農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展分析

黃合發(fā)

農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展分析

黃合發(fā)

（江西省上高縣人才交流服務(wù)中心 336400）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，全球定位系統(tǒng)被廣泛應(yīng)于各行各業(yè)，極大便利了人們的生活和工作等等。同樣給農(nóng)業(yè)也帶來了巨大的影響和變化。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)還有更進(jìn)一步的智慧農(nóng)業(yè)的提出和發(fā)展，便是機(jī)械化和3S（GIS、GPS和RS）結(jié)合得來的更精細(xì)化、智能化的產(chǎn)物——智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。而導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到收獲的全過程中有不可替代的作用。農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航又是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。故而，其發(fā)展和展望對農(nóng)業(yè)發(fā)展和進(jìn)步具有重要意義。本文于此就農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；導(dǎo)航；應(yīng)用；發(fā)展

近年來，我國的農(nóng)業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和工業(yè)不斷進(jìn)步的帶動(dòng)下，迅猛的發(fā)展起來。雖然我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械起步較晚，但是經(jīng)過多年的不懈努力，已經(jīng)從無到有逐漸從人工到半機(jī)械化再到機(jī)械化再到目前的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展甚至是向智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。在此過程中，農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航技術(shù)占據(jù)著不可或缺的地位，起到了決定性的作用。對推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

1 農(nóng)用機(jī)械的簡介

目前農(nóng)業(yè)機(jī)械種類繁多，功能各異，如動(dòng)力機(jī)械、播種機(jī)械、中耕機(jī)械和收獲機(jī)械等等。筆者從導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用角度來講，簡單地把農(nóng)業(yè)機(jī)械分為導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械和非導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械。非導(dǎo)航的主要是指沒有動(dòng)力的、不可自走的以及比較固定的機(jī)械或是設(shè)備，比如農(nóng)機(jī)具和脫粒機(jī)之類的；而導(dǎo)航的機(jī)械主要有提供動(dòng)力的拖拉機(jī)和多公用的一體機(jī)比如聯(lián)合收獲機(jī)械，當(dāng)然還有其他像自走的播種機(jī)、插秧機(jī)、施肥機(jī)以及噴灑農(nóng)藥的機(jī)械等等。

2 導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用

導(dǎo)航技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)上應(yīng)用廣泛。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)或者智慧農(nóng)業(yè)便是有“3S”基礎(chǔ)的機(jī)械結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助的分析決策和執(zhí)行系統(tǒng)的智能化、精細(xì)化、數(shù)據(jù)化的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，以達(dá)到提高作業(yè)質(zhì)量和生產(chǎn)效率和解放大量的勞動(dòng)力的目的?！?S”具體指RS遙感技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)和GPS定位技術(shù)。在導(dǎo)航系統(tǒng)中，三者缺一不可，工作時(shí)候主要是GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，通過GIS數(shù)據(jù)庫對田地和路況進(jìn)行相關(guān)分析和調(diào)用，而RS遙感系統(tǒng)則是實(shí)時(shí)判斷和測量實(shí)際的地面信息和工作環(huán)境等等，除此之外，配合以計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的田地狀況、工作經(jīng)驗(yàn)等決策出合理的方案和任務(wù)以便具體實(shí)施執(zhí)行。整個(gè)過程中，導(dǎo)航技術(shù)都不是單獨(dú)和獨(dú)立的，而是配合其他相關(guān)技術(shù)協(xié)同工作的，就仿佛是農(nóng)業(yè)工作的“眼睛”，起到導(dǎo)航、監(jiān)察等精密智慧作業(yè)的作用。這也是我國從無到有再到與國際接軌順應(yīng)時(shí)代變化的努力以及我國自身的內(nèi)在需求和發(fā)展上的重視共同結(jié)果。

我國目前應(yīng)用較多的導(dǎo)航方法有機(jī)器視覺、GPS導(dǎo)航、組合導(dǎo)航單元等；在聯(lián)合收獲機(jī)械和大中型拖拉機(jī)中應(yīng)用比較多，其中又有導(dǎo)航控制決策系統(tǒng)，其工作原理就是選擇合適的算法來控制車輛轉(zhuǎn)向，在車輛行駛過程中不斷調(diào)整車輪轉(zhuǎn)角，盡量選擇最佳路徑并減少與預(yù)定義路徑之間的偏差；所謂機(jī)械機(jī)器視覺便是一種工業(yè)攝像機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)而模擬人類視覺的方法，主要是功能就是檢測障礙物和識別線路、檢測與目標(biāo)物的航向和位置，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑追蹤和自動(dòng)避開障礙物作業(yè)；結(jié)合實(shí)況實(shí)現(xiàn)機(jī)械導(dǎo)航定位；慣性測量單元主要包括陀螺儀和加速度計(jì)，加速度計(jì)主要是用來測量農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的航向信息和陀螺儀的坐標(biāo)信息等以提高導(dǎo)航精度。

