GPS自動(dòng)駕駛技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用

胡曉春

GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）協(xié)同傳感器、計(jì)算機(jī)控制、機(jī)電液一體化等科技成果，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)田問作業(yè)的機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航、耕地精確定位以及機(jī)械自動(dòng)適應(yīng)地形起伏等情況。為了實(shí)踐上述功能，GPS系統(tǒng)的接收系統(tǒng)需要有效地與農(nóng)業(yè)機(jī)械相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械在田間自動(dòng)作業(yè)的新型革命。即通過GPS等技術(shù)集成，準(zhǔn)確地控制和操縱各種農(nóng)業(yè)電子機(jī)械，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)電子機(jī)械的智能化，農(nóng)場實(shí)現(xiàn)全天候連續(xù)作業(yè)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的可持續(xù)發(fā)展。本文首先介紹了GPS自動(dòng)駕駛技術(shù)目前在國內(nèi)和國外的應(yīng)用情況，并根據(jù)其工作原理在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械上的實(shí)際效果與應(yīng)用，闡述了自動(dòng)駕駛技術(shù)在現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用的未來發(fā)展趨勢。

1自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用情況

為了能夠更好的分析和處理農(nóng)業(yè)田間管理.可靠提高農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)現(xiàn)代化程度，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。所謂精準(zhǔn)農(nóng)業(yè).是指農(nóng)業(yè)智能化和信息化在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，其中，智能化就涵蓋了GPS自動(dòng)駕駛技術(shù)。發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，可以極大地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)能減排，有效保護(hù)土地等，為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來諸多好處。為了走上符合中國國情的精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)發(fā)展道路，國內(nèi)已經(jīng)在不斷研究和發(fā)展相關(guān)的各種核心技術(shù)，下文從自動(dòng)駕駛技術(shù)在現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用這一角度，集中闡述。

1.1國外自動(dòng)駕駛技術(shù)研究情況。自動(dòng)駕駛技術(shù)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的工程體系，是對于GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的一種應(yīng)用技術(shù).其中衛(wèi)星定位的精度高低直接對自動(dòng)駕駛的效果產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。國外對于這種利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)駕駛技術(shù)的研究開始的很早，只不過受限于美國政府關(guān)于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的SA政策影響，直到2000年，才開始解禁。所以，衛(wèi)星定位系統(tǒng)真正參與到自動(dòng)駕駛是近幾年的事情，嚴(yán)格來說我國在此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用上，不算晚，但基于信息技術(shù)更新速度層面來講，在自動(dòng)駕駛技術(shù)研究與創(chuàng)新方面，還需要加強(qiáng)。

1.2國內(nèi)自動(dòng)駕駛技術(shù)研究情況。我國正式開展對于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的研究起源于2003年5月25日.我國“北斗一號(hào)”衛(wèi)星的發(fā)射成功，及至6月1日，我國自主研發(fā)的“北斗運(yùn)營服務(wù)平臺(tái)”正式開通，標(biāo)志著我國已經(jīng)擁有了完全自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，產(chǎn)自北斗星通公司的自動(dòng)駕駛產(chǎn)品也逐漸進(jìn)入農(nóng)業(yè)應(yīng)用階段。

2 GPS自動(dòng)駕駛系統(tǒng)涉及技術(shù)分析

2.1衛(wèi)星定位系統(tǒng)工作原理。首先要確定衛(wèi)星定位系統(tǒng)的基站位置.通常衛(wèi)星定位系統(tǒng)的基站都放置于位置較高的建筑或地區(qū)，通過對基站設(shè)置，獲取天線所處的地理坐標(biāo)，利用相關(guān)軟件對設(shè)置基站，在通過基站產(chǎn)生差分信號(hào)，最后通過網(wǎng)絡(luò)將差分信號(hào)傳人到該基站的各個(gè)移動(dòng)站?；竟ぷ鞯臅r(shí)候，基站和移動(dòng)站所獲取的信號(hào)來自同一顆衛(wèi)星，不同的是，基站是將信號(hào)同自我地理位置相聯(lián)系，經(jīng)過模塊，計(jì)算出差分信號(hào).該信號(hào)再經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)傳遞給移動(dòng)站模塊，而移動(dòng)站是再受到該信號(hào)后，利用移動(dòng)站模塊聯(lián)系移動(dòng)站所謂地理位置，運(yùn)用計(jì)算公式.得出更精確的信息。

具體情況參見下圖：

在這一過程主要包括了四個(gè)部分：采集、預(yù)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、信息融合。

2.1.1采集。傳感器跟日常生活中電腦或者嵌入式模塊通信時(shí)，會(huì)有不同的傳輸方式。不同的傳輸介質(zhì)，需要使用不同的傳感器去解析這些信息。通俗地講就是把傳感器采集到的信息全部拿到，然后編碼組隊(duì)，提供給應(yīng)用者可以使用的數(shù)據(jù)。

