農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在玉米種植中的有效應(yīng)用和發(fā)展趨勢

在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展過程中，農(nóng)機裝備發(fā)揮了重要的支撐作用，通過大力推廣現(xiàn)代化農(nóng)機裝備，切實提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，生產(chǎn)質(zhì)量將農(nóng)民群眾從繁重的農(nóng)業(yè)勞作中解脫出來，增加了農(nóng)戶的經(jīng)濟收益。當前隨著我國農(nóng)業(yè)科技水平的不斷提升，農(nóng)機自動化、智能化水平顯著提高，自動化農(nóng)機已經(jīng)成為某些地區(qū)規(guī)模化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要支撐，同時也成了提升農(nóng)業(yè)發(fā)展質(zhì)量的重要手段。農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)是農(nóng)業(yè)機械自動化的關(guān)鍵，通過將自主導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到玉米種植當中，能夠進一步實現(xiàn)玉米種植模式的升級換代，簡化玉米種植環(huán)節(jié)，提升種植效益，降低人力成本投入。本文主要結(jié)合實際工作經(jīng)驗，探討了農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在玉米種植中的應(yīng)用，希望對廣大同行有所借鑒。

傳統(tǒng)的玉米種植過程中，耕種、施肥、噴藥、收割等環(huán)節(jié)均需要人工操作，存在勞動強度大、作業(yè)效率低、成本高等問題。而隨著科技的日益發(fā)展，農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用可以解決這些問題，提高精準度和農(nóng)業(yè)效率。玉米種植過程中通過積極應(yīng)用自主導(dǎo)航技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)玉米種植環(huán)節(jié)的機械化、自動化和智能化，大幅度提升了玉米種植的精細化水平，轉(zhuǎn)變了玉米傳統(tǒng)種植方式，簡化了種植環(huán)節(jié)，降低了人力成本的投入，對提高玉米產(chǎn)量和品質(zhì)有很大幫助。

一、農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)原理

農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)是一種利用車載傳感器、導(dǎo)航系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)農(nóng)機自動行駛的技術(shù)，在玉米種植中，農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)精確定位和自動導(dǎo)航，提高種植效率和精度。農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)的核心是傳感器系統(tǒng)，主要包括激光雷達、攝像頭、GPS等，激光雷達可以獲取周圍環(huán)境的深度信息，用于避障和地圖構(gòu)建，攝像頭用于識別道路標志和農(nóng)作物，GPS可以提供位置信息。導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲取的信息，通過算法處理和分析，實現(xiàn)農(nóng)機的自動導(dǎo)航，常用的算法有基于視覺的SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）和基于激光雷達的SLAM。SLAM算法可以同時實現(xiàn)定位和建圖，使農(nóng)機能在未知環(huán)境中自主行駛?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)的指令，控制農(nóng)機的行駛速度、方向等，控制系統(tǒng)主要依靠PID控制、模糊控制等進行控制操作。PID控制通過對速度和轉(zhuǎn)向的控制，使農(nóng)機按照預(yù)定的軌跡行駛；模糊控制則通過模糊邏輯處理不確定信息，實現(xiàn)自適應(yīng)控制。

二、玉米種植機械化需求分析

1、玉米種植特點

玉米是我國重要的糧食作物之一，種植面積廣泛，栽培管理過程中大田玉米種植密度較高，通常種植量在3000～5000株/667m2，高密度的種植方式對播種的均勻性有很高的要求。再加上不同地區(qū)的地形復(fù)雜，玉米種植區(qū)域涵蓋平原、丘陵、山地等多種地形，這為機械化種植帶來了挑戰(zhàn)。同時，玉米的生長周期較短，從播種到收獲通常只有幾個月時間，季節(jié)性強，這就對機械化種植的速度和效率提出了要求。傳統(tǒng)的玉米種植、管理和收獲主要依賴人工，勞動強度大，特別是在播種和收獲季節(jié)，勞動力需求量極大。此外天氣、土壤等環(huán)境因素對玉米的生長影響也非常顯著，這要求機械化種植技術(shù)能夠適應(yīng)不同的環(huán)境條件，結(jié)合玉米生長發(fā)育階段的實際特點，就需要不斷加強適用性機械裝備的有效推廣，大幅提升效率和質(zhì)量。

