農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展分析

王林

東臺市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣服務(wù)站 吳劍銘 蘇宇翔 夏 冰

摘 要：現(xiàn)如今，農(nóng)業(yè)機(jī)械逐漸趨向先進(jìn)技術(shù)，融入導(dǎo)航技術(shù)并應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了耕種作業(yè)、除草、施肥、收割一體化。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，通過傳感器技術(shù)檢測周圍土壤狀態(tài)并搜集數(shù)據(jù)信息獲得機(jī)械位置狀態(tài)。隨后，得到出行進(jìn)路徑進(jìn)行導(dǎo)航控制。對此，筆者結(jié)合實(shí)踐研究，就農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)；發(fā)展分析

伴隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展與物質(zhì)水平的提高，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作也提出了嚴(yán)格要求，強(qiáng)調(diào)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用與生產(chǎn)水平的提高。農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)就是基于先進(jìn)技術(shù)下的產(chǎn)物，導(dǎo)航技術(shù)能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動需求，技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求選擇導(dǎo)航技術(shù)，有著較大應(yīng)用前景，值得進(jìn)一步推廣運(yùn)用。

一、農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)種類研究

1.衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)指的是通過導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行目標(biāo)對象位置確定，GPS、北斗星導(dǎo)航都是衛(wèi)星導(dǎo)航。其中，GPS定位在農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)中應(yīng)用較多，其作用為：節(jié)約成本投入、提升耕作效率、病蟲害整治，確定病害位置，避免化學(xué)制劑影響。此外，在無人拖拉機(jī)的應(yīng)用中節(jié)約了一部分人力資源，偏差約在3cm以內(nèi)。伴隨著地球衛(wèi)星裝備的研究，GPS精準(zhǔn)度和傳感速度有了一定提高，將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中解決了導(dǎo)航的問題。

2.視覺導(dǎo)航技術(shù)

該種技術(shù)源于國外，強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用在農(nóng)作物耕作上的適用性。相對于衛(wèi)星導(dǎo)航有著低價、應(yīng)用效果強(qiáng)的特點(diǎn)。通過比較實(shí)驗(yàn)，同一農(nóng)作物種植中，利用傳感器的視覺導(dǎo)航技術(shù)精準(zhǔn)性更強(qiáng)、控制力更高。

3.機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)

種植過程中應(yīng)用機(jī)械式導(dǎo)航技術(shù)有助于農(nóng)場耕種機(jī)械設(shè)備引導(dǎo)。在目標(biāo)對象操作控制方面有著重要作用，屬于機(jī)械導(dǎo)航中的傳感型接收設(shè)備，適合應(yīng)用在果樹、農(nóng)林等環(huán)境下。現(xiàn)階段，國內(nèi)在機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)研究方面取得了一定成果，在機(jī)械設(shè)備在紅安裝導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)、耕作、收割，有效提升了種植精準(zhǔn)性與控制效果。

二、農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用分析

第一，環(huán)境感知。該項(xiàng)技術(shù)的作為機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)系統(tǒng)重要組成部分，導(dǎo)航系統(tǒng)在進(jìn)行周圍環(huán)境觀測過程中能夠獲得具體環(huán)境狀態(tài)，通過環(huán)境信息的進(jìn)行四周環(huán)境處理。環(huán)境感知力越強(qiáng)越有利于機(jī)械運(yùn)行效率提高。伴隨著電子信息工程的快速發(fā)展，機(jī)器人對外部環(huán)境感知逐漸提高至納米級。所以，適合的傳感器、接收器、處理器逐漸趨于穩(wěn)定。第二，控制機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)。伴隨著機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的運(yùn)用，怎樣提高控制技術(shù)也得到了重視，機(jī)械導(dǎo)航控制可以劃分為橫向與縱向控制。其中，縱向控制指的是導(dǎo)航速度管理，橫向控制則是設(shè)備專項(xiàng)控制，機(jī)械導(dǎo)航運(yùn)行時不會有過高速度，其關(guān)鍵在于機(jī)械導(dǎo)航控制器設(shè)計。現(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)機(jī)械在我國導(dǎo)航飛行方面可以分為GPS、RS、GIS系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制，這對線性驅(qū)動偏差控制具有幫助作用，保證農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化轉(zhuǎn)向的順利運(yùn)行。第三，地圖構(gòu)建技術(shù)。地圖技術(shù)中，地圖創(chuàng)建作為主要內(nèi)容，是經(jīng)過機(jī)器人傳感器得到空間模型，經(jīng)過視覺傳感、激光技術(shù)、聲納進(jìn)行信息處理，建立環(huán)境地圖模型。現(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)機(jī)械具有激光雷達(dá)、紅外線、信息系統(tǒng)的不同環(huán)境全過程信息搜集。通過既定的數(shù)學(xué)模型模擬外部環(huán)境制作信息地圖，使機(jī)械設(shè)備能夠選擇適合的導(dǎo)航模式。精準(zhǔn)的模擬圖完成路徑導(dǎo)航自動化，確保地圖精準(zhǔn)性有助于生產(chǎn)水平與質(zhì)量提高，地圖創(chuàng)建時還應(yīng)立足于柵格、幾何、拓?fù)涞貓D等多方面，選擇適合的方法應(yīng)用。例如：應(yīng)用單位地圖使機(jī)械自動導(dǎo)航與避障前行，根據(jù)二維柵格地圖與GIS數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)遮擋物并判斷。

三、農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)未來發(fā)展

首先，GNSS導(dǎo)航技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)原理為對微型飛行棋具體位置距離推算，距離一般為無限電信號傳輸?shù)臅r間檢測。搜集接收機(jī)有關(guān)信息，相對位置由相同組微型觀測獲得接收天線位置，至少要用到2個以上接收器。GMSS測量偏差集中于傳播路徑、衛(wèi)星與接收機(jī)的偏差。同時，GNSS還能夠定位農(nóng)業(yè)機(jī)械位置，保證測量精準(zhǔn)性，將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中有助于確定機(jī)械相應(yīng)位置與精準(zhǔn)性。其次，遮擋物探測。因?yàn)檗r(nóng)業(yè)種植多數(shù)在寬敞空地中，遮擋物較少。所以，在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動導(dǎo)航系統(tǒng)上基本無需過多考慮遮擋物。但需要操作人員做好緊急狀況應(yīng)對，例如：電桿、樹木、其他設(shè)備等，設(shè)計過程中盡可能避開桿塔、樹木等障礙物，只是會提高路徑設(shè)計困難性。在人以及其他農(nóng)業(yè)機(jī)械農(nóng)田中只要實(shí)時控制，通過有效方案遮擋障礙物。遮擋物檢驗(yàn)與規(guī)避也是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng)重要研究課題。再次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。結(jié)合電子標(biāo)簽與電氣編碼建立物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在溫度控制、氣象監(jiān)測、產(chǎn)品安全性監(jiān)測中，效果顯著。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動導(dǎo)航應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠解決不同問題，第一，將獨(dú)立自動導(dǎo)航系統(tǒng)功能構(gòu)件連接在一起。第二，通過農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)共享。第三，機(jī)械和遠(yuǎn)程控制的連接。現(xiàn)階段，車載物聯(lián)網(wǎng)多為ISO11789協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械總線通訊技術(shù)，農(nóng)機(jī)群與遠(yuǎn)程信息融合沒有明確標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)語

綜合分析，目前國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用尚存在一些不足，有待進(jìn)一步優(yōu)化。在今后農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用中，有待進(jìn)一步加大研究與優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際狀態(tài)采用適合的農(nóng)業(yè)機(jī)械。同時，借助先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向信息技術(shù)化。

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