農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

肖熙 湖南省長沙市長郡中學(xué)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，農(nóng)業(yè)也向現(xiàn)代化方向發(fā)展，逐漸走向規(guī)?；⑿畔⒒⒆詣?dòng)化。農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)完成除草、施肥、修剪和耕種等功能而設(shè)置的。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠最大限度減少勞動(dòng)力的消耗，不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著智能化和精細(xì)化的方向發(fā)展。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)

農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要由導(dǎo)航感知系統(tǒng)、控制決策系統(tǒng)和車輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)三方面構(gòu)成。導(dǎo)航感知系統(tǒng)是利用農(nóng)業(yè)機(jī)械的傳感器對農(nóng)業(yè)機(jī)械及其所處的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，目前我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的導(dǎo)航方法主要有機(jī)器視覺、GPS導(dǎo)航、組合導(dǎo)航單元等。導(dǎo)航控制決策系統(tǒng)主要是通過精確的測算對車輛的轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，在車輛的行駛過程中通過對車輪轉(zhuǎn)角的適當(dāng)調(diào)整，選擇出最好的路途，使之與預(yù)定的路徑之間的偏差達(dá)到最小，目前控制車輛的常用方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法、最優(yōu)控制法、PID控制法和多種方法融合在一起的控制法。車輪的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中常用的方法是液壓控制閥組系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制。

1.1 機(jī)器視覺

機(jī)器視覺是利用工業(yè)攝像機(jī)和電腦對人類的視覺進(jìn)行模擬的一種科學(xué)方法。農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航控制系統(tǒng)中視覺傳感器主要是用于對障礙物的檢測和路線的識(shí)別，檢測出農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛對于目標(biāo)物之間的具體方位，使農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠自動(dòng)進(jìn)行路徑的追蹤和自動(dòng)躲避障礙物作業(yè)。機(jī)器視覺的檢測范圍擴(kuò)大，能夠獲得更多的目標(biāo)物的信息，使用非常簡單，成本也較低，但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性和多變性的特點(diǎn)，農(nóng)業(yè)機(jī)器在實(shí)際的導(dǎo)航過程中精度和準(zhǔn)度與預(yù)期的差別很大，同時(shí)運(yùn)用機(jī)器視覺過程中，農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛行駛的速度要慢。此外機(jī)器視覺在處理數(shù)據(jù)時(shí)花費(fèi)一定的時(shí)間，與車輛不能進(jìn)行同步行駛，因此實(shí)時(shí)性也較差。

1.2 全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)實(shí)際上就是GPS系統(tǒng)，能夠連續(xù)24小時(shí)工作的定位系統(tǒng)，依靠衛(wèi)星對目標(biāo)實(shí)施定位。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛的定位技術(shù)是實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，這種技術(shù)中的差分修正信號(hào)能提高GPS定位的精準(zhǔn)度。歐美國家對GPS技術(shù)研究比我國要早，并且已經(jīng)取得了很大的成就，產(chǎn)品和技術(shù)方面都比較完善，其中最暢銷的要屬美國的天寶品牌GPS產(chǎn)品了。

1.3 慣性導(dǎo)航單元INS

這種慣性導(dǎo)航單元利用慣性元件對機(jī)械加速度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，以實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)航系統(tǒng)航位的準(zhǔn)確的計(jì)算，然后利用傳感器獲得相應(yīng)的信息，再通過數(shù)學(xué)和積分的運(yùn)算掌握農(nóng)業(yè)機(jī)械的位置和速度，實(shí)現(xiàn)對車輛導(dǎo)航的定位控制。慣性測量單元包括陀螺儀和加速度計(jì)，加速度計(jì)主要對農(nóng)機(jī)車輛的航向信息和陀螺儀的位置信息進(jìn)行習(xí)慣精確的測量。和前面兩種定位技術(shù)相比，慣性導(dǎo)航單元的穩(wěn)定性較好、抗干擾性較強(qiáng)、精確度高，不過隨著時(shí)間的推移，產(chǎn)生的誤差也會(huì)逐漸加大。所以一般把慣性導(dǎo)航單元和其他的導(dǎo)航設(shè)備共同使用進(jìn)一步提高導(dǎo)航的精確度。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

2.1 用于土壤狀況的檢測

進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之前，農(nóng)業(yè)機(jī)械首先要對土壤采樣。農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛都配置了GPS系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)，運(yùn)用GIS系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)機(jī)械車的位置進(jìn)行定位，并對土壤狀況進(jìn)行檢測，記錄檢測信息，然后根據(jù)土壤的狀況對農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)進(jìn)行控制。

2.2 對農(nóng)作物產(chǎn)量進(jìn)行監(jiān)控

GPS系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及聯(lián)合收割機(jī)相結(jié)合，對農(nóng)作物的產(chǎn)量進(jìn)行監(jiān)控，但是不同的農(nóng)作物其設(shè)立的監(jiān)控器也不同。例如對豌豆產(chǎn)量的監(jiān)控，需要將質(zhì)量傳感器設(shè)置在聯(lián)合收割機(jī)的傳送帶上，同時(shí)安裝檢測植物含水量的系統(tǒng)，隨時(shí)監(jiān)控豌豆的含水量，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)將檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并以統(tǒng)計(jì)圖表的形式展現(xiàn)出來。

2.3 施肥量的控制

對土壤的養(yǎng)分進(jìn)行技術(shù)調(diào)查，同時(shí)利用GPS定位其具體土壤位置，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)合理施肥的目的。農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛運(yùn)用技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)針對不同農(nóng)作物品種施用不同的肥量，根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行施肥比傳統(tǒng)的人工施肥，節(jié)約了肥料，減少了浪費(fèi)。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 GPS技術(shù)的運(yùn)用提高位置的精確度

在農(nóng)業(yè)機(jī)械中安裝GPS定位系統(tǒng)，能夠獲得農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的準(zhǔn)確的位置，確保農(nóng)用物資的精確投入。在收割機(jī)和拖拉機(jī)中運(yùn)用GPS技術(shù)，可以根據(jù)土壤的特點(diǎn)和土質(zhì)狀況投放物資，其應(yīng)用前景很廣闊。

3.2 傳感器和液壓技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行監(jiān)控

液壓技術(shù)采用的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，適于對農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作情況進(jìn)行監(jiān)控，液壓技術(shù)和傳感器技術(shù)相結(jié)合，能夠有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化程度，達(dá)到播種、撒藥、施肥操作的全自動(dòng)化，同時(shí)在工作中收集相關(guān)信息，以便農(nóng)戶對農(nóng)作物的生長等情況詳細(xì)了解。在收割機(jī)上安裝傳感器，和GPS技術(shù)相結(jié)合，對農(nóng)作物全程監(jiān)控，促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。

4 結(jié)語

農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量都有很重要的作用，我們要合理利用導(dǎo)航技術(shù)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。

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