農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的研究與發(fā)展

楊宏峰

摘 要：隨著精確農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)受到越來越多的重視，農(nóng)業(yè)機(jī)械也開始向著精確化和智能化轉(zhuǎn)變，導(dǎo)航技術(shù)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械未來發(fā)展的必備技術(shù)，是實現(xiàn)農(nóng)機(jī)智能化作業(yè)的基礎(chǔ)。通過對現(xiàn)階段導(dǎo)航技術(shù)的主要形式的分析，說明了導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的主要難點與途徑。

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

中圖分類號：S220 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.008

在農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)快速發(fā)展的背景下，我國自主農(nóng)機(jī)技術(shù)正向著精確化、自動化和信息化方向發(fā)展，為進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量，最大程度地減少人力資源的消耗，農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化作業(yè)將成為農(nóng)機(jī)發(fā)展的主要趨勢。導(dǎo)航技術(shù)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展的重要技術(shù)，近年來在我國的研究與應(yīng)用也越來越多，農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動導(dǎo)航可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耕作、播種、施肥、植保、收獲等各個過程，導(dǎo)航技術(shù)與傳感器技術(shù)和信息技術(shù)相結(jié)合，能夠進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化程度，有效優(yōu)化和提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)方式與途徑，降低駕駛?cè)藛T的疲勞程度，保證農(nóng)機(jī)向更加精準(zhǔn)化方向發(fā)展。

1 農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的主要形式

1.1 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

現(xiàn)階段，很多國家都擁有獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其中以美國的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，近年來我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用也越來越多。衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要依靠太空中的衛(wèi)星形成覆蓋性網(wǎng)絡(luò)，能夠在全球位置實現(xiàn)定位與導(dǎo)航支持?，F(xiàn)階段的衛(wèi)星定位技術(shù)主要包括兩大類：一是差分GPS定位技術(shù)，二是實時動態(tài)GPS定位技術(shù)。應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航中以差分GPS技術(shù)為主，通過農(nóng)機(jī)駕駛室內(nèi)的GPS傳感器和接收器，可以對農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行精確度達(dá)到厘米級的定位，再通過控制系統(tǒng)與機(jī)械裝置的配合實現(xiàn)自動導(dǎo)航的相關(guān)要求。

1.2 視覺導(dǎo)航技術(shù)

農(nóng)機(jī)視覺導(dǎo)航主要是利用安裝在農(nóng)機(jī)上的攝像頭來識別農(nóng)田的環(huán)境信息，通過分析處理后實現(xiàn)導(dǎo)航作業(yè)。視覺導(dǎo)航主要是利用農(nóng)作物種植的行規(guī)律進(jìn)行導(dǎo)航，通過獲取直線關(guān)系和平行關(guān)系分析確定出作物行，進(jìn)而分析農(nóng)業(yè)機(jī)械與農(nóng)作物行間位置及行駛姿態(tài)，得出相應(yīng)的路徑規(guī)劃，從而實現(xiàn)自動導(dǎo)航。視覺導(dǎo)航與衛(wèi)星定位導(dǎo)航相比具有更好的靈活性，能夠在作業(yè)中收集更多的環(huán)境數(shù)據(jù)信息，同時還能夠獲取雜草、障礙物以及病蟲害等信息，具有很強(qiáng)的開發(fā)潛力。但現(xiàn)階段視覺導(dǎo)航可能受到田間環(huán)境、光線、農(nóng)作物狀態(tài)等眾多不可控因素的影響，其技術(shù)的完善程度尚不足，仍缺少能夠應(yīng)用于我國生產(chǎn)使用的產(chǎn)品，視覺導(dǎo)航只作為未來農(nóng)機(jī)導(dǎo)航作業(yè)的重要研究方向。

1.3 其它導(dǎo)航技術(shù)

除以上兩種導(dǎo)航技術(shù)外，在農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航領(lǐng)域還有很多新的導(dǎo)航技術(shù)被不斷研發(fā)。（1）激光導(dǎo)航主要是利用激光傳感器來感應(yīng)農(nóng)機(jī)的工作距離，從而得到工作區(qū)域的相關(guān)信息，較適用于果園等環(huán)境相對簡單區(qū)域使用，具有可靠性高、適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點，但作業(yè)速度受到限制，不適合高速作業(yè)使用。（2）慣性導(dǎo)航通過慣性元器件測量車輛自身的加速度，經(jīng)信息處理后得到速度和位置相關(guān)信息，達(dá)到導(dǎo)航定位的目的。慣性導(dǎo)航作為利用自身運(yùn)動信息導(dǎo)航的系統(tǒng)，不容易受外界能量的干擾，但其作業(yè)誤差相對較大，若想達(dá)到良好精度，通常需與其他導(dǎo)航方式配合使用。（3）測距導(dǎo)航利用相應(yīng)的傳感器組進(jìn)行定位，通過獲取傳感器與傳感器之間的距離信息，并將獲取的距離信息通過幾何關(guān)系轉(zhuǎn)換成定位坐標(biāo)從而實現(xiàn)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航要求。 （4）電磁導(dǎo)航利用電磁傳感器進(jìn)行導(dǎo)航作業(yè)，通過感知地下預(yù)埋的軌跡裝置，實現(xiàn)沿指定軌跡導(dǎo)航的技術(shù)要求。

2 存在問題與發(fā)展分析

農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航技術(shù)在我國經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，已經(jīng)得到了一定的普及與應(yīng)用，隨著越來越多的農(nóng)業(yè)機(jī)械使用衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行作業(yè)，農(nóng)機(jī)導(dǎo)航已逐漸被農(nóng)民接受和認(rèn)可，同時機(jī)械導(dǎo)航玉米收獲自動對行技術(shù)也逐漸形成產(chǎn)業(yè)化，顯著提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量，同時降低了駕駛員的勞動強(qiáng)度。但由于我國農(nóng)村地區(qū)環(huán)境十分復(fù)雜，導(dǎo)致單一的導(dǎo)航方式很難完全滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求，需要多種導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合才能完成工作要求。例如采用以衛(wèi)星導(dǎo)航為主的導(dǎo)航方式，在衛(wèi)星信號不良區(qū)域，通過視覺導(dǎo)航或激光導(dǎo)航進(jìn)行輔助，從而保證導(dǎo)航作業(yè)的準(zhǔn)確性。也可通過衛(wèi)星導(dǎo)航與多種傳感器技術(shù)相融合的方法來提高導(dǎo)航過程的穩(wěn)定性。

由于多種導(dǎo)航方式的結(jié)合使用可能出現(xiàn)相互之間的影響問題，根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)要求適當(dāng)?shù)剡x擇主要的導(dǎo)航方式和輔助導(dǎo)航方式，是未來導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械綜合使用的重要研究工作，針對于我國農(nóng)機(jī)使用特點和現(xiàn)實情況，開發(fā)導(dǎo)航集成技術(shù)和配套算法的研究，有利于降低導(dǎo)航綜合使用的相互影響與干擾，提高導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用的可靠性。

3 結(jié)束語

導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用無論在農(nóng)機(jī)單一裝備的安裝還是集成在智能農(nóng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，其都為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向便捷發(fā)展提供了重要幫助。我國的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)在研究和應(yīng)用上仍處于相對基礎(chǔ)階段，導(dǎo)航技術(shù)與很多現(xiàn)代化技術(shù)的結(jié)合仍需不斷探索與實踐，才能確保我國農(nóng)機(jī)裝備向智能化方向快速可靠的轉(zhuǎn)變。