RTK GPS系統(tǒng)在智能化農(nóng)業(yè)機械裝備中的應(yīng)用

梁海濱

（茌平縣樂平鋪鎮(zhèn)農(nóng)機管理服務(wù)站，山東 茌平 252126）

智能化農(nóng)業(yè)機械裝備由衛(wèi)星定位、傳感器、計算機控制以及機電液一體化等技術(shù)組成。這種機械裝備能通過對區(qū)域圖進行調(diào)控，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)種子、農(nóng)藥、灌溉等使用位置以及用量，通過這種方式，不僅能避免施肥、播種、灌溉過程中的資源浪費現(xiàn)象，還能通過減少化肥、農(nóng)藥的使用，起到減少環(huán)境污染的作用，也為實現(xiàn)我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供堅強的后盾。

1 RTK GPS定位系統(tǒng)的優(yōu)勢

RTK技術(shù)又稱為載波相位差分技術(shù)，是一種常用于GPS定位系統(tǒng)測量的方法。其通過實時處理2個測量站載波相位觀測量，對其進行差分處理，再將基準(zhǔn)站采集的載波相位信息發(fā)送給接收端，從而實現(xiàn)求差解算坐標(biāo)，達到減少GPS定位誤差的目的。與往常靜態(tài)、快速靜態(tài)以及動態(tài)測量的GPS定位測量方式需要進行事后解算才能達到厘米級別的精度不同，載波相位差分技術(shù)能通過差分處理，在野外直接獲取厘米級別定位精準(zhǔn)度，也正因為如此，載波相位差分技術(shù)的出現(xiàn)提高了野外測量作業(yè)的效率。

2 RTK GPS系統(tǒng)在智能化農(nóng)業(yè)機械裝備中的應(yīng)用

2.1 拖拉機導(dǎo)航應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)的出現(xiàn)是現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)的重大突破，其具有定位精度高、時間精度準(zhǔn)確、適用范圍廣以及能全天候使用等優(yōu)點，非常適合用于經(jīng)常在野外作業(yè)的導(dǎo)航使用。自動駕駛技術(shù)是基于自動導(dǎo)航技術(shù)的基礎(chǔ)上，對車輛自主沿規(guī)劃路線進行行駛反饋的控制，這種方式多用于農(nóng)業(yè)設(shè)施中，如翻地等比較繁重且需要進行重復(fù)性作業(yè)的生產(chǎn)中。

以某種植基地拖拉機導(dǎo)航控制系統(tǒng)為例，其主要包含以下幾個部分：一是基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站的作用是負責(zé)接收RTK GPS定位衛(wèi)星信號，經(jīng)過計算得出信號中誤差，然后通過網(wǎng)絡(luò)通信方式將正確信號傳達到拖拉機，便能達到提高組件定位精度的目的；二是車載衛(wèi)星定位組件，安裝與拖拉機機體中的組件，通過結(jié)合RTK GPS定位系統(tǒng)，接收定位衛(wèi)星的信號，并且發(fā)布拖拉機實時信息，根據(jù)接收改進的差分信號，通過信號改進，從而達到矯正正確位置的目的；三是決策支持組件，決策支持組件對于拖拉機導(dǎo)航來說，是最重要的一個部分，相關(guān)人員能通過決策支持組件進行人工規(guī)劃拖拉機行駛路線，同時決策支持組件最關(guān)鍵的一個功能是根據(jù)規(guī)劃路線以及衛(wèi)星定位接收信息，進行計算，然后選擇一個最為合理的路線進行作業(yè)工作；四是執(zhí)行組件，執(zhí)行組件主要控制拖拉機轉(zhuǎn)向方面，是自動控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行者［1］。

2.2 聯(lián)合收割機應(yīng)用

以某農(nóng)場聯(lián)合收割機為例，其采取地面的固定式GPS差分糾偏站以及移動RTK GPS接收系統(tǒng)組成。地面GPS差分糾偏站采用AG214（MS750）型的雙頻GPS接收機、接收天線以及功率為35 W的PCC數(shù)傳發(fā)射電臺、PCC數(shù)傳電臺天線和12 V直流電源等機械設(shè)備。此設(shè)備由美國天寶公司生產(chǎn)，由于其精準(zhǔn)動態(tài)特點，在定位、導(dǎo)航以及控制等領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。此外，該接收機信號強度、精準(zhǔn)度較高，其提供的設(shè)備能實現(xiàn)最高精度以及最快響應(yīng)時間功能，進而提供厘米級別的定位，較適合于地面的固定式差分糾偏站接收信號使用。在接收機方面，此設(shè)備能通過提供的顯示器以及鍵盤等硬件設(shè)施對聯(lián)合收割機進行運行設(shè)置，并且可以將設(shè)計參數(shù)按照不同工作情況進行有效分類，同時儲存于接收機內(nèi)，在需要使用時，可以隨時通過ASCⅡ或者二進制信息的3個雙向串行端口輸出。

