農機自主導航技術在玉米種植中的有效應用和發展趨勢

在農業現代化發展過程中，農機裝備發揮了重要的支撐作用，通過大力推廣現代化農機裝備，切實提升了農業生產效率，生產質量將農民群眾從繁重的農業勞作中解脫出來，增加了農戶的經濟收益。當前隨著我國農業科技水平的不斷提升，農機自動化、智能化水平顯著提高，自動化農機已經成為某些地區規模化農業生產的重要支撐，同時也成了提升農業發展質量的重要手段。農機自主導航技術是農業機械自動化的關鍵，通過將自主導航技術應用到玉米種植當中，能夠進一步實現玉米種植模式的升級換代，簡化玉米種植環節，提升種植效益，降低人力成本投入。本文主要結合實際工作經驗，探討了農機自主導航技術在玉米種植中的應用，希望對廣大同行有所借鑒。

傳統的玉米種植過程中，耕種、施肥、噴藥、收割等環節均需要人工操作，存在勞動強度大、作業效率低、成本高等問題。而隨著科技的日益發展，農機自主導航技術的應用可以解決這些問題，提高精準度和農業效率。玉米種植過程中通過積極應用自主導航技術，能夠實現玉米種植環節的機械化、自動化和智能化，大幅度提升了玉米種植的精細化水平，轉變了玉米傳統種植方式，簡化了種植環節，降低了人力成本的投入，對提高玉米產量和品質有很大幫助。

一、農機自主導航技術原理

農機自主導航技術是一種利用車載傳感器、導航系統和控制系統實現農機自動行駛的技術，在玉米種植中，農機自主導航技術的應用可以實現精確定位和自動導航，提高種植效率和精度。農機自主導航技術的核心是傳感器系統，主要包括激光雷達、攝像頭、GPS等，激光雷達可以獲取周圍環境的深度信息，用于避障和地圖構建，攝像頭用于識別道路標志和農作物，GPS可以提供位置信息。導航系統根據傳感器獲取的信息，通過算法處理和分析，實現農機的自動導航，常用的算法有基于視覺的SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）和基于激光雷達的SLAM。SLAM算法可以同時實現定位和建圖，使農機能在未知環境中自主行駛。控制系統根據導航系統的指令，控制農機的行駛速度、方向等，控制系統主要依靠PID控制、模糊控制等進行控制操作。PID控制通過對速度和轉向的控制，使農機按照預定的軌跡行駛；模糊控制則通過模糊邏輯處理不確定信息，實現自適應控制。

二、玉米種植機械化需求分析

1、玉米種植特點

玉米是我國重要的糧食作物之一，種植面積廣泛，栽培管理過程中大田玉米種植密度較高，通常種植量在3000～5000株/667m2，高密度的種植方式對播種的均勻性有很高的要求。再加上不同地區的地形復雜，玉米種植區域涵蓋平原、丘陵、山地等多種地形，這為機械化種植帶來了挑戰。同時，玉米的生長周期較短，從播種到收獲通常只有幾個月時間，季節性強，這就對機械化種植的速度和效率提出了要求。傳統的玉米種植、管理和收獲主要依賴人工，勞動強度大，特別是在播種和收獲季節，勞動力需求量極大。此外天氣、土壤等環境因素對玉米的生長影響也非常顯著，這要求機械化種植技術能夠適應不同的環境條件，結合玉米生長發育階段的實際特點，就需要不斷加強適用性機械裝備的有效推廣，大幅提升效率和質量。

2、農機作業關鍵環節剖析

在玉米栽培的農機作業環節中，合理選擇和使用農機具至關重要。依據玉米的整個生長發育過程，需要從整地環節入手，整地環節是玉米高產的基礎，使用旋耕機、深松機等機械能夠有效改善土壤結構，增加土壤通透性，為玉米根系生長創造良好條件。進入到播種階段之后，機械化播種質量直接關系到玉米的出苗率和種植密度，精準播種機的應用可以確保種子均勻分布，種植深度一致，提高出苗整齊度和苗期生長的均衡性。在施肥環節，機械化施肥技術的應用不僅提高了施肥效率，還通過深施肥等技術減少了養分的流失，提高了肥料利用率。植保環節中，使用噴霧機和無人機進行農藥噴灑，能夠有效控制病蟲害的發生和擴散，減少對環境的污染，保障玉米的健康生長。收獲環節中，聯合收割機的使用極大地提高了收獲效率，減少了人工勞動強度，同時可以保持玉米穗的完整性，減少損失。收獲后的機械脫粒和干燥設備的應用，確保了玉米的品質和儲存安全，大田秸稈直接粉碎還田利用。