2、農(nóng)機作業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)剖析

在玉米栽培的農(nóng)機作業(yè)環(huán)節(jié)中，合理選擇和使用農(nóng)機具至關(guān)重要。依據(jù)玉米的整個生長發(fā)育過程，需要從整地環(huán)節(jié)入手，整地環(huán)節(jié)是玉米高產(chǎn)的基礎(chǔ)，使用旋耕機、深松機等機械能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤通透性，為玉米根系生長創(chuàng)造良好條件。進入到播種階段之后，機械化播種質(zhì)量直接關(guān)系到玉米的出苗率和種植密度，精準播種機的應(yīng)用可以確保種子均勻分布，種植深度一致，提高出苗整齊度和苗期生長的均衡性。在施肥環(huán)節(jié)，機械化施肥技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了施肥效率，還通過深施肥等技術(shù)減少了養(yǎng)分的流失，提高了肥料利用率。植保環(huán)節(jié)中，使用噴霧機和無人機進行農(nóng)藥噴灑，能夠有效控制病蟲害的發(fā)生和擴散，減少對環(huán)境的污染，保障玉米的健康生長。收獲環(huán)節(jié)中，聯(lián)合收割機的使用極大地提高了收獲效率，減少了人工勞動強度，同時可以保持玉米穗的完整性，減少損失。收獲后的機械脫粒和干燥設(shè)備的應(yīng)用，確保了玉米的品質(zhì)和儲存安全，大田秸稈直接粉碎還田利用。

3、農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用潛力挖掘

農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)發(fā)展的重要方向，對于提高玉米種植機械化水平，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率具有重大意義。首先，玉米種植面積廣泛，傳統(tǒng)的人工種植方式費時費力，效率低下。而農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)精確定位和自動導(dǎo)航，大大提高農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的效率和準確性。通過導(dǎo)航技術(shù)農(nóng)機可以精確地進行播種、施肥、噴藥等作業(yè)，避免了傳統(tǒng)種植中因人工操作的不準確帶來的資源浪費和環(huán)境污染。其次，玉米種植過程中需要大量的人力進行管理和維護，而農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用可以有效減少人力成本。農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用可以幫助農(nóng)機進行自動化作業(yè)，減少了農(nóng)民在田間的勞動強度和時間成本，該種生產(chǎn)方式對更好地解決基層地區(qū)農(nóng)業(yè)勞動力老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力短缺的問題具有重要意義。再次，農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平。農(nóng)機生產(chǎn)環(huán)節(jié)通過搭載自動導(dǎo)航技術(shù)可以實現(xiàn)自動化作業(yè)，收集和分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準管理和決策，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。最后，農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用還能顯著提高農(nóng)業(yè)機械的利用率和作業(yè)質(zhì)量。導(dǎo)航技術(shù)可以幫助農(nóng)機進行高效作業(yè)，避免了因人工操作不當導(dǎo)致的機械損壞和作業(yè)質(zhì)量問題。

三、農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在玉米種植中的應(yīng)用

1、農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在玉米機械化播種中的精準實施

最常用的是基于GPS的自主導(dǎo)航系統(tǒng)。目前有多種類型的GPS系統(tǒng)，如單點定位（DGPS）、實時運動RTK （Real Time Kinematic）等。RTK GPS是目前最精確的，其偏差可以控制在厘米級別，非常適合用于農(nóng)業(yè)機械導(dǎo)航。新式農(nóng)機技術(shù)通常會在拖拉機或播種機上安裝GPS接收器和導(dǎo)航控制設(shè)備，包括一個顯示屏、一個控制器、一個或多個GPS天線。安裝完成后，需要進行初步的系統(tǒng)調(diào)試和測試。在播種前，可以使用無人機或其他手段來收集地塊的地形、土壤、植被等信息。這些信息可以用于播種機的路徑規(guī)劃和播種策略的設(shè)計。根據(jù)地塊信息，設(shè)計播種機的行駛路徑。這些路徑需要考慮到地形、土壤、作物生長狀況等因素。在播種過程中，播種機將按照預(yù)設(shè)的路徑和速度自動行駛，操作人員只需要監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并在必要時進行干預(yù)即可。播種過程中，系統(tǒng)會收集各種數(shù)據(jù)，如播種機的位置、速度、播種的數(shù)量和位置等。這些數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化工作。根據(jù)收集的數(shù)據(jù)和播種的結(jié)果，評估導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，并進行必要的優(yōu)化。

