農業機械導航關鍵技術及應用分析

吳洪玉

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，智慧農業已經成為了農業機械化發展的主要方向之一，農機技術的提升使農業生產變得更為科學和簡單。導航技術作為農業機械向智能化發展的必備技術，近年來受到了相關研究人員和農機產品開發部門的足夠重視，通過介紹現階段農機導航的常用技術，說明了導航技術在農機應用的主要形式。

關鍵詞：農業機械;導航;技術;應用

中圖分類號：S220文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.040

隨著機械技術和信息技術的不斷發展，農業機械也將二者進行了有機的結合，促進了農業機械向精準化方向轉變。如今，導航技術已經應用到我們生活的方方面面，其在農業機械上的應用也成為了機械化發展的必然趨勢。自動導航技術可有效提升耕整地、植保、播種、收獲等田間作業的效率，通過利用GPS或北斗的定位技術結合PID模糊控制等先進算法，能夠有效提升農業機械的運行精度。且農業機械未來的發展也要求其必須具備自主導航的基礎功能，從而實現農業機械對外部環境的準確感知，并通過實時的信息獲取與處理，判斷自身位置與周圍環境的關系，并對工作路徑進行規劃和導航控制，以保證農業生產任務的順利完成。

1 農機導航技術

現階段應用于農業機械的導航技術以視覺導航和衛星導航為主，其適應的場合和優勢各異，但多應用于先進機型，且在我國的應用范圍較小。

1.1 視覺識別導航

視覺識別導航主要是通過先進的攝像頭和計算機算法相結合，用以模擬人眼功能進行的導航技術。應用于農業機械的視覺導航技術主要是為農機提供路線識別、機械位置測量、航向規劃以及躲避障礙物等功能。通過視覺識別能夠實現較大范圍的環境監測，從而收集足量信息，保證機械的正常行駛。由于現階段我國的農業生產規?；粡?，農田環境較為復雜，導致了視覺導航使用過程精確度的下降，且視覺導航需要在獲取信息后通過換算指導農機前進，因此行駛速度較慢，作業效率低下。

1.2 衛星導航

衛星導航主要是通過圍繞地球軌道運轉的多顆衛星構成的精確定位系統，該系統能夠實時提供農業機械在空間位置上的信息。農機衛星導航功能的實現主要依靠地面基站和移動站兩套設備，以地面基站作為地面坐標的基準，當農業機械攜帶移動站進行作業時，其衛星定位的坐標經過地面基站進行距離修正，使農業機械的作業精度再度提升。目前的農業機械導航為保證精度更多地采用了RTK差分技術，通過附加的差分修正信號改善衛星定位的精度，從而完成更為精細的導航作業任務。

1.3 組合導航

由于農業自動化技術的不斷發展，先進農機所能完成的工作也越來越精細，傳統的導航方式很難完全滿足農業機械未來發展的趨勢。因此，通過多種導航方式的優勢互補能夠有效提高定位系統的精確度，通過算法之間的優勢互補，能夠保證自動導航功能的可靠性。例如在絕大部分場合，衛星導航能夠提供精確的定位服務，但也不可避免的存在信號不良區域，這時利用視覺導航進行修正就能夠保證導航過程的連續性和穩定性，避免機械作業失誤的出現。

2 導航技術的應用情況

2.1 農作物產量監測

由于導航技術精準定位的特點，能夠結合傳感器技術對農作物產量的相關信息進行監測和收集。在實際的農業生產中，通過在收獲機械上安裝衛星定位系統，就能夠通過相關的傳感器和視覺機構獲得收獲過程的實時信息，其中衛星導航技術主要應用于定位，同時幫助收獲機械實現自主作業，通過傳感器測量農作物的產量信息，并將結果與位置信息相結合反饋給計算機端。農作物產量檢測常用到的傳感器包括壓力傳感器和濕度傳感器，分別用于收集農作物的重量和含水率，以提供農作物生長情況的第一手資料。

2.2 無人機植保作業

使用多旋翼無人機進行植保作業是近年來興起的新的植保方式，也是農業自動導航技術的良好應用方向，由于無人機植保去除了很多地面作業的影響因素，因此更適于導航技術的發揮。通過RTK差分技術實現高精度的農作物養護作業，需要保證衛星導航系統具備以下功能：一是無人機的控制端能夠依靠無線網絡向特定的無人機發射植保作業信號，信號內包含預先設定的作業方案和行駛軌跡;二是無人機在接收到控制端信號后，能夠按照預先設定好的方案和軌跡實施作業;三是無人機在飛行過程中能夠實時檢測自身狀態，并將相關信息反饋給控制端，例如農藥含量、電池電量等; 四是無人機對導航偏差能實現自行修正，能夠實現作業完成或電量不足、農藥不足情況下的自動返航。

2.3 耕地土壤信息監測

農業生產的耕地土壤質量是影響農作物產量的重要因素，土壤成分及質量是影響農作物種植的關鍵因素，傳統模式下通常采用大規模的土壤采樣方法收集區域內農業土壤信息，該種方法耗時耗力且容易出現誤差，存在精準度不足的缺陷。 基于農業機械導航技術設計的農作物土壤信息監測系統能夠實現對種植區域內土壤成分及質量信息的快速收集監測，具體的技術原理為：將 GPS 導航系統和 GIS 地理信息系統安裝在土壤信息監測設備上，GPS 導航系統用來確保設備監測工作的地理位置獲取，制定最優行進路線，實現對區域內土壤信息的快速采集和監測，而 GIS 系統則負責接收土壤監測的數據結果， 存儲并上傳到主機端。