3、農機導航技術的應用潛力挖掘

農機導航技術是現代農業機械化技術發展的重要方向，對于提高玉米種植機械化水平，提升農業生產效率具有重大意義。首先，玉米種植面積廣泛，傳統的人工種植方式費時費力，效率低下。而農機導航技術的應用可以實現精確定位和自動導航，大大提高農業機械作業的效率和準確性。通過導航技術農機可以精確地進行播種、施肥、噴藥等作業，避免了傳統種植中因人工操作的不準確帶來的資源浪費和環境污染。其次，玉米種植過程中需要大量的人力進行管理和維護，而農機導航技術的應用可以有效減少人力成本。農機導航技術的應用可以幫助農機進行自動化作業，減少了農民在田間的勞動強度和時間成本，該種生產方式對更好地解決基層地區農業勞動力老齡化和農業勞動力短缺的問題具有重要意義。再次，農機導航技術可以提高農業生產的智能化水平。農機生產環節通過搭載自動導航技術可以實現自動化作業，收集和分析農業生產數據，為農業生產提供科學依據，最終實現農業生產的精準管理和決策，提高農業生產效益。最后，農機導航技術的應用還能顯著提高農業機械的利用率和作業質量。導航技術可以幫助農機進行高效作業，避免了因人工操作不當導致的機械損壞和作業質量問題。

三、農機自主導航技術在玉米種植中的應用

1、農機自主導航技術在玉米機械化播種中的精準實施

最常用的是基于GPS的自主導航系統。目前有多種類型的GPS系統，如單點定位（DGPS）、實時運動RTK （Real Time Kinematic）等。RTK GPS是目前最精確的，其偏差可以控制在厘米級別，非常適合用于農業機械導航。新式農機技術通常會在拖拉機或播種機上安裝GPS接收器和導航控制設備，包括一個顯示屏、一個控制器、一個或多個GPS天線。安裝完成后，需要進行初步的系統調試和測試。在播種前，可以使用無人機或其他手段來收集地塊的地形、土壤、植被等信息。這些信息可以用于播種機的路徑規劃和播種策略的設計。根據地塊信息，設計播種機的行駛路徑。這些路徑需要考慮到地形、土壤、作物生長狀況等因素。在播種過程中，播種機將按照預設的路徑和速度自動行駛，操作人員只需要監控系統的工作狀態，并在必要時進行干預即可。播種過程中，系統會收集各種數據，如播種機的位置、速度、播種的數量和位置等。這些數據可以用于后續的數據分析和優化工作。根據收集的數據和播種的結果，評估導航系統的性能，并進行必要的優化。

2、農機自主導航技術在玉米田間管理中的高效應用

玉米田間管理包括多種作業，如施肥、灌溉、除草、病蟲害防治等。這些作業在精細農業中有其獨特的需求，自主導航技術以其精準性和高效性成為極好的應用對象。該技術在應用過程中仍然以RTK GPS為主，因為其精度較高，適于田間管理作業。在施肥機、噴藥機、灌溉設備或無人機等設備上安裝GPS接收器和導航控制設備，進行系統調試。使用無人機、遙感等技術收集地塊的土壤、植被、病蟲害等信息。這些信息將用于規劃施肥、噴藥、灌溉等作業。根據收集的地塊信息，可以設計出各種作業任務。可以根據土壤肥力和作物生長狀況，規劃施肥任務；根據植被狀況和病蟲害發生情況，規劃噴藥任務；根據土壤濕度和天氣預報，規劃灌溉任務。執行作業任務時，設備將按照預設的路徑和速度自動行駛。設備上的傳感器還可以實時監測作業狀態，如施肥量、噴藥量、灌溉量等，確保作業的精準性。根據收集的數據和作業結果，評估自主導航系統的性能，并對設備進行必要的優化。

3、農機自主導航技術在玉米收獲中的科學優化應用

在玉米收獲前，運用農機自主導航技術進行農田測繪，獲取農田的地形、土壤、作物等信息，為后續作業提供數據支持。同時，根據玉米種植模式、種植密度等參數，進行作業路徑規劃，確保收獲過程中的效率和質量。利用高精度定位算法和雙天線定位定向技術，農機自主導航系統可以實現對農機設備的精準定位，確保農機在農田中按照預設路徑進行作業。北斗衛星系統的高精度定位信號，使得作業精度達到了2.5cm。農機自主導航系統可根據農田實際情況，規劃出最優的作業路徑，避免重復作業和遺漏區域。在遇到障礙物時，系統可自動調整農機行駛路徑，確保作業順利進行。農機自主導航系統可根據農田作業需求，對農機設備的作業速度、作業深度等進行實時調整。在玉米的收獲過程中，系統可以根據作物高度、密度等信息，自動調整收獲速度和割刀高度，以確保收獲質量。自主導航系統可實時采集農機作業過程中的各項數據，如作業速度、作業面積、收獲量等。通過數據分析，可及時發現作業中的問題，調整作業參數，提高作業效率。同時，農機自主導航系統具備遠程監控功能，管理人員可以實時了解農機作業狀態，并及時提供遠程支持。在玉米收獲過程中，若農機設備出現故障，管理人員可及時協助解決，減少作業中斷時間。另外，農機自主導航技術可與農業信息化、智能化等技術相結合，實現農田生產的智能化、精準化。設備與無人機、遙感技術等相結合，實現作物生長情況的實時監測，為農機作業提供更加精確的數據支持。

