕駛技術在現在農業機械應用的未來發展趨勢。

1自動駕駛技術應用情況

為了能夠更好的分析和處理農業田間管理.可靠提高農業機械作業現代化程度，精準農業成為農業發展的重要方向。所謂精準農業.是指農業智能化和信息化在農業中的應用，其中，智能化就涵蓋了GPS自動駕駛技術。發展精準農業技術，可以極大地提高農業生產效率，進一步促進節能減排，有效保護土地等，為未來農業發展帶來諸多好處。為了走上符合中國國情的精準化農業發展道路，國內已經在不斷研究和發展相關的各種核心技術，下文從自動駕駛技術在現在農業機械上的應用這一角度，集中闡述。

1.1國外自動駕駛技術研究情況。自動駕駛技術是一個龐大而復雜的工程體系，是對于GPS衛星定位系統的一種應用技術.其中衛星定位的精度高低直接對自動駕駛的效果產生深遠影響。國外對于這種利用衛星定位系統進行自動駕駛技術的研究開始的很早，只不過受限于美國政府關于衛星定位系統的SA政策影響，直到2000年，才開始解禁。所以，衛星定位系統真正參與到自動駕駛是近幾年的事情，嚴格來說我國在此項技術發展與應用上，不算晚，但基于信息技術更新速度層面來講，在自動駕駛技術研究與創新方面，還需要加強。

1.2國內自動駕駛技術研究情況。我國正式開展對于自動駕駛系統的研究起源于2003年5月25日.我國“北斗一號”衛星的發射成功，及至6月1日，我國自主研發的“北斗運營服務平臺”正式開通，標志著我國已經擁有了完全自主的衛星導航系統，產自北斗星通公司的自動駕駛產品也逐漸進入農業應用階段。

2 GPS自動駕駛系統涉及技術分析

2.1衛星定位系統工作原理。首先要確定衛星定位系統的基站位置.通常衛星定位系統的基站都放置于位置較高的建筑或地區，通過對基站設置，獲取天線所處的地理坐標，利用相關軟件對設置基站，在通過基站產生差分信號，最后通過網絡將差分信號傳人到該基站的各個移動站。基站工作的時候，基站和移動站所獲取的信號來自同一顆衛星，不同的是，基站是將信號同自我地理位置相聯系，經過模塊，計算出差分信號.該信號再經由互聯網傳遞給移動站模塊，而移動站是再受到該信號后，利用移動站模塊聯系移動站所謂地理位置，運用計算公式.得出更精確的信息。

具體情況參見下圖：

在這一過程主要包括了四個部分：采集、預處理、坐標轉換、信息融合。

2.1.1采集。傳感器跟日常生活中電腦或者嵌入式模塊通信時，會有不同的傳輸方式。不同的傳輸介質，需要使用不同的傳感器去解析這些信息。通俗地講就是把傳感器采集到的信息全部拿到，然后編碼組隊，提供給應用者可以使用的數據。

2.1.2預處理。傳感器的信息接收后會發現不是所有信息都是有用的。因為傳感器的狀態不是100%有效的，因此需要對信息做預處理.以保證前方的障礙物在時間維度上是一直存在的，而不是一閃而過。

2.1.3坐標轉換。坐標轉換在智能駕駛領域十分重要。傳感器是安裝在不同地方的，因此感知層接收障礙物位置信息后，必須將該障礙物的位置信息轉移到自身坐標系下，才能供規劃決策使用。

2.1.4信息融合。信息融合是指把相同屬性的信息進行整合操作。比如攝像機檢測到了正前方有一個障礙物，毫米波也檢測到前方有一個障礙物，激光雷達也檢測到前方有一個障礙物.而實際上前方只有一個障礙物.所以要把多傳感器下這些信息進行一次融合，以此告訴下游，前面有一個障礙物，而不是三個障礙物。

2.2 Electrical control系統工作原理

2.2.1 Electrical control部分收集所有數據信號后。得出結論發出指令控制各部分工作，同時通過一些感應設備了解目前狀態.進行數據反饋.再整合反饋的數據，下達下一步動作的指令。

2.2.2自動駕駛系統的摩機械必須在光靶和工具的寬度上設置a、b（光靶左側的第二個按鈕可隨時通過調整工具的寬度來調整），并在按下“確定”按鈕時驅動到b點。設置后，將看到與光靶上的a、b兩點的連接。當自動駕駛儀按鈕（光學目標左側的第三個按鈕）變綠時，按自動駕駛儀按鈕.控制引擎啟動，并將速度調整到所需操作范圍內。自動引航開始后，光學目標顯示的信息包括農場工具的工作區域、當前移動站接收的衛星數量、CMR時間、CMR輸入等。衛星數量越多，啟動自動導航系統所需的衛星越多越好；CME實踐表明，接收差分信號之間的時間間隔越小越好。不斷增加的CMR時間表明與差動基站的連接已經斷開。模塊或基站應該檢查；CME輸入指示當前收到的差分信號數量.值越大.啟動自動駕駛儀的值通常超過50%。