2、農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在玉米田間管理中的高效應(yīng)用

玉米田間管理包括多種作業(yè)，如施肥、灌溉、除草、病蟲害防治等。這些作業(yè)在精細農(nóng)業(yè)中有其獨特的需求，自主導(dǎo)航技術(shù)以其精準性和高效性成為極好的應(yīng)用對象。該技術(shù)在應(yīng)用過程中仍然以RTK GPS為主，因為其精度較高，適于田間管理作業(yè)。在施肥機、噴藥機、灌溉設(shè)備或無人機等設(shè)備上安裝GPS接收器和導(dǎo)航控制設(shè)備，進行系統(tǒng)調(diào)試。使用無人機、遙感等技術(shù)收集地塊的土壤、植被、病蟲害等信息。這些信息將用于規(guī)劃施肥、噴藥、灌溉等作業(yè)。根據(jù)收集的地塊信息，可以設(shè)計出各種作業(yè)任務(wù)?？梢愿鶕?jù)土壤肥力和作物生長狀況，規(guī)劃施肥任務(wù)；根據(jù)植被狀況和病蟲害發(fā)生情況，規(guī)劃噴藥任務(wù)；根據(jù)土壤濕度和天氣預(yù)報，規(guī)劃灌溉任務(wù)。執(zhí)行作業(yè)任務(wù)時，設(shè)備將按照預(yù)設(shè)的路徑和速度自動行駛。設(shè)備上的傳感器還可以實時監(jiān)測作業(yè)狀態(tài)，如施肥量、噴藥量、灌溉量等，確保作業(yè)的精準性。根據(jù)收集的數(shù)據(jù)和作業(yè)結(jié)果，評估自主導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，并對設(shè)備進行必要的優(yōu)化。

3、農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在玉米收獲中的科學(xué)優(yōu)化應(yīng)用

在玉米收獲前，運用農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)進行農(nóng)田測繪，獲取農(nóng)田的地形、土壤、作物等信息，為后續(xù)作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。同時，根據(jù)玉米種植模式、種植密度等參數(shù)，進行作業(yè)路徑規(guī)劃，確保收獲過程中的效率和質(zhì)量。利用高精度定位算法和雙天線定位定向技術(shù)，農(nóng)機自主導(dǎo)航系統(tǒng)可以實現(xiàn)對農(nóng)機設(shè)備的精準定位，確保農(nóng)機在農(nóng)田中按照預(yù)設(shè)路徑進行作業(yè)。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的高精度定位信號，使得作業(yè)精度達到了2.5cm。農(nóng)機自主導(dǎo)航系統(tǒng)可根據(jù)農(nóng)田實際情況，規(guī)劃出最優(yōu)的作業(yè)路徑，避免重復(fù)作業(yè)和遺漏區(qū)域。在遇到障礙物時，系統(tǒng)可自動調(diào)整農(nóng)機行駛路徑，確保作業(yè)順利進行。農(nóng)機自主導(dǎo)航系統(tǒng)可根據(jù)農(nóng)田作業(yè)需求，對農(nóng)機設(shè)備的作業(yè)速度、作業(yè)深度等進行實時調(diào)整。在玉米的收獲過程中，系統(tǒng)可以根據(jù)作物高度、密度等信息，自動調(diào)整收獲速度和割刀高度，以確保收獲質(zhì)量。自主導(dǎo)航系統(tǒng)可實時采集農(nóng)機作業(yè)過程中的各項數(shù)據(jù)，如作業(yè)速度、作業(yè)面積、收獲量等。通過數(shù)據(jù)分析，可及時發(fā)現(xiàn)作業(yè)中的問題，調(diào)整作業(yè)參數(shù)，提高作業(yè)效率。同時，農(nóng)機自主導(dǎo)航系統(tǒng)具備遠程監(jiān)控功能，管理人員可以實時了解農(nóng)機作業(yè)狀態(tài)，并及時提供遠程支持。在玉米收獲過程中，若農(nóng)機設(shè)備出現(xiàn)故障，管理人員可及時協(xié)助解決，減少作業(yè)中斷時間。另外，農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)可與農(nóng)業(yè)信息化、智能化等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)農(nóng)田生產(chǎn)的智能化、精準化。設(shè)備與無人機、遙感技術(shù)等相結(jié)合，實現(xiàn)作物生長情況的實時監(jiān)測，為農(nóng)機作業(yè)提供更加精確的數(shù)據(jù)支持。

四、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向

1、現(xiàn)有農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用面臨的關(guān)鍵問題

盡管農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在玉米種植中展示了許多優(yōu)勢，但其應(yīng)用也存在一些亟待解決的問題。其中導(dǎo)航系統(tǒng)的精度問題是一個重大挑戰(zhàn)，雖然當前的導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)取得了很大進步，但在實際操作中，導(dǎo)航系統(tǒng)的精度仍然會受到地形復(fù)雜程度、天氣條件以及衛(wèi)星信號干擾等各方面因素的影響，這些因素會導(dǎo)致農(nóng)機的導(dǎo)航誤差，從而影響種植行距的均勻性和作業(yè)質(zhì)量。另外系統(tǒng)在運行過程中，導(dǎo)航的可靠性也需要急需解決，導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件和軟件在長期使用過程中可能會出現(xiàn)故障或損壞，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機械無法正常工作，導(dǎo)航系統(tǒng)的更新和維護也需要較高的成本，這些都增加了經(jīng)濟負擔。為了提高導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性，需要在硬件設(shè)計、軟件開發(fā)和系統(tǒng)維護等方面進行改進。從農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)的推廣應(yīng)用和普及工作開展情況來看，還存在著技術(shù)門檻和經(jīng)濟門檻，雖然政府和農(nóng)業(yè)部門可以通過補貼和培訓(xùn)來緩解這一問題，但要實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用仍需時間和資源的投入，對于小農(nóng)戶而言，購買和使用高精度導(dǎo)航設(shè)備的成本較高，且操作復(fù)雜，培訓(xùn)成本也不容忽視。此外，農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在實際應(yīng)用中的適應(yīng)性問題也需要引起重視，不同地區(qū)的土壤類型、氣候條件和種植習(xí)慣各不相同，導(dǎo)航系統(tǒng)需要具備較強的適應(yīng)能力，以滿足不同環(huán)境下的作業(yè)需求。在技術(shù)層面，導(dǎo)航系統(tǒng)的智能化水平有待提高。目前的導(dǎo)航系統(tǒng)主要依賴于預(yù)設(shè)的路徑規(guī)劃和簡單的感知技術(shù)，缺乏對環(huán)境的深度理解和自主決策能力。未來的導(dǎo)航系統(tǒng)需要引入更多的人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，提高其環(huán)境感知和自主決策的能力，實現(xiàn)更高效、更智能的作業(yè)。

