農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)研究進(jìn)展

0 引言

農(nóng)業(yè)機械是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中代替人力進(jìn)行各種農(nóng)業(yè)操作的機械及其配套農(nóng)機具產(chǎn)品，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要組成部分，是提高農(nóng)業(yè)工作效率，保障農(nóng)業(yè)高效、快速、低強度作業(yè)的重要條件

。隨著農(nóng)業(yè)機械化的快速推進(jìn)與高速發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)機械化正在向智能方向發(fā)展。

農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航系統(tǒng)(Agricultural Machinery Automatic Navigation Technology，AMANT)，其本質(zhì)是行駛車輛按照預(yù)設(shè)進(jìn)行自主運行的反饋控制系統(tǒng)，可以將駕駛者從單一枯燥的駕駛過程中解放出來

。在農(nóng)業(yè)機械中應(yīng)用自動導(dǎo)航技術(shù)，能實現(xiàn)在人力不進(jìn)入田間時通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行田間作業(yè)操作，改善了農(nóng)業(yè)工作人員的工作環(huán)境，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。目前，我國在部分大型農(nóng)場進(jìn)行了無人農(nóng)場的建設(shè)，主要核心技術(shù)就是農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)。

1 農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)

農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航是農(nóng)業(yè)智能化裝備的重要組成部分，主要包括田間環(huán)境獲取、農(nóng)業(yè)機械姿態(tài)信息獲取、定位技術(shù)及自動導(dǎo)航控制技術(shù)等

。其中信息獲取及導(dǎo)航控制技術(shù)是農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)的核心與基礎(chǔ)條件，其精度是決定農(nóng)業(yè)機械田間工作效率的重要保障。

農(nóng)業(yè)機械導(dǎo)航技術(shù)主要分為全路徑規(guī)劃與局部路徑規(guī)劃。全局路徑規(guī)劃主要是在整個作業(yè)區(qū)域各種環(huán)境及障礙物已知的情況下，對整個生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行全部覆蓋規(guī)劃，地塊邊界及行走方法(圖1)；隨著相關(guān)傳感器技術(shù)及靈敏度的不斷提升，對外界未知環(huán)境的獲取能力逐漸提升，可以在沒有獲取全部田間環(huán)境的情況下對未知區(qū)域進(jìn)行自動信息獲取與分析，實時進(jìn)行路徑規(guī)劃，但是對相關(guān)傳感器精度及田間環(huán)境中心處理器要求較高。

2 自動導(dǎo)航拖拉機中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 衛(wèi)星定位系統(tǒng)

當(dāng)前農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)能準(zhǔn)確對機械田間運動軌跡及行駛過程信息進(jìn)行實時采集，當(dāng)遇到障礙物時可以保障農(nóng)業(yè)機械順利避讓，保證農(nóng)業(yè)機械安全行駛，如同“眼睛”一樣的存在。目前，主要以GPS、INT及MMT技術(shù)為主要組成部分。其中，GPS和INT應(yīng)用較為廣泛。GPS技術(shù)就是常見的導(dǎo)航定位技術(shù)，主要是通過在農(nóng)業(yè)機械上安裝定位系統(tǒng)實時分享農(nóng)業(yè)機械運動軌跡及地理信息，用戶可以遠(yuǎn)程了解車輛行駛情況與路況信息。INT技術(shù)，又被稱為慣性導(dǎo)航技術(shù)，主要是依靠對車輛行駛速度及運動方向進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，進(jìn)而確定農(nóng)業(yè)機械在不同運行時間所處的地理環(huán)境。與GPS技術(shù)相比，INT技術(shù)不會受到外界環(huán)境及氣候因素的影響與干擾，要提高預(yù)測精度，需將GPS技術(shù)與INT技術(shù)進(jìn)行集合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補

。

2.2 算法優(yōu)化系統(tǒng)

