農業機械導航技術研究

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摘要:為加快農業現代化建設，促進農業發展，必須加以創新，改變傳統的耕作方式，與現代信息科技相融合。本文圍繞農業機械自動導航技術，先對GPS、視覺導航等導航方式以及幾種關鍵技術進行分析，然后對其發展進行展望。

關鍵詞:農業機械化；自動導航技術；GPS技術

將科技合理應用在農業生產中，有利于提高生產效率和作業質量，進一步推動新農村建設。農業機械化改變了傳統的耕作方式，隨著時代的發展，信息技術也開始融入其中，比如導航定位和農業的融合，就是對一般機械化的升級，可降低駕駛難度，推動精準農業進步。機械自動導航技術在農業中功能多樣，可完成田間耕作、播種、施肥、噴藥等多項操作，盡可能降低遺漏作業、重復作業等情況的發生率。總之，在推廣該技術的同時還應加強研究，樹立創新意識，在智能化道路上走得更遠。

1農業機械自動導航中的常用方式

1.1GPS定位系統

GPS是具有三維定位、導航功能的全球定位系統，具有全天候、全方位、高精度等特點，在汽車、航空等領域有著廣泛應用，使得地球社會的信息化水平得以提升[1]。該系統由空間部分、地面控制系統、用戶設備三部分組成，基本原理是根據已知位置的衛星來確定接收機的具體位置。將其安裝在農業機具上，在田間耕作時便可按照優化路徑快速耕作，大大提高了農業勞動生產效率。該技術在農業中可用于多項操作，比如土質檢測和變量施肥，車輛行走在田里可采集不同位置的土壤進行質量檢測。往往會結合GIS（地理信息系統）系統使用，記錄下精確位置，最終可繪制出一幅不同質量的土壤分布圖，方便后續的變量施肥。傳統施肥多采用人工方式，這種方式較為粗放，主要是憑借經驗。現在開始使用施肥車等機具，但都難以根據各處的土壤性質進行肥量調整，而GPS、GIS技術則可以實現。當前，很多農村地區都進行集約化、規模化耕作，大面積作業時如何準確無誤地把握作業軌跡非常關鍵。GPS系統可保存提前確定的軌跡，實際耕作時會有系統引導和提醒，因為路徑最佳，可減少走彎路的可能，從而省油省錢。

1.2視覺導航

現在的汽車上一般都裝有GPS、視覺導航系統等。相比于GPS技術，視覺導航更加直觀化，可以把周圍環境顯示在屏幕上，操作者駕駛車輛的速度可快速提升，而且精準度高[2]。在平原地區進行大面積耕作時，田間都會縱橫規劃非常整齊，視覺導航技術能夠搜集每一行的信息，提供準確的位置信息。國外從20世紀80年代就開始著手研究此技術，并取得了一定的成果。比如，英國使用里程計和視覺傳感器，對車輛位置進行控制，誤差極小。美國則在此領域研究出一套基于立體視覺作物行檢測的算法，可以快速精準地獲取圖像。日本嘗試在農機具前方安裝立體相機的方式，也取得了相應的成果。直到20實際90年代中期，我國才開始研究此項技術，業內人士給出了不同的建議，隨著相關研究的增多，開辟了新的研究方向。雖然該技術能精確地確定目標作物行的位置，但田間的光照等自然條件無法控制，導致該技術的完善和推廣受阻，市場上也沒有比較可靠的產品。今后要想發展這一技術，必須抓住圖像獲取、光處理兩項關鍵技術。

2農業機械自動導航關鍵技術

2.1跟蹤控制技術

跟蹤指的是定位，控制主要是對速度和轉向的控制。在農田耕作，車速一般較低，有時對均勻度要求較高，所以必須嚴格控制速度，以免因為速度變化過大而引起其他方面的變化[3]。車輛在田間行駛耕作過程中，導航控制器會時刻反饋車輛信息，將之與規劃的路徑相比，如果出現偏差，可以及時轉向調整，以免走到規劃線路外的線路上。神經網絡控制、模糊控制是此類導航控制的關鍵，可以省去構建精確模型的步驟，直接模擬人的智能行為，解決遇到的帶有不確定性的難題。有業內人士將其用于農耕機動車，系統帶有自學功能，很快就能適應環境，并可以進行現場處理。還有一種預瞄控制方法，需要駕駛員對前方路徑提前預瞄，如果車輛位置和預瞄點存在誤差，也可以及時調整。

2.2環境感知技術

環境感知技術指的是利用傳感器搜集周圍環境的信息，分析處理后以有效的特征信息為基礎，構建環境模型[4]。農業機械自主導航技術要想不斷發展，必須先解決這一問題，能夠準確地感知環境變化，如此才能作出正確的決策。在網絡信息時代，傳感器的種類不斷增多，質量更高，同時出現了很多先進的傳感器信息處理方法，對提高環境感知能力大有裨益。關于該技術應用在農業機械導航中的研究越來越多，比如有業內人士設計了一種除草機器人，感知系統能夠對田間雜草進行識別，反饋到總系統中，分析處理后對雜草進行清除。還有人提出一種全視覺運動障礙目標檢測法，不管是計算能力、障礙檢測功能，還是特征點匹配準確度及整體檢測成功率，都比純粹的單目視覺或雙目視覺高。

2.3地圖構建技術

這也是一項很關鍵的技術，環境感知和視覺導航都需要構建環境地圖，一般是由傳感器搜集所需信息，處理后進行地圖繪制。而地圖的呈現方式有多種，比如幾何地圖、用三維坐標表示周圍環境信息。柵格地圖也較為常用，但主要用于導航，而且是局部的導航。其感知功能需要大量計算，所以在定位方面很少涉及。還有一種拓撲地圖，其關鍵在于如何定義拓撲點和拓撲邊。

3農業機械自動導航的未來與展望

我國人口眾多，但人均土地很少，提高糧食產量和質量顯得無比重要。雖然實現了機械化，作業效率明顯提高，但依然要迎接新的挑戰，這就必須走智能化道路，大力發展機械自動導航技術，將其積極應用于農業生產中。針對農業環境的多樣性、復雜性，應根據具體的環境選擇適應的導航策略。比如，GPS的精度高，適用于開闊的田間作業；而在樹冠交錯的園林間，GPS信號受到遮擋、精度不夠時，選擇視覺導航或其他導航方法會更有效。另外，還要多研究可靠有效的傳感器融合方法，以提高系統的穩定性、魯棒性。針對國內導航機具的特點，開展配套技術的集成研究，以降低相關成本。

4結語

導航技術與農業機械自動化的融合是農機化發展升級的需要，也是實現農業現代化的重要途徑。利用導航系統，可對田間作物行進行定位，對車輛進行導航提示，最終提高勞作效率。我國在此領域已取得初步成果，但相比歐美發達國家，還需深入研究，樹立創新意識，爭取取得更大的突破。

作者:阿布都艾尼 單位:博樂市烏圖布拉格鎮農業機械管理站

參考文獻

[1]李建平，林妙玲.自動導航技術在農業工程中的應用研究進展[J].農業工程學報，2006（9）：232-236.

[2]錢海峰，郎春玲.農業機械自動導航技術研究進展[J].科研，2015（32）：15.

[3]姬長英，周俊.農業機械導航技術發展分析[J].農業機械學報，2014（9）:44-54.

[4]苗峻齊.基于激光掃描技術的農業機械導航避障系統研究[D].廣州：華南農業大學，2012.