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

張安鵬

摘 要 農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中的關(guān)鍵步驟，機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)作為當(dāng)今時(shí)代前沿的熱點(diǎn)內(nèi)容，也越來越被人們所關(guān)注，本文主要結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，闡述該領(lǐng)域科技發(fā)展的過程，以及探討GPS 導(dǎo)航技術(shù)和視覺導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，并且對(duì)電磁導(dǎo)航、機(jī)械導(dǎo)航、激光導(dǎo)航等技術(shù)做簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)機(jī)械 導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展 技術(shù)闡明

中圖分類號(hào)：S231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著中國當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也逐步走向現(xiàn)代化模式，信息化、數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為現(xiàn)如今農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了更加精準(zhǔn)的方向，要使相關(guān)輔助機(jī)械能更好的自主完成播種、除草、施肥、整土、收割等工作，則必須具備完善的農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)功能，即要求農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航能夠精準(zhǔn)感知周圍環(huán)境，對(duì)收集到的信息進(jìn)行翻譯處理，對(duì)自身定位以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息作出準(zhǔn)確的判定，對(duì)生產(chǎn)方向進(jìn)行合理的規(guī)劃，進(jìn)而全方位的完成各項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)。

1機(jī)械自主導(dǎo)航技術(shù)

1.1衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

俄羅斯、美國、中國以及大多數(shù)歐洲國家都有屬于自己的衛(wèi)星導(dǎo)航體系，而衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也被廣泛應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，由于GPS技術(shù)的成功，美國最先將衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械中去，在其生產(chǎn)中也起了巨大的推動(dòng)作用，其他國家也在致力于開展農(nóng)業(yè)機(jī)械GPS導(dǎo)航技術(shù)的研究工作，相比于日本、荷蘭等國家而言，我國的衛(wèi)星GPS導(dǎo)航技術(shù)起步較晚，但近年來卻得到了重視并且得以高速發(fā)展，現(xiàn)如今農(nóng)業(yè)機(jī)械衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已基本成熟，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域里，帶有衛(wèi)星導(dǎo)航裝備的拖拉機(jī)以及各種機(jī)械工具都已投入生產(chǎn)一線，這種先進(jìn)技術(shù)雖然可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量，但是一方面對(duì)周圍環(huán)境也有一定的影響。

1.2視覺導(dǎo)航技術(shù)

相比于GPS導(dǎo)航技術(shù)，視覺導(dǎo)航更具有靈活性，在收集材料時(shí)，對(duì)各種圖像能夠直觀、精確的呈現(xiàn)和保存，機(jī)械導(dǎo)航對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)周圍的環(huán)境認(rèn)識(shí)更加精準(zhǔn)，信息面得以寬泛化。美國和英國的視覺導(dǎo)航技術(shù)研究應(yīng)用較早，此外，韓國和歐美國家也緊跟其后加以研究，中國的視覺導(dǎo)航技術(shù)起步于20世紀(jì)90年代，逐年來有不少農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)W者對(duì)其進(jìn)行深刻的研究考察，他們構(gòu)筑了視覺導(dǎo)航研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過Lab色彩空間處理圖像，對(duì)農(nóng)業(yè)視覺導(dǎo)航進(jìn)行分析和研究。視覺傳感器的出現(xiàn)也是一大突破，它可以獲取農(nóng)作物周圍的環(huán)境情況，對(duì)雜草、障礙物等目標(biāo)物進(jìn)行定位和精確的導(dǎo)航，這種技術(shù)在農(nóng)田生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用，但該技術(shù)仍然存在對(duì)光照、作物狀態(tài)等不可實(shí)時(shí)控制的盲區(qū)。

1.3其他導(dǎo)航技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和視覺導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中起到了至關(guān)重要的作用，為農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化提供了方便，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的兩項(xiàng)重要導(dǎo)航技術(shù)。但除此之外，還有其他一些導(dǎo)航技術(shù)，也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了便利，具體如下所示：

1.3.1電磁導(dǎo)航技術(shù)

這種技術(shù)又稱埋線導(dǎo)航，在生產(chǎn)應(yīng)用中具有操作簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)和抗干擾等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是不易改變行徑，使用單一、有限。

1.3.2機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)

機(jī)械導(dǎo)航的發(fā)展相對(duì)較早，因?yàn)樗哂谐杀镜?、操作?jiǎn)單、使用性較強(qiáng)、容易維護(hù)等等優(yōu)點(diǎn)；但也存在機(jī)器與障礙物之間沒有遮擋設(shè)施等缺點(diǎn)。

