農(nóng)業(yè)機械自動導航技術(shù)的應用

肖熙 湖南省長沙市長郡中學

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷進步，農(nóng)業(yè)也向現(xiàn)代化方向發(fā)展，逐漸走向規(guī)模化、信息化、自動化。農(nóng)業(yè)導航技術(shù)是為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動完成除草、施肥、修剪和耕種等功能而設置的。農(nóng)業(yè)機械自動導航技術(shù)應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠最大限度減少勞動力的消耗，不斷提高勞動生產(chǎn)率，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著智能化和精細化的方向發(fā)展。

1 農(nóng)業(yè)機械的導航關(guān)鍵技術(shù)

農(nóng)業(yè)機械的自動導航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要由導航感知系統(tǒng)、控制決策系統(tǒng)和車輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)三方面構(gòu)成。導航感知系統(tǒng)是利用農(nóng)業(yè)機械的傳感器對農(nóng)業(yè)機械及其所處的生產(chǎn)環(huán)境進行準確的定位，目前我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用較多的導航方法主要有機器視覺、GPS導航、組合導航單元等。導航控制決策系統(tǒng)主要是通過精確的測算對車輛的轉(zhuǎn)向進行控制，在車輛的行駛過程中通過對車輪轉(zhuǎn)角的適當調(diào)整，選擇出最好的路途，使之與預定的路徑之間的偏差達到最小，目前控制車輛的常用方法是神經(jīng)網(wǎng)絡控制法、最優(yōu)控制法、PID控制法和多種方法融合在一起的控制法。車輪的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中常用的方法是液壓控制閥組系統(tǒng)和電機驅(qū)動控制。

1.1 機器視覺

機器視覺是利用工業(yè)攝像機和電腦對人類的視覺進行模擬的一種科學方法。農(nóng)業(yè)機械的導航控制系統(tǒng)中視覺傳感器主要是用于對障礙物的檢測和路線的識別，檢測出農(nóng)業(yè)機械車輛對于目標物之間的具體方位，使農(nóng)業(yè)機械能夠自動進行路徑的追蹤和自動躲避障礙物作業(yè)。機器視覺的檢測范圍擴大，能夠獲得更多的目標物的信息，使用非常簡單，成本也較低，但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復雜性和多變性的特點，農(nóng)業(yè)機器在實際的導航過程中精度和準度與預期的差別很大，同時運用機器視覺過程中，農(nóng)業(yè)機械車輛行駛的速度要慢。此外機器視覺在處理數(shù)據(jù)時花費一定的時間，與車輛不能進行同步行駛，因此實時性也較差。

1.2 全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)實際上就是GPS系統(tǒng)，能夠連續(xù)24小時工作的定位系統(tǒng)，依靠衛(wèi)星對目標實施定位。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用較廣泛的定位技術(shù)是實時差分GPS技術(shù)，這種技術(shù)中的差分修正信號能提高GPS定位的精準度。歐美國家對GPS技術(shù)研究比我國要早，并且已經(jīng)取得了很大的成就，產(chǎn)品和技術(shù)方面都比較完善，其中最暢銷的要屬美國的天寶品牌GPS產(chǎn)品了。

1.3 慣性導航單元INS

這種慣性導航單元利用慣性元件對機械加速度進行準確測量，以實現(xiàn)對導航系統(tǒng)航位的準確的計算，然后利用傳感器獲得相應的信息，再通過數(shù)學和積分的運算掌握農(nóng)業(yè)機械的位置和速度，實現(xiàn)對車輛導航的定位控制。慣性測量單元包括陀螺儀和加速度計，加速度計主要對農(nóng)機車輛的航向信息和陀螺儀的位置信息進行習慣精確的測量。和前面兩種定位技術(shù)相比，慣性導航單元的穩(wěn)定性較好、抗干擾性較強、精確度高，不過隨著時間的推移，產(chǎn)生的誤差也會逐漸加大。所以一般把慣性導航單元和其他的導航設備共同使用進一步提高導航的精確度。

2 農(nóng)業(yè)機械導航技術(shù)的應用

2.1 用于土壤狀況的檢測

進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之前，農(nóng)業(yè)機械首先要對土壤采樣。農(nóng)業(yè)機械車輛都配置了GPS系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)，運用GIS系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)機械車的位置進行定位，并對土壤狀況進行檢測，記錄檢測信息，然后根據(jù)土壤的狀況對農(nóng)業(yè)機械作業(yè)進行控制。

2.2 對農(nóng)作物產(chǎn)量進行監(jiān)控

GPS系統(tǒng)和計算機技術(shù)以及聯(lián)合收割機相結(jié)合，對農(nóng)作物的產(chǎn)量進行監(jiān)控，但是不同的農(nóng)作物其設立的監(jiān)控器也不同。例如對豌豆產(chǎn)量的監(jiān)控，需要將質(zhì)量傳感器設置在聯(lián)合收割機的傳送帶上，同時安裝檢測植物含水量的系統(tǒng)，隨時監(jiān)控豌豆的含水量，計算機系統(tǒng)會將檢測的數(shù)據(jù)進行整理并以統(tǒng)計圖表的形式展現(xiàn)出來。

2.3 施肥量的控制

對土壤的養(yǎng)分進行技術(shù)調(diào)查，同時利用GPS定位其具體土壤位置，并利用計算機技術(shù)實現(xiàn)合理施肥的目的。農(nóng)業(yè)機械車輛運用技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)針對不同農(nóng)作物品種施用不同的肥量，根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果顯示，運用GPS技術(shù)進行施肥比傳統(tǒng)的人工施肥，節(jié)約了肥料，減少了浪費。

3 農(nóng)業(yè)機械導航技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 GPS技術(shù)的運用提高位置的精確度

在農(nóng)業(yè)機械中安裝GPS定位系統(tǒng)，能夠獲得農(nóng)業(yè)機械車輛的準確的位置，確保農(nóng)用物資的精確投入。在收割機和拖拉機中運用GPS技術(shù)，可以根據(jù)土壤的特點和土質(zhì)狀況投放物資，其應用前景很廣闊。

3.2 傳感器和液壓技術(shù)相結(jié)合進行監(jiān)控

液壓技術(shù)采用的動力傳動裝置，適于對農(nóng)業(yè)機械的工作情況進行監(jiān)控，液壓技術(shù)和傳感器技術(shù)相結(jié)合，能夠有效提高農(nóng)業(yè)機械的自動化程度，達到播種、撒藥、施肥操作的全自動化，同時在工作中收集相關(guān)信息，以便農(nóng)戶對農(nóng)作物的生長等情況詳細了解。在收割機上安裝傳感器，和GPS技術(shù)相結(jié)合，對農(nóng)作物全程監(jiān)控，促進農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。

4 結(jié)語

農(nóng)業(yè)機械導航技術(shù)的廣泛應用，對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量都有很重要的作用，我們要合理利用導航技術(shù)，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。

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