2.1.2預(yù)處理。傳感器的信息接收后會(huì)發(fā)現(xiàn)不是所有信息都是有用的。因?yàn)閭鞲衅鞯臓顟B(tài)不是100%有效的，因此需要對信息做預(yù)處理.以保證前方的障礙物在時(shí)間維度上是一直存在的，而不是一閃而過。

2.1.3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在智能駕駛領(lǐng)域十分重要。傳感器是安裝在不同地方的，因此感知層接收障礙物位置信息后，必須將該障礙物的位置信息轉(zhuǎn)移到自身坐標(biāo)系下，才能供規(guī)劃決策使用。

2.1.4信息融合。信息融合是指把相同屬性的信息進(jìn)行整合操作。比如攝像機(jī)檢測到了正前方有一個(gè)障礙物，毫米波也檢測到前方有一個(gè)障礙物，激光雷達(dá)也檢測到前方有一個(gè)障礙物.而實(shí)際上前方只有一個(gè)障礙物.所以要把多傳感器下這些信息進(jìn)行一次融合，以此告訴下游，前面有一個(gè)障礙物，而不是三個(gè)障礙物。

2.2 Electrical control系統(tǒng)工作原理

2.2.1 Electrical control部分收集所有數(shù)據(jù)信號(hào)后。得出結(jié)論發(fā)出指令控制各部分工作，同時(shí)通過一些感應(yīng)設(shè)備了解目前狀態(tài).進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋.再整合反饋的數(shù)據(jù)，下達(dá)下一步動(dòng)作的指令。

2.2.2自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的摩機(jī)械必須在光靶和工具的寬度上設(shè)置a、b（光靶左側(cè)的第二個(gè)按鈕可隨時(shí)通過調(diào)整工具的寬度來調(diào)整），并在按下“確定”按鈕時(shí)驅(qū)動(dòng)到b點(diǎn)。設(shè)置后，將看到與光靶上的a、b兩點(diǎn)的連接。當(dāng)自動(dòng)駕駛儀按鈕（光學(xué)目標(biāo)左側(cè)的第三個(gè)按鈕）變綠時(shí)，按自動(dòng)駕駛儀按鈕.控制引擎啟動(dòng)，并將速度調(diào)整到所需操作范圍內(nèi)。自動(dòng)引航開始后，光學(xué)目標(biāo)顯示的信息包括農(nóng)場工具的工作區(qū)域、當(dāng)前移動(dòng)站接收的衛(wèi)星數(shù)量、CMR時(shí)間、CMR輸入等。衛(wèi)星數(shù)量越多，啟動(dòng)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)所需的衛(wèi)星越多越好；CME實(shí)踐表明，接收差分信號(hào)之間的時(shí)間間隔越小越好。不斷增加的CMR時(shí)間表明與差動(dòng)基站的連接已經(jīng)斷開。模塊或基站應(yīng)該檢查；CME輸入指示當(dāng)前收到的差分信號(hào)數(shù)量.值越大.啟動(dòng)自動(dòng)駕駛儀的值通常超過50%。

2.2.3在自動(dòng)駕駛的過程中.自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的Electricalcontrol部分將會(huì)不斷比較其位置的坐標(biāo)是否在橫線上。如果在直線，則繼續(xù)保持。如果發(fā)生偏差，則由處理器計(jì)算方向和偏移量，由控制器將結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)到液壓平衡閥。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)向氣缸控制方向盤的擺動(dòng)方向和擺，并通過前角傳感器將方向盤的狀態(tài)信息反饋給處理器，使其能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)改變液壓平衡閥的開閉量，確保機(jī)械按照規(guī)定的路線運(yùn)行，并將偏差控制在作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。在正常情況下，自動(dòng)駕駛儀控制的機(jī)械運(yùn)行直線度誤差不超過3cm。

2.2.4當(dāng)機(jī)械接近操作終點(diǎn)時(shí)，目標(biāo)將提醒司機(jī)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)彎，機(jī)械到達(dá)終點(diǎn)，司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，自動(dòng)駕駛將停止。同時(shí)，光學(xué)目標(biāo)上顯示接近機(jī)械的橫線，左邊是11，21，31，……右邊是R1，R2，R3，……平行線之間的距離是農(nóng)具的寬度。當(dāng)機(jī)械接近平行線時(shí)，該線變紅.自動(dòng)駕駛儀按鈕呈現(xiàn)綠色，按按鈕沿平行線啟動(dòng)自動(dòng)駕駛儀。目標(biāo)左側(cè)的第一個(gè)按鈕可以按到不同的信息.如圖區(qū)、工作區(qū)、農(nóng)具寬度等。

2.3 hydraulic pressure系統(tǒng)工作原理

2.3.1 hydraulic pressure系統(tǒng)時(shí)各種指令的最終執(zhí)行者，以上兩個(gè)系統(tǒng)的一切工作能否順利執(zhí)行都要靠hydraulicpressure系統(tǒng)的穩(wěn)定工作來實(shí)現(xiàn)。這里的電氣控制部分給出的所有指令都是由電磁閥的物理運(yùn)動(dòng)所做出的，從電氣信號(hào)到閥門的開啟和關(guān)閉.這控制了液壓油在氣缸上的作用，最終控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