傳輸路徑采取差分數(shù)據(jù)無線傳輸模式，通過高頻無線通訊設(shè)備，信號非常強，然而由于控制距離較遠，所以會受電臺發(fā)射高度、功率以及移動站與基準(zhǔn)站阻攔。此農(nóng)場PCC數(shù)傳電臺天線長度為3 m，高度為14 m，經(jīng)過實際測量發(fā)現(xiàn)，收割機接收信號范圍最遠距離達到35 km，此距離完全能滿足使用需求。此外，PCC數(shù)傳接收機通過RS-232串行接口通過與AG132型的GPS接收機進行連接，接口數(shù)據(jù)差分信號格式參數(shù)為：波特率9 600 b/s，數(shù)據(jù)位8個，起始位1個，停止位1個，校驗位0個。通過這些參數(shù)的設(shè)置，能讓RTK GPS系統(tǒng)控制的智能化機械設(shè)備達到自動工作的目的［2］。

2.3 變量噴霧機

由于我國農(nóng)田較小，加之丘陵、山地等復(fù)雜地形較多，也因此對無人機飛行精準(zhǔn)度要求比較高，一旦無法做到精準(zhǔn)噴灑農(nóng)藥、化肥，不僅會達不到防蟲害的目的，還因為一些區(qū)域農(nóng)藥過多，產(chǎn)生藥物侵害現(xiàn)象。傳統(tǒng)無人噴霧機也正是由于GPS定位較差，偶爾會產(chǎn)生飛行線路不準(zhǔn)確、重噴或者漏噴等現(xiàn)象，而RTK技術(shù)的出現(xiàn)，也讓變量噴霧機走上了精準(zhǔn)作業(yè)之路。變量噴霧機又叫農(nóng)業(yè)植保噴霧機，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)無人機農(nóng)藥化肥噴灑作業(yè)的飛行器。其通過對原有噴霧機進行改造，在噴霧機上加裝定位模塊，然后通過地面GNSS RTK手持繪測器、GNSS RTK移動基站以及GNSS RTK固定基站等信號連接設(shè)備組成，在作業(yè)期間，變量噴霧機能根據(jù)人工設(shè)定的噴霧量、噴霧飛行路線，完成農(nóng)藥、化肥噴灑任務(wù)，并且在飛行過程中，能記錄噴灑數(shù)據(jù)，以便于人工數(shù)據(jù)采集。

變量噴霧機的精準(zhǔn)作業(yè)主要體現(xiàn)在兩方面：一是線路精準(zhǔn)，通過RTK系統(tǒng)能獲取精準(zhǔn)的預(yù)噴灑區(qū)域地形以及地形邊界信息，通過差分數(shù)據(jù)能精確到厘米級別，并且噴灑線路只需要在接收機進行設(shè)置便可，全程并不需要人進行遙控，以此實現(xiàn)自主飛行，并且通過RTK系統(tǒng)，變量噴霧機能自行規(guī)避房屋、樹木等障礙物，這種技術(shù)非常安全；二是藥量精準(zhǔn)，可以通過精準(zhǔn)變量達到精準(zhǔn)噴灑的目的，也能解決傳統(tǒng)噴霧機重噴、漏噴等問題。

2.4 變量施肥播種機

變量施肥播種機是由傳統(tǒng)的條形播種機進行改造的，能達到變量投放種子以及化肥的目的。其改造內(nèi)容主要為：加裝RTK系統(tǒng)、田間計算機、物料投放變量控制器等。其工作過程是：工作人員通過將設(shè)置的播種或者化肥數(shù)量信息存入計算機中，通過RTK移動基站以及固定基站，對施肥播種機進行線路設(shè)置，在行駛過程中，接收端經(jīng)過差分分析匹配適合的線路，通過決策組件進行有效決策，將決定的線路通過執(zhí)行組件，進行線路改進，從而達到自動播種的目的。如某農(nóng)田采取格蘭RTK-GPS差分智能精準(zhǔn)播種機進行棉花種植，其在播種過程中，需要播種2次，由于智能化播種機械存在智能選擇路線的情況，從而導(dǎo)致一次播種存在播種缺漏，而格蘭RTK-GPS差分智能精準(zhǔn)播種機在播種過程中，能識別1 m范圍內(nèi)播種缺漏區(qū)域，進而實現(xiàn)播種均勻的目的。

3 結(jié)語

RTK GPS系統(tǒng)在智能化農(nóng)業(yè)機械裝備中起到非常重要的作用，其不僅解放了勞動力，還提升了農(nóng)業(yè)作業(yè)的效率。根據(jù)上述分析可知，RTK GPS系統(tǒng)能使智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精度達到厘米級別，并且存在自行矯正線路、接收信號范圍廣以及變量控制精準(zhǔn)等優(yōu)點，如果將這項技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，將會極大地提升我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率。

［1］劉學(xué)，曹衛(wèi)彬，劉姣娣，等.RTK GPS系統(tǒng)在智能化農(nóng)業(yè)機械裝備中的應(yīng)用［J］.農(nóng)機化研究，2007（9）：182-183，186.

［2］王新忠，王熙，王智敏，等.差分GPS定位系統(tǒng)在友誼農(nóng)場精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2003（9）：32-33.