農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展研究

中聯(lián)重機(jī)股份有限公司研究院

□ 貢 軍 王 強(qiáng) 孫亞紅

近年來，隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)借助智能化、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐，不斷顛覆傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展思維，呈現(xiàn)出平臺化、可視化和定制化的新特點和新趨勢。研究農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，是農(nóng)業(yè)發(fā)展新舊動能轉(zhuǎn)換的技術(shù)手段，也是實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的客觀需要。

一、農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)的實際應(yīng)用

（一）土壤環(huán)境勘察

在智慧農(nóng)業(yè)示范應(yīng)用過程中，農(nóng)作物種植前需要對農(nóng)田種植環(huán)境進(jìn)行檢測，對土壤環(huán)境進(jìn)行技術(shù)勘察，并且根據(jù)相關(guān)技術(shù)參數(shù)做好農(nóng)作物種植方案的選擇。以往人工方式的勘察活動，結(jié)果準(zhǔn)確率得不到保障?；谵r(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，準(zhǔn)確獲取采樣位置信息，將化驗后的土壤養(yǎng)肥信息與位置信息結(jié)合，獲得土壤肥力分布圖，實現(xiàn)對擬種植土地土壤環(huán)境的檢測與分析，收集土壤中水分、營養(yǎng)物質(zhì)以及化學(xué)結(jié)構(gòu)信息，為農(nóng)作物選擇與種植提供數(shù)據(jù)保障。

（二）作物成長監(jiān)控

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)作物成長周期較長，其生長效果受到天氣條件、土壤、水源以及施肥量等多種因素影響。在此過程中，針對農(nóng)作物進(jìn)行必要監(jiān)控，強(qiáng)化種植過程管理工作，具有重要意義和價值。然而，傳統(tǒng)工作模式下，人工監(jiān)測方式存在管理不足、監(jiān)視工作效率低等問題。而農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，可利用衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)農(nóng)作物，期間利用傳感器裝置傳遞農(nóng)作物生長、病蟲害信息。提升對農(nóng)作物成長環(huán)境的技術(shù)監(jiān)控，并對生產(chǎn)管理決策提供技術(shù)支撐。

（三）農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控

傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)控工作效率較低，對于現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用能力不夠，農(nóng)田作業(yè)機(jī)械化發(fā)展水平將受到限制，并且以往農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)控技術(shù)集約化程度也不夠。基于農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，有利于農(nóng)田作業(yè)監(jiān)控能力提升。技術(shù)應(yīng)用中，農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航感知單元，安裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的攝像頭、耕深傳感器等，可實現(xiàn)對農(nóng)田現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控，通過后臺算法可實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)面積的統(tǒng)計與計算，為政府管理部門提供較好的參考。

二、農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展

（一）GPS/北斗定位系統(tǒng)的引入

GPS/北斗技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平進(jìn)步的表現(xiàn)，同時也有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力的提升。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式與管理模式和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)理念不相匹配，需要利用先進(jìn)技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)發(fā)展，GPS/北斗全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)將被應(yīng)用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，提升整體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。基于GPS/北斗技術(shù)的應(yīng)用，未來農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用將實現(xiàn)智能操作甚至無人操作。

同時，由于GPS/北斗全球定位系統(tǒng)操作技術(shù)的引入，可實現(xiàn)對農(nóng)作物生長條件的分析與數(shù)據(jù)收集，并且在種植活動開展前，GPS/北斗導(dǎo)航技術(shù)與GIS 地理信息技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，可分析土壤結(jié)構(gòu)中的營養(yǎng)元素，對農(nóng)作物品種的選擇提供技術(shù)支持?；谕寥婪柿?shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用，可開展精準(zhǔn)施肥、除草技術(shù)應(yīng)用，根據(jù)不同地塊養(yǎng)分不同，通過投放農(nóng)作物生長所需的微量元素，促使農(nóng)田管理效率顯著提升，同時降低農(nóng)田肥、藥的使用，生態(tài)環(huán)保意義重大，未來GPS/北斗導(dǎo)航技術(shù)將廣泛應(yīng)用在農(nóng)場智慧生產(chǎn)過程中，并且對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中精準(zhǔn)變量作業(yè)產(chǎn)生重要影響。

GPS/北斗技術(shù)應(yīng)用中，將GNSS 天線固定在農(nóng)業(yè)機(jī)械頂部，通過電臺可接收參考站的相關(guān)信號，達(dá)到RTK 解析狀態(tài)，并將相關(guān)定位信息準(zhǔn)確傳送至電子控制單元ECU。同時，基于GPS/北斗技術(shù)應(yīng)用，也可控制設(shè)備的電磁閥、開關(guān)等，以此完成農(nóng)業(yè)機(jī)械遠(yuǎn)程操作控制。

（二）傳感與液壓技術(shù)的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展進(jìn)程中，可通過液壓技術(shù)對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制與管理，也能加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作全程監(jiān)控。液壓技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，成為農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化控制的主要形式，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)自動化、無人化奠定良好基礎(chǔ)，同時，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用也將促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的進(jìn)步與提升。例如，播種施肥機(jī)、自走式噴藥機(jī)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用。

