智能化農業機械裝備中RTK GPS系統的應用

彭修日

（長江大學文理學院，湖北 荊州 434020）

為了進一步提升農業的生產效率，需要將電子技術和農業機械進行融合從而衍生出農業機械設備。將RTK GPS系統應用在農業生產建設過程當中能夠大幅度提升農業的生產效率，同時還能根據每塊土地的實際特點以及其相應的具體特性與不同農作物的生產特點相融合，選擇恰當的時間為農作物施加配套的生產肥料，從而有效達到落實精準農業模式的目的，在提升農業生產質量以及生產效率的同時也達到了經濟與環境效益最大化的目標。

1 RTK GPS系統技術原理

RTK GPS系統借助兩個測站的載波相位。RTK GPS系統能夠達到迅速定位的效果，把用戶和系統通過相關數據進行連接，其結構相對較為復雜。在其實際應用過程當中通過利用數據連接把觀測結構由基準站傳送到流動站。流動站通過衛星定位接收相關數據鏈接，同時借助差分處理方式給出與之相應定位的具體位置。RTK GPS系統由于其精準度相對較高，同時每個系統站點能夠接收到覆蓋范圍為5 km～10 km的半徑區域，所接收到的數據信息精確度能夠達到厘米級別。因此，這一系統在野外觀測中也能取得較好的測量效果[1-2]。

2 RTK GPS定位系統的應用優勢

“智慧農業”是在“智慧地球”概念上衍生出來的，是農業發展的高級階段，目前尚未有統一定義。其基本內涵是集成物聯網、云計算等信息技術，實現農業生產環境的智能感知、智能預警、智能分析、專家在線指導，為農業生產提供精準化種植、可視化管理、智能化決策等。智能化農業機械裝備由衛星定位、傳感器、計算機控制機和電液一體化技術共同組成。智能化農業機械裝備可以通過調整區域圖更加精準地調節和定位農業種植中的農藥分布范圍、灌溉過程當中所使用到的灌溉用量以及各個位置。借助智能化農業機械裝備能夠一方面在較大程度上避免農業生產建設過程當中的施肥、播種、灌溉等資源浪費問題；另外一方面還可以降低化肥以及農藥的使用量，從而達到減小環境污染的目的，為我國農業的可持續發展打下堅實的基礎。RTK技術在行業內部也被稱為載波相位差分技術，這項技術主要用于GPS定位系統中，是GPS系統測量的一種主要方式。借助實時處理兩個測量站中的載波相位觀測量，并且通過差分處理的方式再把基準站采集的載波相位信息發送到終端從而大幅度地減少GPS的定位誤差。傳統形態下的靜態、快速靜態以及動態測量的GPS定位測量方式在其實際應用過程當中必須要通過事后計算才可以做到厘米級別的精度。然而RTK技術可以借助差分處理方式獲取更加精準的厘米級別定位信息。因此，RTKGPS定位系統通常被應用野外測量作業中。RTK GPS測量示意圖如圖1所示。

圖1 RTK GPS測量示意圖

3 RTK GPS系統在智能化農業機械裝備中的應用

3.1 拖拉機導航應用

在現代導航技術的發展過程當中，全球定位系統無異于是一項創舉性的突破。全球定位系統在這一過程當中具有諸多的優點。這一系統具有定位精度高、定位時間精準以及定位范圍廣等特點。除此之外，該項系統能夠全天候使用。因此在野外作業中許多用戶偏愛此項導航應用系統。隨著我國科學技術的發展以及各行各業的不斷提升，自動化技術被廣泛應用在不同行業中。自動駕駛技術是借助自動導航技術，針對所設定的特定車輛沿規劃路線進行的一種導航技術。這項技術在其實際使用過程當中能夠進行形式反饋以及形式控制，在農業中適用于較為繁忙且需要開展反復性重復性的生產作業區域，例如我國某種宅基地拖拉機導航控制系統。該系統主要由以下幾大部分共同組成：第一，基準站。基準站主要的作用是接收RTK GPS定位信號。它在接收到衛星信號后對其相關數據信息進行針對性的分析與整理，從而計算出信號中的誤差，并且大幅度提升組件定位精度，使其能應用于農業生產建設中。第二，車載衛星定位組件。它通過RTK GPS定位系統接收安裝于拖拉機機體中的組件信息，并且在這一過程當中適時地發布拖拉機實時信息，達到矯正拖拉機作業位置的目的。第三，決策支持組件。決策支持組件在拖拉機導航中是最為關鍵和最為重要的一個組成部分。具體的操作人員能夠借助決策支持組件自主規劃拖拉機行駛的路線。除此之外，決策支持組件還能夠根據規劃路線和衛星定位系統接收實時信息，并且對這些所接收到的信息進行實時的計算處理，從而為人們選擇出一個最為合理的作業路線[3]。