具體應(yīng)用大致如下：

（1）土壤檢測，土地耕種之前，使用特種農(nóng)業(yè)機(jī)械對土壤進(jìn)行科學(xué)采樣檢驗(yàn)分析，以確定土質(zhì)以及適合的作物。這種農(nóng)業(yè)機(jī)械都必須裝載GPS系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)，通過GPS系統(tǒng)記錄農(nóng)業(yè)機(jī)械不同位置的不同樣本以及檢測結(jié)果，并記錄下來。

（2）控制播種施肥的用量，根據(jù)田地的土壤養(yǎng)分分布的狀況，利用帶導(dǎo)航的整地機(jī)械科學(xué)合理均勻精準(zhǔn)地進(jìn)行土壤的翻耕工作，疏松土壤等。

（3）田間管理，包括中耕施肥、保墑、除草、噴藥、灌溉等一系列工作，GPS技術(shù)可以提高位置精確度，在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)或者農(nóng)業(yè)機(jī)械中安裝了GPS定位系統(tǒng)，能夠得到農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛在田間的準(zhǔn)確位置，再結(jié)合RS以及機(jī)械機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作，可以提高農(nóng)用物資投入的精確度，根據(jù)土壤的實(shí)際狀況和特征以及田間作物的生長狀況等進(jìn)行物料的施放等。即使灌溉也可以聯(lián)網(wǎng)即時(shí)操作實(shí)現(xiàn)智能化，進(jìn)一步解放勞動(dòng)力。

（4）收獲運(yùn)輸，作物成熟以后，根據(jù)不同作物的屬性要適時(shí)并及時(shí)的進(jìn)行收獲，以期獲得最大的收益。大型聯(lián)合收獲機(jī)械上的輔助系統(tǒng)，諸如液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、LED顯示系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等是對于作物的收獲質(zhì)量的保證，而導(dǎo)航定位系統(tǒng)是收獲機(jī)械的“天眼”，是收獲工作盡可能的完美而不造成任何損失和浪費(fèi)。作為運(yùn)輸用途的農(nóng)業(yè)機(jī)械像大型懸掛式拖拉機(jī)等，更是離不開導(dǎo)航定位。

3 導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械的展望

GPS技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的發(fā)展迅猛的同時(shí)，也存在著一系列的問題，一方面導(dǎo)航定位技術(shù)開發(fā)難度比較大、技術(shù)短缺、成本高、人才稀缺等等；另一方面我國農(nóng)業(yè)種植區(qū)不同地區(qū)地形環(huán)境氣候等差異較大，所需要的作業(yè)機(jī)械種類也不盡不同，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械品種多、型號雜，沒有一套統(tǒng)一有效的機(jī)制。

我國人口不斷增長，對糧食的需求也非常大。這是我國的現(xiàn)狀。與此同時(shí)，我國各方面快速發(fā)展的同時(shí)，不但需要提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，還對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了更高的要求。新技術(shù)如機(jī)器人的應(yīng)用也越來越廣泛，機(jī)器人也可以用在農(nóng)業(yè)上；我國自主研發(fā)的北斗星導(dǎo)航系統(tǒng)也使我國的導(dǎo)航技術(shù)達(dá)到了新高度，農(nóng)業(yè)機(jī)械也將被大范圍應(yīng)用，因而在未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會起到非常重要的作用。故而，未來的農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)全程化是大勢所趨，甚至是整個(gè)農(nóng)業(yè)都會覆蓋在導(dǎo)航定位技術(shù)下進(jìn)行。整個(gè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也最切實(shí)地受益于導(dǎo)航技術(shù)帶來的革新。

[1]張美娜，呂曉蘭，陶建平，尹文慶，馮學(xué)斌.農(nóng)用車輛自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[A].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47（7）：42～470.

[2]朱清山，高廣智，牛文祥.農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)及其應(yīng)用[A].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2016，5：65～67.

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2016-11-12