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

劉崢 魏志明 蔣新啟 渠海鵬

摘 要 農(nóng)業(yè)機(jī)械的在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的關(guān)鍵技術(shù)是自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，這種技術(shù)可以使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加精細(xì)、規(guī)模更加龐大?；诖耍榻B了自動(dòng)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，借鑒國(guó)內(nèi)外有關(guān)方面的經(jīng)驗(yàn)，就導(dǎo)航的功能進(jìn)行了分析，然后分析了環(huán)境對(duì)機(jī)械導(dǎo)航的影響以及受控范圍，并且在最后預(yù)測(cè)了該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)車輛；自動(dòng)導(dǎo)航；智能控制

中圖分類號(hào)：S220 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.14.092

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在各個(gè)方面都取得了快速發(fā)展，對(duì)操作人員的要求也越來(lái)越高，由于人為失誤造成的損失經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)航技術(shù)既可以減輕人們的負(fù)擔(dān)又可以提高精確度，從而可以有效提高工作質(zhì)量和工作效率[1]。而農(nóng)業(yè)機(jī)械需要做的就是適應(yīng)周圍的環(huán)境，能夠做到自主地開(kāi)展農(nóng)業(yè)工作，要想做到這一點(diǎn)就需要不斷完善導(dǎo)航系統(tǒng)，因此需要保證農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠獲取足夠、有用的信息，并且能夠很快地處理各方面的信息，然后制訂合適的工作計(jì)劃，完成需要完成的任務(wù)。

1 機(jī)械導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)介紹

機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)主要包括3個(gè)方面：1）感知系統(tǒng)，顧名思義，它是對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的位置進(jìn)行探測(cè)，最常見(jiàn)的一種方法是GPS定位；2）控制決策系統(tǒng)，它的主要作用是減少導(dǎo)航工作中的誤差，主要通過(guò)PID控制方法進(jìn)行控制，盡可能減小誤差；3）車輛轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，它主要用來(lái)控制各輪的行駛路徑，可以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的方法進(jìn)行。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)

2.1 環(huán)境感知技術(shù)

該技術(shù)所要具有的條件就是必須要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)環(huán)境、路徑的自我控制，從而才能獲取準(zhǔn)確的信息，對(duì)有用的消息進(jìn)行加工處理。機(jī)器人的工作能力在很大程度上會(huì)受環(huán)境感知能力強(qiáng)弱的影響[2]。隨著時(shí)代的進(jìn)步，傳感器等各類方面的問(wèn)題都得到了解決，并把它應(yīng)用到了機(jī)器人上，提高了信息獲取能力。近年來(lái)，有很多人對(duì)環(huán)境感知方面進(jìn)行了研究，如安裝視覺(jué)傳感器、水平投影、連續(xù)采集兩幀圖像等都是最新研究出來(lái)的方法，這些方法在很大程度上減小了誤差。在細(xì)小地區(qū)的工作中，農(nóng)業(yè)機(jī)械通過(guò)激光來(lái)判斷阻礙物，讓其在復(fù)雜的環(huán)境中盡可能進(jìn)行規(guī)劃。這是一種先進(jìn)的方法，可以很大程度上解決在定位和路徑方面遇到的問(wèn)題，但沒(méi)有先進(jìn)的技術(shù)是不行的，如果感知能力不是很強(qiáng)，那么系統(tǒng)就無(wú)法做出正確的選擇，從而會(huì)影響工作質(zhì)量。

2.2 導(dǎo)航控制技術(shù)

該技術(shù)主要體現(xiàn)在橫向和縱向的控制上，車輛的轉(zhuǎn)向就屬于橫向控制，它主要把重點(diǎn)放在了控制器的設(shè)計(jì)上，它的主要作用就是把車輛的位置以及要走的路徑傳送給控制器進(jìn)而對(duì)路徑進(jìn)行合理規(guī)劃。速度控制則屬于縱向控制，一般在應(yīng)用的時(shí)候速度不會(huì)很高，那么其變化也會(huì)很小，所以重點(diǎn)還是橫向控制。到目前為止，智能控制、PID控制是為常見(jiàn)的。智能控制就是模擬人的行為，建立數(shù)學(xué)模型來(lái)解決問(wèn)題；PID控制主要用在控制速度方面，選取效率最高的運(yùn)行速度。

2.3 地圖生成技術(shù)

