導(dǎo)語(yǔ)：農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:為加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，必須加以創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)的耕作方式，與現(xiàn)代信息科技相融合。本文圍繞農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，先對(duì)GPS、視覺(jué)導(dǎo)航等導(dǎo)航方式以及幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，然后對(duì)其發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)機(jī)械化；自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)；GPS技術(shù)

將科技合理應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，有利于提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量，進(jìn)一步推動(dòng)新農(nóng)村建設(shè)。農(nóng)業(yè)機(jī)械化改變了傳統(tǒng)的耕作方式，隨著時(shí)代的發(fā)展，信息技術(shù)也開始融入其中，比如導(dǎo)航定位和農(nóng)業(yè)的融合，就是對(duì)一般機(jī)械化的升級(jí)，可降低駕駛難度，推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)進(jìn)步。機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)中功能多樣，可完成田間耕作、播種、施肥、噴藥等多項(xiàng)操作，盡可能降低遺漏作業(yè)、重復(fù)作業(yè)等情況的發(fā)生率?？傊谕茝V該技術(shù)的同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)研究，樹立創(chuàng)新意識(shí)，在智能化道路上走得更遠(yuǎn)。

1農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航中的常用方式

1.1GPS定位系統(tǒng)

GPS是具有三維定位、導(dǎo)航功能的全球定位系統(tǒng)，具有全天候、全方位、高精度等特點(diǎn)，在汽車、航空等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，使得地球社會(huì)的信息化水平得以提升[1]。該系統(tǒng)由空間部分、地面控制系統(tǒng)、用戶設(shè)備三部分組成，基本原理是根據(jù)已知位置的衛(wèi)星來(lái)確定接收機(jī)的具體位置。將其安裝在農(nóng)業(yè)機(jī)具上，在田間耕作時(shí)便可按照優(yōu)化路徑快速耕作，大大提高了農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)效率。該技術(shù)在農(nóng)業(yè)中可用于多項(xiàng)操作，比如土質(zhì)檢測(cè)和變量施肥，車輛行走在田里可采集不同位置的土壤進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。往往會(huì)結(jié)合GIS（地理信息系統(tǒng)）系統(tǒng)使用，記錄下精確位置，最終可繪制出一幅不同質(zhì)量的土壤分布圖，方便后續(xù)的變量施肥。傳統(tǒng)施肥多采用人工方式，這種方式較為粗放，主要是憑借經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在開始使用施肥車等機(jī)具，但都難以根據(jù)各處的土壤性質(zhì)進(jìn)行肥量調(diào)整，而GPS、GIS技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，很多農(nóng)村地區(qū)都進(jìn)行集約化、規(guī)?；?，大面積作業(yè)時(shí)如何準(zhǔn)確無(wú)誤地把握作業(yè)軌跡非常關(guān)鍵。GPS系統(tǒng)可保存提前確定的軌跡，實(shí)際耕作時(shí)會(huì)有系統(tǒng)引導(dǎo)和提醒，因?yàn)槁窂阶罴眩蓽p少走彎路的可能，從而省油省錢。

1.2視覺(jué)導(dǎo)航

現(xiàn)在的汽車上一般都裝有GPS、視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)等。相比于GPS技術(shù)，視覺(jué)導(dǎo)航更加直觀化，可以把周圍環(huán)境顯示在屏幕上，操作者駕駛車輛的速度可快速提升，而且精準(zhǔn)度高[2]。在平原地區(qū)進(jìn)行大面積耕作時(shí)，田間都會(huì)縱橫規(guī)劃非常整齊，視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)能夠搜集每一行的信息，提供準(zhǔn)確的位置信息。國(guó)外從20世紀(jì)80年代就開始著手研究此技術(shù)，并取得了一定的成果。比如，英國(guó)使用里程計(jì)和視覺(jué)傳感器，對(duì)車輛位置進(jìn)行控制，誤差極小。美國(guó)則在此領(lǐng)域研究出一套基于立體視覺(jué)作物行檢測(cè)的算法，可以快速精準(zhǔn)地獲取圖像。日本嘗試在農(nóng)機(jī)具前方安裝立體相機(jī)的方式，也取得了相應(yīng)的成果。直到20實(shí)際90年代中期，我國(guó)才開始研究此項(xiàng)技術(shù)，業(yè)內(nèi)人士給出了不同的建議，隨著相關(guān)研究的增多，開辟了新的研究方向。雖然該技術(shù)能精確地確定目標(biāo)作物行的位置，但田間的光照等自然條件無(wú)法控制，導(dǎo)致該技術(shù)的完善和推廣受阻，市場(chǎng)上也沒(méi)有比較可靠的產(chǎn)品。今后要想發(fā)展這一技術(shù)，必須抓住圖像獲取、光處理兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

2農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)

2.1跟蹤控制技術(shù)