我國關(guān)于人工智能算法的研究開始于20世紀(jì)90年代，由于相關(guān)技術(shù)不夠成熟，所以在各個行業(yè)的實際應(yīng)用相對落后，仍處于試驗階段，目前主要在電子、半導(dǎo)體、汽車行業(yè)及交通中應(yīng)用較為廣泛，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用屬于初級階段。未來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的精準(zhǔn)作業(yè)，對相關(guān)算法流程進(jìn)行優(yōu)化，常見的優(yōu)化算法主要包括遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法、鯨魚算法等相關(guān)種群算法。其中，遺傳算法是一種應(yīng)用較為廣泛且基礎(chǔ)的基本優(yōu)化算法，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)運動軌跡優(yōu)化時，將田間環(huán)境及地塊進(jìn)行排序優(yōu)化，降低作業(yè)重復(fù)率(圖2)；模擬退火算法在農(nóng)業(yè)機械中應(yīng)用尚不成熟，但是模擬退火算法可以很好地解決農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)中近似求解及最優(yōu)化問題，可以對大規(guī)模的數(shù)據(jù)量進(jìn)行搜索求解，相關(guān)研究人員利用模擬退火算法可以對農(nóng)業(yè)機械田間運行軌跡進(jìn)行實時規(guī)劃與選擇(圖3)，對于復(fù)雜田間環(huán)境下的障礙物避讓具有很好的優(yōu)化選擇作用

。

3 拖拉機自動導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)勢

3.1 降低勞動強度

農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)可以將駕駛操作人員從單一、重復(fù)的駕駛疲勞中解放出來，而且通常農(nóng)業(yè)環(huán)境較為惡劣，可以減輕農(nóng)戶在田間的勞動強度，用戶只需要遠(yuǎn)程操控農(nóng)業(yè)機械并關(guān)注田間作業(yè)效果即可，當(dāng)農(nóng)業(yè)機械在田間運行軌跡或者作業(yè)出現(xiàn)偏差時，及時進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控即可。運用自動導(dǎo)航技術(shù)，可以使工作人員更好地控制作業(yè)質(zhì)量，提高田間農(nóng)業(yè)機械作業(yè)效率，減輕疲勞感，在減輕用戶勞動強度、減少田間人力物力投入的同時，保證田間作業(yè)效率與作業(yè)效果。

目前，農(nóng)業(yè)機械中的定位導(dǎo)航技術(shù)是一個集多學(xué)科，包括計算機技術(shù)、機械設(shè)計與制造技術(shù)、人工智能技術(shù)、農(nóng)學(xué)技術(shù)、傳感器技術(shù)及視覺識別技術(shù)等為一體的綜合田間技術(shù)。我國地域遼闊，平原、盆地、山川、丘陵等都進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植，但是，相關(guān)農(nóng)業(yè)傳感器的應(yīng)用會受到地理環(huán)境、氣候環(huán)境等因素會影響，進(jìn)而影響自動導(dǎo)航系統(tǒng)的運行精度，限制了自動導(dǎo)航系統(tǒng)在我國不同農(nóng)田地理環(huán)境中的應(yīng)用與發(fā)展。

3.2 提高工作效率

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械化操作時，需要人力駕駛農(nóng)業(yè)機械進(jìn)行田間作業(yè)，但是當(dāng)天氣變化、降雨、高溫等，操作人員無法進(jìn)入田間進(jìn)行農(nóng)事操作，影響作業(yè)時間，耽誤農(nóng)時。因此，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)，無論是在什么田間環(huán)境及氣候環(huán)境下，都可以進(jìn)行田間農(nóng)業(yè)操作，不耽誤農(nóng)時。傳統(tǒng)工作環(huán)境下，由于田間作業(yè)復(fù)雜，尤其是在進(jìn)行作物收獲時，田間作物繁盛，容易遮擋視線，無法對周邊的環(huán)境進(jìn)行及時感知，會造成農(nóng)業(yè)操作失誤，因此，農(nóng)業(yè)機械化導(dǎo)航技術(shù)的精準(zhǔn)應(yīng)用可以提高作業(yè)效率，減少人力投入。