2、農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)未來發(fā)展趨勢

展望未來，隨著傳感器技術(shù)、定位系統(tǒng)和智能算法的不斷進步，農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)將朝著更高精度、更高效率和更低成本的方向發(fā)展。通過與大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合，農(nóng)機導(dǎo)航系統(tǒng)能夠逐步實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化和協(xié)同化，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來革命性的變化。農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中不可或缺的部分，其核心在于通過傳感器、定位系統(tǒng)和智能算法的協(xié)同作用，實現(xiàn)高精度、高效率的農(nóng)田作業(yè)。

在今后發(fā)展過程中，以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐的自主導(dǎo)航系統(tǒng)，將更加完善地構(gòu)建和應(yīng)用，大幅提升效率和質(zhì)量。一是傳感器技術(shù)的進步為農(nóng)機自主導(dǎo)航提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。激光雷達、超聲波雷達、視覺傳感器等技術(shù)的發(fā)展，使得農(nóng)機能夠?qū)崟r感知周圍環(huán)境，識別障礙物和作物行間的距離，確保作業(yè)的精準性和安全性。二是定位系統(tǒng)在農(nóng)機自主導(dǎo)航中將發(fā)揮越來越重要的作用。傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)由于精度有限，難以滿足農(nóng)業(yè)作業(yè)的需求。而近年來RTK（實時動態(tài)差分）技術(shù)的應(yīng)用大幅提升了定位精度，達到了厘米級別，高精度定位系統(tǒng)不僅能夠提高農(nóng)機作業(yè)的準確性，還能有效減少重復(fù)作業(yè)，降低資源浪費，提升生產(chǎn)效率。三是智能算法則是實現(xiàn)農(nóng)機自主導(dǎo)航的“大腦”。通過結(jié)合機器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，農(nóng)機能夠根據(jù)傳感器和定位系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，自主規(guī)劃作業(yè)路徑，動態(tài)調(diào)整行駛軌跡。算法的優(yōu)化不僅能夠提高導(dǎo)航的精度和效率，還能根據(jù)不同的作業(yè)需求進行個性化設(shè)置，確保每一項農(nóng)田作業(yè)都能達到最佳效果。同時，農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展將促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和信息化。隨著傳感器技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷進步，農(nóng)機自主導(dǎo)航系統(tǒng)將能夠?qū)崟r獲取和分析田間土壤濕度、溫度、病蟲害等環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行智能決策。例如當系統(tǒng)檢測到某一區(qū)域的土壤濕度不足時，可以自動調(diào)整灌溉系統(tǒng)，確保玉米能夠獲得充足的水分，當檢測到病蟲害時，可以自動進行精準噴藥，減少農(nóng)藥的使用量和對環(huán)境的影響。四是農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展將促進農(nóng)業(yè)勞動力的解放和優(yōu)化配置。目前，農(nóng)業(yè)勞動力短缺是全球農(nóng)業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)之一，特別是在一些發(fā)達國家和地區(qū)，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的老齡化問題日益嚴重。農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用可以大幅度減少對人工操作的依賴，實現(xiàn)無人化作業(yè)，減輕農(nóng)民的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率?？傊?，農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)在玉米種植中的應(yīng)用前景廣闊，但也需要各方共同努力，積極應(yīng)對挑戰(zhàn)，推動技術(shù)的不斷進步和完善。通過政策支持、技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用的多方協(xié)作，農(nóng)機自主導(dǎo)航技術(shù)必將在未來玉米種植中發(fā)揮越來越重要的作用，助力農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展。

（作者單位：750100 寧夏銀川市永寧縣農(nóng)業(yè)機械安全監(jiān)理站）