跟蹤指的是定位，控制主要是對(duì)速度和轉(zhuǎn)向的控制。在農(nóng)田耕作，車速一般較低，有時(shí)對(duì)均勻度要求較高，所以必須嚴(yán)格控制速度，以免因?yàn)樗俣茸兓^(guò)大而引起其他方面的變化[3]。車輛在田間行駛耕作過(guò)程中，導(dǎo)航控制器會(huì)時(shí)刻反饋車輛信息，將之與規(guī)劃的路徑相比，如果出現(xiàn)偏差，可以及時(shí)轉(zhuǎn)向調(diào)整，以免走到規(guī)劃線路外的線路上。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制是此類導(dǎo)航控制的關(guān)鍵，可以省去構(gòu)建精確模型的步驟，直接模擬人的智能行為，解決遇到的帶有不確定性的難題。有業(yè)內(nèi)人士將其用于農(nóng)耕機(jī)動(dòng)車，系統(tǒng)帶有自學(xué)功能，很快就能適應(yīng)環(huán)境，并可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。還有一種預(yù)瞄控制方法，需要駕駛員對(duì)前方路徑提前預(yù)瞄，如果車輛位置和預(yù)瞄點(diǎn)存在誤差，也可以及時(shí)調(diào)整。

2.2環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知技術(shù)指的是利用傳感器搜集周圍環(huán)境的信息，分析處理后以有效的特征信息為基礎(chǔ)，構(gòu)建環(huán)境模型[4]。農(nóng)業(yè)機(jī)械自主導(dǎo)航技術(shù)要想不斷發(fā)展，必須先解決這一問(wèn)題，能夠準(zhǔn)確地感知環(huán)境變化，如此才能作出正確的決策。在網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，傳感器的種類不斷增多，質(zhì)量更高，同時(shí)出現(xiàn)了很多先進(jìn)的傳感器信息處理方法，對(duì)提高環(huán)境感知能力大有裨益。關(guān)于該技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航中的研究越來(lái)越多，比如有業(yè)內(nèi)人士設(shè)計(jì)了一種除草機(jī)器人，感知系統(tǒng)能夠?qū)μ镩g雜草進(jìn)行識(shí)別，反饋到總系統(tǒng)中，分析處理后對(duì)雜草進(jìn)行清除。還有人提出一種全視覺(jué)運(yùn)動(dòng)障礙目標(biāo)檢測(cè)法，不管是計(jì)算能力、障礙檢測(cè)功能，還是特征點(diǎn)匹配準(zhǔn)確度及整體檢測(cè)成功率，都比純粹的單目視覺(jué)或雙目視覺(jué)高。

2.3地圖構(gòu)建技術(shù)

這也是一項(xiàng)很關(guān)鍵的技術(shù)，環(huán)境感知和視覺(jué)導(dǎo)航都需要構(gòu)建環(huán)境地圖，一般是由傳感器搜集所需信息，處理后進(jìn)行地圖繪制。而地圖的呈現(xiàn)方式有多種，比如幾何地圖、用三維坐標(biāo)表示周圍環(huán)境信息。柵格地圖也較為常用，但主要用于導(dǎo)航，而且是局部的導(dǎo)航。其感知功能需要大量計(jì)算，所以在定位方面很少涉及。還有一種拓?fù)涞貓D，其關(guān)鍵在于如何定義拓?fù)潼c(diǎn)和拓?fù)溥叀?/p>

3農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航的未來(lái)與展望

我國(guó)人口眾多，但人均土地很少，提高糧食產(chǎn)量和質(zhì)量顯得無(wú)比重要。雖然實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，作業(yè)效率明顯提高，但依然要迎接新的挑戰(zhàn)，這就必須走智能化道路，大力發(fā)展機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，將其積極應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。針對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的多樣性、復(fù)雜性，應(yīng)根據(jù)具體的環(huán)境選擇適應(yīng)的導(dǎo)航策略。比如，GPS的精度高，適用于開闊的田間作業(yè)；而在樹冠交錯(cuò)的園林間，GPS信號(hào)受到遮擋、精度不夠時(shí)，選擇視覺(jué)導(dǎo)航或其他導(dǎo)航方法會(huì)更有效。另外，還要多研究可靠有效的傳感器融合方法，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性。針對(duì)國(guó)內(nèi)導(dǎo)航機(jī)具的特點(diǎn)，開展配套技術(shù)的集成研究，以降低相關(guān)成本。

4結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)航技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的融合是農(nóng)機(jī)化發(fā)展升級(jí)的需要，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要途徑。利用導(dǎo)航系統(tǒng)，可對(duì)田間作物行進(jìn)行定位，對(duì)車輛進(jìn)行導(dǎo)航提示，最終提高勞作效率。我國(guó)在此領(lǐng)域已取得初步成果，但相比歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，還需深入研究，樹立創(chuàng)新意識(shí)，爭(zhēng)取取得更大的突破。

作者:阿布都艾尼 單位:博樂(lè)市烏圖布拉格鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)機(jī)械管理站

參考文獻(xiàn)

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[2]錢海峰，郎春玲.農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)研究進(jìn)展[J].科研，2015（32）：15.

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[4]苗峻齊.基于激光掃描技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航避障系統(tǒng)研究[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.