3.3 精準(zhǔn)作業(yè)

A陰性對照——25 μl去離子水+25 μl底物（37 ℃孵育10 min）+50 μl DPP-4酶（37 ℃下孵育60 min）+100 μl醋酸-醋酸鈉緩沖溶液；

4 自動導(dǎo)航拖拉機存在的問題及發(fā)展趨勢

4.1 存在的問題

4.1.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化程度低

農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)為我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)條件，推動我國農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展，配合相關(guān)的中耕機械、植保機械等可以完成多項農(nóng)業(yè)操作，工作人員可以定點、定位、定量地進(jìn)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)操作，對于推動我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型具有重要意義。隨著目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式逐漸趨于將多種農(nóng)業(yè)機械進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，一次進(jìn)入田間作業(yè)完成多種作業(yè)工序，可以減輕農(nóng)業(yè)機械對土地造成的碾壓，保護(hù)土壤環(huán)境。

2018年11月17日晚，第55屆金馬獎落下帷幕，這原本是一場華語電影人的盛宴，卻因一位紀(jì)錄片導(dǎo)演的不當(dāng)言論“不歡而散”。作為金馬獎評委和頒獎嘉賓的鞏俐，被不當(dāng)言論激怒，拒絕上臺頒獎，盡管李安導(dǎo)演在臺上喊話：“鞏俐你不上來跟我一起頒獎嗎？”臺下的鞏俐只是禮貌性地微笑，依然未起身。

與去年的調(diào)查相比，其他變化僅有CPA報道的AB Smithers北方木制品公司倒閉。這家工廠在我們?nèi)ツ甑拿麊沃袃H顯示9.7萬m3的年產(chǎn)能。

目前，我國農(nóng)業(yè)機械化可以基本降低農(nóng)戶的勞動強度，但是相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備仍處于初級階段，與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國農(nóng)業(yè)機械水平、生產(chǎn)作業(yè)效率及智能化程度較低，農(nóng)機裝備智能化程度的高低會影響人工智能水平及自動導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用，應(yīng)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智能化方向發(fā)展。

農(nóng)業(yè)機械化程度較低，農(nóng)業(yè)機械及其相關(guān)配套機具配合協(xié)調(diào)性較差也是影響農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)的重要因素，只有農(nóng)業(yè)機械化程度及相關(guān)配套機具水平高，才可以更好地完成田間農(nóng)業(yè)操作。由于農(nóng)業(yè)機械組裝復(fù)雜，關(guān)鍵零部件較多，在農(nóng)業(yè)操作時，容易導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機械使用故障，因此，應(yīng)該加強對農(nóng)業(yè)機械設(shè)計及制造過程中的規(guī)范操作與維修保養(yǎng)體系構(gòu)建。