1.3.3超聲波導(dǎo)航技術(shù)

超聲波測(cè)量技術(shù)具有方向性好、傳播性能強(qiáng)，波長(zhǎng)短、頻率高等優(yōu)勢(shì)，這種導(dǎo)航技術(shù)在使用過程中遇到雜質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的反射現(xiàn)象，能及時(shí)提醒工作人員進(jìn)行補(bǔ)救等操作。

1.3.4地磁導(dǎo)航技術(shù)

由于造價(jià)成本較低，地磁導(dǎo)航技術(shù)在很早之前就被運(yùn)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航中了，然而國內(nèi)很多地磁導(dǎo)航技術(shù)的研究并不完善，仍舊處于仿真和預(yù)研階段，具體實(shí)踐還有待研究。

2農(nóng)業(yè)導(dǎo)航機(jī)械技術(shù)分析

2.1環(huán)境感知

機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)中的環(huán)境感知也是關(guān)鍵技術(shù)之一，環(huán)境感知技術(shù)，即環(huán)境感知傳感器通過自身所攜帶的機(jī)械對(duì)周圍環(huán)境的感知、測(cè)評(píng)，并從環(huán)境范圍里提取有效信息，加以整理研究，并確定該范圍內(nèi)的環(huán)境模型。環(huán)境感知技術(shù)的強(qiáng)弱也直接決定著策略的實(shí)施效率高低質(zhì)量。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)嵺`中，例如：一個(gè)機(jī)械除草機(jī)器人，它是否能夠辨別雜草和農(nóng)作物的色彩視覺差，這也直接影響著其的工作效率。

2.2對(duì)機(jī)械導(dǎo)航的控制

隨著機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行控制技術(shù)的提升工作也顯得尤為重要，機(jī)械導(dǎo)航控制主要分：橫向控制和縱向控制。

所謂縱向控制，即為對(duì)機(jī)械導(dǎo)航的速度控制，而機(jī)械導(dǎo)航一般在工作過程中沒有太高的速度，所以控制重點(diǎn)放在橫向控制上，即對(duì)機(jī)械導(dǎo)航機(jī)器的轉(zhuǎn)向控制，在此過程中，機(jī)械導(dǎo)航控制器的設(shè)計(jì)就顯得很重要了。

2.3地圖模型的構(gòu)建

地圖構(gòu)建是地圖技術(shù)中額核心內(nèi)容，即通過機(jī)器人傳感器獲取空間模型，通過視覺傳感、激光技術(shù)和聲納等方式對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行合理化的處理，構(gòu)建成環(huán)境地圖模型。越精確的地圖在農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航中越能提高生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。在地圖構(gòu)建中，需要了解地圖主要分為柵格、幾何、拓?fù)涞貓D，三種地圖表示方法各有優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該因地制宜，切勿亂取亂用。

3農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航的發(fā)展

農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)日漸成熟，GPS導(dǎo)航技術(shù)的飛速發(fā)展，玉米收獲自動(dòng)化技術(shù)已被商業(yè)化應(yīng)用，在一定程度上節(jié)約了勞動(dòng)力，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，節(jié)省了作業(yè)時(shí)間。但是，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)田環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性依舊是導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展所面臨的考驗(yàn)核難題，例如有些在開闊場(chǎng)地很容易完成的導(dǎo)航測(cè)評(píng)，若換成密植果園這種種植密度大的環(huán)境，則很難精準(zhǔn)地完成測(cè)評(píng)工作。

因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航在實(shí)時(shí)實(shí)地操作過程中還將面臨著各種各樣的難題，所以因地實(shí)施戰(zhàn)略部署很重要，在機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的改進(jìn)上，也要注重各種導(dǎo)航技術(shù)的有機(jī)合作，在種植密度大的農(nóng)田里，激光導(dǎo)航顯然優(yōu)于機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)，對(duì)于不同的農(nóng)田特點(diǎn)，應(yīng)該設(shè)計(jì)不同的導(dǎo)航傳感器組合，致力于在不同的土地里，都可以做到導(dǎo)航測(cè)評(píng)的精準(zhǔn)性，穩(wěn)定有效地完成測(cè)評(píng)研究工作。

4總結(jié)

導(dǎo)航技術(shù)作為農(nóng)業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)，近年來被社會(huì)各界廣泛關(guān)注，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域里導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用也取得了不少成就和突破，但對(duì)于導(dǎo)航研究中所面臨的考驗(yàn)，也應(yīng)該迎難而上，研究更多更全面的導(dǎo)航預(yù)研組合，完善農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng)。

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