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)，對提高農(nóng)業(yè)管理效率具有積極作用。未來農(nóng)業(yè)發(fā)展中，傳感技術(shù)的普及與應(yīng)用，可實現(xiàn)農(nóng)作物生長的智能管理與監(jiān)測，并且在管理過程中，可對相關(guān)數(shù)據(jù)信息資源收集整理，形成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，為日后生產(chǎn)與管理工作提供可靠數(shù)據(jù)支持。例如，技術(shù)人員在推廣現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)時，可將傳感器裝置內(nèi)置在播種機(jī)和收割機(jī)上，在相關(guān)機(jī)械設(shè)備應(yīng)用中，通過傳感器對播種時溫度、水分、濕度等數(shù)據(jù)信息獲取，將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供幫助。在此過程中，通過傳感裝置與GPS/北斗導(dǎo)航技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，將實現(xiàn)對農(nóng)作物生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測，提高農(nóng)田作業(yè)管理效率。

基于GPS/北斗全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)械可實現(xiàn)自動駕駛。通常情況下，農(nóng)機(jī)自動駕駛系統(tǒng)由固定參考站和車載系統(tǒng)兩個部分組成。其中，固定參考站系統(tǒng)集衛(wèi)星接收系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)為一體，自動化管理能力強(qiáng)。以拖拉機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備為例，具體工作前，需要將自動化控制系統(tǒng)安裝在機(jī)械中央控制區(qū)，并設(shè)計導(dǎo)航模式，通過RTK 基站發(fā)出的差分?jǐn)?shù)據(jù)，實現(xiàn)高精度衛(wèi)星定位，并且通過車輪角度傳感裝置向中心控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令，實現(xiàn)農(nóng)機(jī)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的實際應(yīng)用。通過對機(jī)械液壓部分的控制，配合導(dǎo)航技術(shù)也可實現(xiàn)對農(nóng)機(jī)行進(jìn)路線的優(yōu)化設(shè)計，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的智能化水平。當(dāng)前在拖拉機(jī)自動駕駛應(yīng)用中，播種、起隴作業(yè)水平的精度可控制在±2cm。

（三）智能技術(shù)信息技術(shù)的發(fā)展

在智能信息技術(shù)輔助下，使生態(tài)化管理的設(shè)想成為現(xiàn)實。研究表明，要想在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中全面應(yīng)用機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)，使其作用得到充分發(fā)揮，關(guān)鍵是加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式改革，以規(guī)?；N植為前提，以實際需求為依據(jù)，在傳統(tǒng)機(jī)械耕作方式，加大智能信息技術(shù)應(yīng)用。只有在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，精準(zhǔn)應(yīng)用智能技術(shù)、信息技術(shù)，才能將傳統(tǒng)作業(yè)模式打破，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械運行效率和作業(yè)質(zhì)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本自然會大幅降低。

農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)效率與GPS/北斗技術(shù)的結(jié)合程度存在一定關(guān)聯(lián)性，針對GPS/北斗技術(shù)在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展中的應(yīng)用，可實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械實時作業(yè)性能分析，尤其是在未來農(nóng)業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中，GPS/北斗農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)將發(fā)揮主要作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化與智慧農(nóng)業(yè)是發(fā)展趨勢，在以往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于技術(shù)水平能力有限，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員效率普遍較低，未能實現(xiàn)農(nóng)田管理效率提升。而新時期，隨著智能技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸速度加快，農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)將獲得發(fā)展機(jī)遇。

另外，智能技術(shù)信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，還使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源獲得了前所未有的保護(hù)，不僅土地資源利用效率顯著提高，資源浪費問題也得到了有效解決。當(dāng)然，智能信息技術(shù)的價值，還體現(xiàn)在為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境提供保護(hù)，使農(nóng)業(yè)所具有生態(tài)化水平得到提升。未來一段時間，農(nóng)業(yè)發(fā)展的重心都將放在“如何解決生態(tài)問題”方面，農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展方向，自然集中表現(xiàn)為生態(tài)化管理，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對智能信息技術(shù)加以應(yīng)用的比重加大，既有利于生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的實現(xiàn)，又為生態(tài)化管理及相關(guān)工作的開展奠定了基礎(chǔ)。未來，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)中，GPS/北斗導(dǎo)航技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)合，將提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，為農(nóng)業(yè)集約化、大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。

三、結(jié)論

綜上所述，在農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)與管理中，需要加強(qiáng)GPS/北斗全球定位導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，并且對傳感技術(shù)、液壓技術(shù)以及現(xiàn)代化智能網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨勢進(jìn)行研究，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展貢獻(xiàn)主要力量。同時，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，也促使了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化發(fā)展，對提升生產(chǎn)效率、作業(yè)質(zhì)量將產(chǎn)生重要影響。Θ