3.2 聯合收割機應用

聯合收割機所采用的系統是由地面固定式GPS差分糾偏站和移動RTK GPS接收系統共同組成的。單相系統在其實際使用過程當中具有精準和動態的優點。其由于諸多使用優勢在定位領域、導航領域以及控制領域都被廣泛應用。其在聯合收割機的實際應用過程中信號強度較好，收割精準度相對較高，具有高精準度以及高響應效率等優點，使聯合收割機能夠達到厘米級別的定位。該項設備可以借助顯示器以及鍵盤等相關的硬件設備對聯合收割機進行運行設置。除此之外，它還能夠根據作業過程中的實際情況有效地分類設計參數，并且將這些參數存儲到接收機中，能夠將所接收到的數據借助二進制信息的3個雙向串行端口進行實時輸出，通過借助無線傳播模式的傳播路徑有效增強信號接收效果。但是，在具體的應用過程當中因為控制距離限制等原因，它會受到電臺發射高度及基準站和移動站的影響。如果農場 PCC數傳電臺天線長度為3 m，高度為14 m，那么該收割機能夠接收到的信號范圍約為35 km。通過以上計算不難發現，該系統能夠完全滿足農業生產建設過程當中的實際使用需求。除此之外，通過將RS-232串型接口和AG132型的GPS接收機進行連接，可以獲得接口數據差分信號參數波特率為9 600 b/s，得到1個停止位、1個起始位、8個數據位。相關工作人員針對這些參數進行及時設置可以使由RTK GPS系統控制的智能化機械設備在其實際應用過程當中達到自動化工作的目的，極大地減少了人力、物力、財力的支出，提升了農業生產的效率以及質量。聯合收割機效果圖如圖2所示。

圖2 聯合收割機效果圖

3.3 改良平地機

在農場中為進一步地提升農業的生產效率，對傳統的平地機進行改良。在改良過程當中可以充分運用固定基站以及移動接收系統從而進一步提升平地機的作業效率。固定基站涵蓋了接收天線、GNSS接收機等相關設備。這些設備具有較高的精準度，在導航以及定位領域方面被廣泛應用。改良平地機能夠進一步提升設備的兼容性以及接收功能，同時還能夠根據使用過程中的實際需求添加收發一體通信模塊，支持不同通信協議。而且，它還能夠與多家GNSS電臺無縫銜接，進一步提升網絡的傳輸性能，為網絡的傳輸提供更多的便捷功能。除此之外，改良平地機應用RTK技術后的效果與常規的激光控制技術相比，能夠大幅度提升工作效率，也能確保現場作業免受惡劣作業條件的影響，在提升作業精準度的同時也方便了設備后期的調試與維護[4]。

3.4 農機導航系統

RTK GPS系統的出現是現代導航技術中的突破，具有里程碑式的意義。GPS系統精準度較高，應用范圍較廣。除此之外，這項技術的功能性較強，能夠在野外觀測中起到極其重要的作用。該項系統能夠帶動自動駕駛技術的發展，同時還可以有效規劃車輛的行駛路線。在農業生產過程當中，它能夠高效完成復雜且繁重的任務。

3.5 新型噴霧機

農作物如果在生長過程當中缺乏與之相匹配的農藥與化肥比例，則很難抵御病蟲的侵害，從而致使農作物在生長過程當中缺乏營養。局部農藥過量等問題也會使得農作物過多吸收農藥與化肥，造成農業災害。采用傳統形式的噴霧機很難精準定位飛行路線，從而出現路線偏離、重復噴灑以及部分區域未噴灑到等，現將RTK GPS應用系統與傳統的噴霧機相結合，能達到精準作業的目的。和傳統的噴霧設備相比，改良后的噴霧機增加了定位模塊，其相關工作人員在其實際應用過程當中能夠在地面通過手持測繪器以及移動基站等設備操控噴霧器的位置。除此之外，該項設備還支持自定義飛行路線，能夠精準且高效地完成農藥和化肥的噴灑作業，達到較好的智能化效果[5]。

4 結語

綜上所述，隨著我國科學技術水平的進一步提升，在農業作業中加入智能化技術以及智能化作業設備，能夠有效地提升農業的生產效率。RTK GPS系統在農業裝備改進中起到了極其重要的作用。改良平地機農機導航系統以及聯合收割機等設備能夠進一步減輕農業作業中的勞動強度，大幅度提升農業作業效率，從而有效提升農業生產精度。智能化農業機械裝備能進一步助力現代化農業生產建設，為我國農業的發展打下堅實的基礎。