4.1.1 定位導(dǎo)航精度低

4.1.2 農(nóng)業(yè)機械化及自動化水平低

“我相信，你一定能夠找到你所喜歡的學(xué)校，在那里你會學(xué)習(xí)得很快樂，而該所學(xué)校會因為你的加入而受益無窮?！?/p>

4.2 發(fā)展趨勢

4.2.1 發(fā)展配套設(shè)備，建立配套支撐體系

農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)是多種技術(shù)的交互融入及各個學(xué)科的深度融合，主要是由傳感器技術(shù)、機械設(shè)計及制造技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)等多種學(xué)科組成。傳感器技術(shù)是農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)的核心，是連接農(nóng)業(yè)機械行走路徑與外界環(huán)境的信息交換與數(shù)據(jù)處理，是決定農(nóng)業(yè)機械在田間工作效率的關(guān)鍵評價指標(biāo)；機械設(shè)計及制造技術(shù)是基礎(chǔ)，良好的農(nóng)業(yè)機械工作性能是影響田間作業(yè)質(zhì)量的重要指標(biāo)；人工智能技術(shù)是信息處理的核心，能對外界環(huán)境數(shù)據(jù)及接受信息進(jìn)行實時處理并作出精準(zhǔn)判斷。目前，我國相關(guān)傳感器自主研發(fā)性與創(chuàng)新性較差，進(jìn)口設(shè)備與國內(nèi)其他設(shè)備配合不協(xié)調(diào)，使用效果較差，因此，應(yīng)該注重基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提高自主研發(fā)性能，對于整套設(shè)備進(jìn)行自主研發(fā)，提高作業(yè)效率與配套性。

4.2.2 多種農(nóng)業(yè)機械協(xié)同導(dǎo)航工作技術(shù)

在實現(xiàn)對整機系統(tǒng)自動導(dǎo)航的同時，應(yīng)該加大對各種配套農(nóng)業(yè)機械的協(xié)同作業(yè)。當(dāng)進(jìn)行作物播種時，農(nóng)業(yè)機械按照運行軌跡進(jìn)行運動，播種機同時配合自動導(dǎo)航系統(tǒng)，可以提高播種精度，田間播種更加規(guī)范，減少重播漏播現(xiàn)象的發(fā)生；對作物進(jìn)行大面積植保、噴藥時，可以進(jìn)行精準(zhǔn)定位，辨別蟲害發(fā)生程度等級，有針對性地進(jìn)行藥量控制與噴灑，保證化學(xué)藥劑定量使用的同時進(jìn)行精準(zhǔn)噴藥，提高作業(yè)效率；當(dāng)進(jìn)行作物聯(lián)合收獲時，目前農(nóng)業(yè)機械需要一次性完成作物收獲、秸稈粉碎、土壤翻耕等技術(shù)，增加自動導(dǎo)航技術(shù)可以提高作業(yè)效率，田間環(huán)境復(fù)雜，可以減少對作物收獲時的籽粒損傷與果穗受損，保障糧食產(chǎn)量，減少田間浪費，增加農(nóng)戶收入，促進(jìn)精準(zhǔn)作業(yè)與可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

鋼筋本構(gòu)可采用理想彈塑性模型，雙線性(二折線)模型和三折線模型。理想彈塑性模型比較簡單，只考慮彈性階段和屈服階段，不考慮屈服后的強化階段。而三折線模型同時考慮了屈服平臺和強化階段的情況，模型相對比較復(fù)雜。而二折線模型在鋼筋屈服后的曲線比較平緩且呈現(xiàn)一階線性，本文采用的是二折線模型。如圖2所示。模型關(guān)鍵參數(shù)由材性試驗獲得，鋼筋的材性試驗結(jié)果見表1。

銜接在話語分析中是一個老生常談的問題，對語篇生成有著不容小覷的作用，同時也是判斷語篇連貫與否的一個重要概念。語篇是語言運用的產(chǎn)物，是靜態(tài)的成品，也是動態(tài)的過程，它呈現(xiàn)人們在言語交際中的相互關(guān)系。Halliday提出的語言三大元功能之一的人際功能，目的就是表達(dá)人們?nèi)绾问褂谜Z言建立并維持各種社會關(guān)系。我們試圖從語篇銜接和篇章格律、人際意義和篇章格律的相互關(guān)系入手，探究語篇銜接與人際意義之間的關(guān)系。

5 結(jié)語

農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，緩解由于勞動力短缺造成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力不足問題的有效手段。本研究系統(tǒng)闡述目前農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航技術(shù)的關(guān)鍵組成部分與工作原理，對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，指出目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)展難點，并以此為基礎(chǔ)提出我國未來農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航系統(tǒng)工作效率的主要研究方向與研究重點，研究結(jié)果對于提高農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航系統(tǒng)的工作效率提供技術(shù)參考與理論基礎(chǔ)。

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