2.3.2在自動(dòng)駕駛儀中，當(dāng)他收到處理器的指令時(shí).液壓平衡閥開始工作。在封閉的恒壓流體動(dòng)力壓力系統(tǒng)中，油壓始終處于高壓狀態(tài)。在自動(dòng)駕駛儀中.當(dāng)液壓平衡閥收到處理器的指令時(shí)，封閉的恒定流體動(dòng)力壓力系統(tǒng)的油壓總是處于高壓狀態(tài)，一旦閥門打開，就會(huì)有高壓流體動(dòng)力油通過閥門推動(dòng)轉(zhuǎn)向缸和機(jī)械轉(zhuǎn)向：當(dāng)機(jī)械逐漸接近橫線的平行線時(shí)，當(dāng)平衡閥接收到的電子信號(hào)減弱并最終逆轉(zhuǎn)時(shí)，平衡閥的打開變得更小.并最終朝相反的方向打開，然后另一側(cè)的轉(zhuǎn)向缸開始工作，機(jī)械轉(zhuǎn)向輪逐漸保持直線，直到它再次完全處于a、b平行線。流體壓力系統(tǒng)通過在整個(gè)操作過程中反復(fù)重復(fù)控制機(jī)器的方向。

3自動(dòng)駕駛技術(shù)在現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用的發(fā)展方向

農(nóng)業(yè)作為我國支柱產(chǎn)業(yè)之一，現(xiàn)代化的機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步是有關(guān)我國農(nóng)業(yè)的各個(gè)方面，更是國計(jì)民生的大事。眾所周知.根據(jù)我國耕地面積和人口數(shù)量，以及耕地質(zhì)量方面的國情探討，如果仍舊依照傳統(tǒng)耕作方式，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量難以滿足當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要，這就要靠先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械來提高農(nóng)業(yè)作業(yè)效率，從而提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。

3.1隨著全球衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展，俄羅斯的glonass系統(tǒng)、歐洲的galileo系統(tǒng)和中國的“北極星系統(tǒng)”已經(jīng)開發(fā)并投入使用，美國的衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)被打破，形勢已經(jīng)不可避免。更精確的定位技術(shù)無疑為自動(dòng)駕駛儀技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，更科學(xué)、更準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也將不斷發(fā)展。同時(shí).隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展.將開發(fā)出更加科學(xué)、準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)和微機(jī)系統(tǒng)，這無疑是改進(jìn)自主駕駛系統(tǒng)的重要組成部分。其次是流體動(dòng)力表達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和流體動(dòng)力表達(dá)組件的不斷創(chuàng)新，使自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)更加科學(xué)合理。

3.2自動(dòng)駕駛是打開智慧農(nóng)業(yè)的鑰匙。在前幾年，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對于農(nóng)民朋友來說是陽春白雪似的高端技術(shù).雖然每個(gè)人都知道進(jìn)口產(chǎn)品是好東西.但是高價(jià)格讓每個(gè)人都?xì)怵H。自從國內(nèi)產(chǎn)品出現(xiàn)以來，整個(gè)市場的價(jià)格下跌了近50%.進(jìn)口產(chǎn)品的市場份額也急劇下降?，F(xiàn)階段.我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械處于一個(gè)技術(shù)、制造、配套設(shè)施齊備的高平臺(tái)之上，這為農(nóng)業(yè)機(jī)械全自動(dòng)化發(fā)展提供了新的機(jī)遇，隨著各地區(qū)GPS跟蹤站的逐步建立和我國自主BDS技術(shù)的研制成功，GNSS技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用也正朝著更深的層次發(fā)展。

3.3繼續(xù)深耕精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域來解決農(nóng)業(yè)中的耕、種、管、收各個(gè)環(huán)節(jié)，公司也將陸續(xù)推出流量控制、變量控制、測土配方等一系列的產(chǎn)品。在未來，自動(dòng)駕駛技術(shù)將會(huì)有更高的精度、更快、更獨(dú)立、更容易操作的方向，為用戶解決實(shí)際問題，創(chuàng)造更多價(jià)值，做接地氣的產(chǎn)品是聯(lián)適導(dǎo)航的一貫宗旨。

4結(jié)語

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的長足進(jìn)步.種植戶的農(nóng)田呈現(xiàn)多承包和面積擴(kuò)大化的特點(diǎn)，伴隨著我國農(nóng)村地區(qū)的快速發(fā)展，國家也積極建設(shè)了大量的基礎(chǔ)工程，這使農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用GPS技術(shù)變得更加便捷，同時(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的高技術(shù)化也拉近了與GPS技術(shù)之間的距離，能夠完全獨(dú)立生產(chǎn)農(nóng)業(yè)的自主設(shè)備將最終得到開發(fā)，并將完全取代人類進(jìn)行的繁重生產(chǎn)活動(dòng)，人類只需要通過簡單的指揮或行動(dòng)就能靈活地指揮這些設(shè)備。