從字面上看，生成即為構(gòu)建，就是要營(yíng)造機(jī)器人的工作環(huán)境，建立空間模型。它獲取信息的方法有很多種，像激光、視覺(jué)傳感器等都是將獲取的內(nèi)容加以處理后構(gòu)建出的模型。地圖也有很多種方式，比如柵格地圖主要是對(duì)局部的地方進(jìn)行定位，這類方法需要很大的計(jì)算量，所以運(yùn)用的少；拓?fù)涞貓D是將GPS信號(hào)和視覺(jué)信息進(jìn)行融合，準(zhǔn)確程度跟地圖的好壞有關(guān)，地圖的構(gòu)建水平越高，導(dǎo)航系統(tǒng)的工作效率就越高。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航的發(fā)展分析

農(nóng)業(yè)裝備中的關(guān)鍵技術(shù)就是導(dǎo)航技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航得到高度關(guān)注，成為主要研究對(duì)象。像其中的GPS導(dǎo)航就得到了廣泛的應(yīng)用，能夠有效提高工作效率和作業(yè)質(zhì)量，同樣也能減輕工作人員的負(fù)擔(dān)。但是，由于環(huán)境具有多變性，在不同的區(qū)域其工作準(zhǔn)確度就不一樣。比如，開(kāi)闊的環(huán)境中的信號(hào)強(qiáng)度就要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于那些樹(shù)冠交錯(cuò)的樹(shù)林，由于信號(hào)的不同，技術(shù)的有效程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同。

任何事情都具有兩面性，傳感器也不例外，有的傳感器會(huì)受噪聲的干擾，會(huì)大大降低工作效率。雖然視覺(jué)傳感器采集的信息很準(zhǔn)確，但是會(huì)受光線的干擾，光照的變化都會(huì)影響傳感器的正常工作，所以在對(duì)機(jī)械導(dǎo)航的研究中，要重點(diǎn)對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)出更有優(yōu)勢(shì)的傳感器，進(jìn)而不斷提高工作效率。目前，很多企業(yè)只注重導(dǎo)航方面的問(wèn)題，在今后的研究中應(yīng)注意各方面的協(xié)調(diào)問(wèn)題。

4 導(dǎo)航技術(shù)的改進(jìn)方法

1）完善導(dǎo)航系統(tǒng)的信息，保證有足夠的信息資源。我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展相對(duì)比較落后，土地資源也很有限。我國(guó)農(nóng)村地區(qū)的地形十分復(fù)雜，如果采用導(dǎo)航技術(shù)信號(hào)就會(huì)很弱，從而無(wú)法有效開(kāi)展工作。所以，相關(guān)工作人員需要及時(shí)補(bǔ)充信息庫(kù)，盡可能多地錄入復(fù)雜地區(qū)的信息，從而才能在一定程度上提高工作質(zhì)量。2）提高設(shè)備的性能。目前，我國(guó)的機(jī)械性能仍然存在很多問(wèn)題，在使用過(guò)程中容易發(fā)生故障、發(fā)出噪音，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)輻射，從而就會(huì)嚴(yán)重影響工作效率。由于紅外線會(huì)受溫度影響，視覺(jué)導(dǎo)航也會(huì)受到嚴(yán)重影響。因此，要想提高準(zhǔn)確度，避免發(fā)生各種問(wèn)題就必須提高傳感器的性能。3）協(xié)調(diào)各設(shè)備的合作能力。我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的探索還處于起步階段，在以后的研究中要不斷提高各種設(shè)備的合作能力。

5 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)在對(duì)農(nóng)業(yè)導(dǎo)航的研究中，其功能會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大，智能程度會(huì)越來(lái)越高?？梢葬槍?duì)存在的不足對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其能夠適應(yīng)農(nóng)業(yè)復(fù)雜多變的環(huán)境，使導(dǎo)航系統(tǒng)能夠克服惡劣環(huán)境，出色地完成任務(wù)。要根據(jù)區(qū)域的不同選取不同的方法，比如，在寬闊的地方就可以選擇GPS導(dǎo)航，充分發(fā)揮其地域條件的優(yōu)越性；像密度很大的樹(shù)林就可以采取視覺(jué)導(dǎo)航進(jìn)行測(cè)量，可以有效提高工作的效率。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以通過(guò)傳感器融合的方法彌補(bǔ)這方面的不足。為了降低相關(guān)成本，需要研究出整套的技術(shù)，才能夠及時(shí)解決技術(shù)不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳延霞，趙博，毛恩榮.農(nóng)業(yè)車輛自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)綜述[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009，31（3）：242-245.

[2] 莊新斌，宣傳忠，陳智，等.噴播機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其性能仿真[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015（11）：87-90.

（責(zé)任編輯：劉昀）