四、技術挑戰與未來發展方向

1、現有農機自主導航技術應用面臨的關鍵問題

盡管農機自主導航技術在玉米種植中展示了許多優勢，但其應用也存在一些亟待解決的問題。其中導航系統的精度問題是一個重大挑戰，雖然當前的導航技術已經取得了很大進步，但在實際操作中，導航系統的精度仍然會受到地形復雜程度、天氣條件以及衛星信號干擾等各方面因素的影響，這些因素會導致農機的導航誤差，從而影響種植行距的均勻性和作業質量。另外系統在運行過程中，導航的可靠性也需要急需解決，導航系統的硬件和軟件在長期使用過程中可能會出現故障或損壞，導致農業機械無法正常工作，導航系統的更新和維護也需要較高的成本，這些都增加了經濟負擔。為了提高導航系統的可靠性，需要在硬件設計、軟件開發和系統維護等方面進行改進。從農機自主導航技術的推廣應用和普及工作開展情況來看，還存在著技術門檻和經濟門檻，雖然政府和農業部門可以通過補貼和培訓來緩解這一問題，但要實現大規模應用仍需時間和資源的投入，對于小農戶而言，購買和使用高精度導航設備的成本較高，且操作復雜，培訓成本也不容忽視。此外，農機自主導航技術在實際應用中的適應性問題也需要引起重視，不同地區的土壤類型、氣候條件和種植習慣各不相同，導航系統需要具備較強的適應能力，以滿足不同環境下的作業需求。在技術層面，導航系統的智能化水平有待提高。目前的導航系統主要依賴于預設的路徑規劃和簡單的感知技術，缺乏對環境的深度理解和自主決策能力。未來的導航系統需要引入更多的人工智能和機器學習技術，提高其環境感知和自主決策的能力，實現更高效、更智能的作業。

2、農機自主導航技術未來發展趨勢

展望未來，隨著傳感器技術、定位系統和智能算法的不斷進步，農機自主導航技術將朝著更高精度、更高效率和更低成本的方向發展。通過與大數據技術的結合，農機導航系統能夠逐步實現智能化、網絡化和協同化，為農業生產帶來革命性的變化。農機自主導航技術作為現代農業中不可或缺的部分，其核心在于通過傳感器、定位系統和智能算法的協同作用，實現高精度、高效率的農田作業。

在今后發展過程中，以現代信息技術為支撐的自主導航系統，將更加完善地構建和應用，大幅提升效率和質量。一是傳感器技術的進步為農機自主導航提供了可靠的數據支持。激光雷達、超聲波雷達、視覺傳感器等技術的發展，使得農機能夠實時感知周圍環境，識別障礙物和作物行間的距離，確保作業的精準性和安全性。二是定位系統在農機自主導航中將發揮越來越重要的作用。傳統的GPS系統由于精度有限，難以滿足農業作業的需求。而近年來RTK（實時動態差分）技術的應用大幅提升了定位精度，達到了厘米級別，高精度定位系統不僅能夠提高農機作業的準確性，還能有效減少重復作業，降低資源浪費，提升生產效率。三是智能算法則是實現農機自主導航的“大腦”。通過結合機器學習和人工智能技術，農機能夠根據傳感器和定位系統提供的數據，自主規劃作業路徑，動態調整行駛軌跡。算法的優化不僅能夠提高導航的精度和效率，還能根據不同的作業需求進行個性化設置，確保每一項農田作業都能達到最佳效果。同時，農機自主導航技術的發展將促進農業生產的智能化和信息化。隨著傳感器技術、人工智能和大數據分析技術的不斷進步，農機自主導航系統將能夠實時獲取和分析田間土壤濕度、溫度、病蟲害等環境數據，并根據這些數據進行智能決策。例如當系統檢測到某一區域的土壤濕度不足時，可以自動調整灌溉系統，確保玉米能夠獲得充足的水分，當檢測到病蟲害時，可以自動進行精準噴藥，減少農藥的使用量和對環境的影響。四是農機自主導航技術的發展將促進農業勞動力的解放和優化配置。目前，農業勞動力短缺是全球農業面臨的共同挑戰之一，特別是在一些發達國家和地區，農業從業人員的老齡化問題日益嚴重。農機自主導航技術的應用可以大幅度減少對人工操作的依賴，實現無人化作業，減輕農民的勞動強度，提高勞動生產率。總之，農機自主導航技術在玉米種植中的應用前景廣闊，但也需要各方共同努力，積極應對挑戰，推動技術的不斷進步和完善。通過政策支持、技術研發和推廣應用的多方協作，農機自主導航技術必將在未來玉米種植中發揮越來越重要的作用，助力農業現代化和可持續發展。

（作者單位：750100 寧夏銀川市永寧縣農業機械安全監理站）