2.2.3在自動駕駛的過程中.自動駕駛系統的Electricalcontrol部分將會不斷比較其位置的坐標是否在橫線上。如果在直線，則繼續保持。如果發生偏差，則由處理器計算方向和偏移量，由控制器將結果轉換為電信號到液壓平衡閥。液壓轉向系統通過轉向氣缸控制方向盤的擺動方向和擺，并通過前角傳感器將方向盤的狀態信息反饋給處理器，使其能夠在適當的時間內改變液壓平衡閥的開閉量，確保機械按照規定的路線運行，并將偏差控制在作業標準允許的范圍內。在正常情況下，自動駕駛儀控制的機械運行直線度誤差不超過3cm。

2.2.4當機械接近操作終點時，目標將提醒司機準備轉彎，機械到達終點，司機轉動方向盤，自動駕駛將停止。同時，光學目標上顯示接近機械的橫線，左邊是11，21，31，……右邊是R1，R2，R3，……平行線之間的距離是農具的寬度。當機械接近平行線時，該線變紅.自動駕駛儀按鈕呈現綠色，按按鈕沿平行線啟動自動駕駛儀。目標左側的第一個按鈕可以按到不同的信息.如圖區、工作區、農具寬度等。

2.3 hydraulic pressure系統工作原理

2.3.1 hydraulic pressure系統時各種指令的最終執行者，以上兩個系統的一切工作能否順利執行都要靠hydraulicpressure系統的穩定工作來實現。這里的電氣控制部分給出的所有指令都是由電磁閥的物理運動所做出的，從電氣信號到閥門的開啟和關閉.這控制了液壓油在氣缸上的作用，最終控制了機械運動。

2.3.2在自動駕駛儀中，當他收到處理器的指令時.液壓平衡閥開始工作。在封閉的恒壓流體動力壓力系統中，油壓始終處于高壓狀態。在自動駕駛儀中.當液壓平衡閥收到處理器的指令時，封閉的恒定流體動力壓力系統的油壓總是處于高壓狀態，一旦閥門打開，就會有高壓流體動力油通過閥門推動轉向缸和機械轉向：當機械逐漸接近橫線的平行線時，當平衡閥接收到的電子信號減弱并最終逆轉時，平衡閥的打開變得更小.并最終朝相反的方向打開，然后另一側的轉向缸開始工作，機械轉向輪逐漸保持直線，直到它再次完全處于a、b平行線。流體壓力系統通過在整個操作過程中反復重復控制機器的方向。

3自動駕駛技術在現在農業機械上的應用的發展方向

農業作為我國支柱產業之一，現代化的機械技術的進步是有關我國農業的各個方面，更是國計民生的大事。眾所周知.根據我國耕地面積和人口數量，以及耕地質量方面的國情探討，如果仍舊依照傳統耕作方式，農產品產量難以滿足當今社會發展的需要，這就要靠先進的農業機械來提高農業作業效率，從而提高農產品的產量和農業現代化進程。

3.1隨著全球衛星定位技術的發展，俄羅斯的glonass系統、歐洲的galileo系統和中國的“北極星系統”已經開發并投入使用，美國的衛星定位技術已經被打破，形勢已經不可避免。更精確的定位技術無疑為自動駕駛儀技術的進一步發展提供了更堅實的基礎。同時，隨著電子信息技術的發展，更科學、更準確的控制系統和微型計算機系統也將不斷發展。同時.隨著電子信息技術的發展.將開發出更加科學、準確的控制系統和微機系統，這無疑是改進自主駕駛系統的重要組成部分。其次是流體動力表達系統的設計和流體動力表達組件的不斷創新，使自動駕駛儀系統的執行機構更加科學合理。

3.2自動駕駛是打開智慧農業的鑰匙。在前幾年，自動駕駛系統對于農民朋友來說是陽春白雪似的高端技術.雖然每個人都知道進口產品是好東西.但是高價格讓每個人都氣餒。自從國內產品出現以來，整個市場的價格下跌了近50%.進口產品的市場份額也急劇下降。現階段.我國的農業機械處于一個技術、制造、配套設施齊備的高平臺之上，這為農業機械全自動化發展提供了新的機遇，隨著各地區GPS跟蹤站的逐步建立和我國自主BDS技術的研制成功，GNSS技術在我國農業機械上的應用也正朝著更深的層次發展。

3.3繼續深耕精準農業領域來解決農業中的耕、種、管、收各個環節，公司也將陸續推出流量控制、變量控制、測土配方等一系列的產品。在未來，自動駕駛技術將會有更高的精度、更快、更獨立、更容易操作的方向，為用戶解決實際問題，創造更多價值，做接地氣的產品是聯適導航的一貫宗旨。

4結語

隨著農業技術的長足進步.種植戶的農田呈現多承包和面積擴大化的特點，伴隨著我國農村地區的快速發展，國家也積極建設了大量的基礎工程，這使農業機械應用GPS技術變得更加便捷，同時農業機械發展的高技術化也拉近了與GPS技術之間的距離，能夠完全獨立生產農業的自主設備將最終得到開發，并將完全取代人類進行的繁重生產活動，人類只需要通過簡單的指揮或行動就能靈活地指揮這些設備。