淺析農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

郭皓

摘? ?要：科學(xué)技術(shù)的不斷革新，使得現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動逐漸朝著規(guī)模化、自動化、信息化、集成化的方向發(fā)展。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)機(jī)械被廣泛應(yīng)用，不斷取代了人為操作，其能自動完成除草、施肥、耕耘、種植與收獲等工作。而這些功能都要依賴機(jī)械的自動導(dǎo)航技術(shù)，也就是在農(nóng)機(jī)上裝載傳感器以感知生產(chǎn)環(huán)境，并通過感知信息進(jìn)行位置的變化，從而完成生產(chǎn)工作。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械;導(dǎo)航技術(shù);應(yīng)用;發(fā)展

文章編號： 1005-2690（2019）01-0119-02? ? ? ?中圖分類號： S220? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)是促進(jìn)科技農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中。此技術(shù)能準(zhǔn)確對農(nóng)機(jī)所處位置進(jìn)行定位，并依據(jù)計算機(jī)模型和早期導(dǎo)航路徑對作物生長進(jìn)行動態(tài)跟蹤分析。

通過農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)，可以讓農(nóng)業(yè)部門更快獲取當(dāng)?shù)氐募径仁粘蔂顩r，也能讓農(nóng)民及時了解作物的生長信息，并根據(jù)自己所了解的信息處理方案制定合適的耕作途徑與模式。

1? ?現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的核心

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的關(guān)鍵部分包括導(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)，這3個系統(tǒng)是決定導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用成本的重要指標(biāo)。導(dǎo)航感知系統(tǒng)能對機(jī)械的傳感器進(jìn)行精準(zhǔn)定位。當(dāng)前我國多應(yīng)用機(jī)器視覺、GPS導(dǎo)航、組合單元等導(dǎo)航模式，其精確度和自動化程度較高，減少了人為控制，避免了諸多誤差。控制決策系統(tǒng)是基于計算機(jī)數(shù)值處理技術(shù)來控制機(jī)械車輪的轉(zhuǎn)向，在機(jī)械的運(yùn)行中能不斷調(diào)整車輪和角度，依據(jù)所規(guī)劃的路徑干預(yù)行駛條件，常用的控制方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法、最優(yōu)控制法、PID控制法等。車輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的控制方法有電驅(qū)動控制、液壓控制閥組等[1]。

本文主要分析導(dǎo)航感知系統(tǒng)中的機(jī)器視覺、定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航單元技術(shù)。機(jī)器視覺是通過攝像機(jī)和計算機(jī)模擬出人的第一視角，在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用主要檢測障礙物、識別線路。農(nóng)業(yè)機(jī)械以此來判斷目標(biāo)物的相對位置與航向，并根據(jù)所定線路進(jìn)行調(diào)整。此技術(shù)可用于全方位檢測，便于操作且成本不高，但由于生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性，在實(shí)際操作中難以準(zhǔn)確控制好誤差，加之對機(jī)械運(yùn)行的速度要求較慢，無法保證其平穩(wěn)度和實(shí)時性。定位系統(tǒng)也被稱為GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，是一種能全天候持續(xù)監(jiān)控目標(biāo)位置的系統(tǒng)，主要依據(jù)衛(wèi)星定位來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物。在生產(chǎn)活動中多應(yīng)用實(shí)時差分技術(shù)來修正信號，以提高定位精確度。慣性導(dǎo)航單元（INS）通過慣性原件來計算出機(jī)械運(yùn)行的加速度，從而推算出航位，以傳感器來傳遞信息，再利用數(shù)學(xué)運(yùn)算得到機(jī)械的準(zhǔn)確位置和速度，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位的目的。相較于其他導(dǎo)航技術(shù)，慣性導(dǎo)航單元的優(yōu)勢更為明顯，如穩(wěn)定性強(qiáng)、受外界因素干擾程度較小、精確度高等，一般將慣性導(dǎo)航單元與其他導(dǎo)航設(shè)備共同使用。

2? ?農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用

2.1? ?檢測土壤

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最初時期，均由農(nóng)民通過種植經(jīng)驗來判斷土壤的營養(yǎng)物質(zhì)和墑是否滿足作物生長需求，再后來引入了農(nóng)業(yè)機(jī)械，經(jīng)過對土壤的原樣采集，再由技術(shù)人員進(jìn)行對比分析。而當(dāng)前所使用的農(nóng)業(yè)技術(shù)突破了傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，不同機(jī)械都能搭載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)，通過系統(tǒng)實(shí)時記錄機(jī)械運(yùn)行位置與方向，對大面積土壤進(jìn)行快速檢測。GIS系統(tǒng)將這些檢測數(shù)據(jù)及時記錄下來，并反饋到計算機(jī)控制系統(tǒng)中，在較短時間內(nèi)便能判定出土壤的實(shí)際情況。

2.2? ?監(jiān)控作物產(chǎn)量

GPS導(dǎo)航技術(shù)與收割機(jī)的聯(lián)合使用，共同作用于作物產(chǎn)量與質(zhì)量的監(jiān)控和管理，再通過計算機(jī)記錄檢測數(shù)據(jù)，最終繪制出統(tǒng)計圖表。不同農(nóng)作物要設(shè)定不同的監(jiān)視器，如要檢測豌豆產(chǎn)量，就要在收割機(jī)的傳送帶上安置質(zhì)量傳感器、含水量檢測器等，以便實(shí)時測量出豌豆的含水量，判斷其是否滿足收割需求。

2.3? ?控制施肥

當(dāng)分析出某塊田地的養(yǎng)分含量之后，可以利用GPS導(dǎo)航技術(shù)對種植的最佳位置進(jìn)行檢測和判斷，并利用計算機(jī)模擬計算出施肥標(biāo)準(zhǔn)。施肥量要根據(jù)作物的品種作出選擇。調(diào)查顯示，利用導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行土壤施肥，能有效控制好施肥量，不僅能保障作物的正常發(fā)育需求，還能節(jié)約肥料，控制作物生產(chǎn)成本，提高市場競爭力。

3? ?機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢

我國地域遼闊，未來導(dǎo)航技術(shù)還要不斷提高其精確度，同時與傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、液壓技術(shù)等結(jié)合起來，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化程度，實(shí)現(xiàn)播種、施肥、撒藥、收割的一體化操作。并且在每一環(huán)節(jié)中都能通過系統(tǒng)自動檢測出作物生長指標(biāo)，為后期品種的選擇與培養(yǎng)提供參照。如在收割機(jī)上安裝傳感器來感應(yīng)作物的濕度、有機(jī)物質(zhì)量等。

另外，要發(fā)展特色農(nóng)業(yè)機(jī)械，完善配套設(shè)施。我國農(nóng)作物種類較多，且有著規(guī)模化的發(fā)展趨勢，如果林、大棚蔬菜等。單純依賴進(jìn)口是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的，且不同地區(qū)的土壤條件不同，所引進(jìn)的機(jī)械設(shè)備也存在較大差異，特別是大型復(fù)式機(jī)械，要提高作業(yè)效率、提升產(chǎn)品數(shù)量與質(zhì)量，就要研發(fā)出新型、高效的機(jī)械設(shè)備和配套的技術(shù)措施，將其與導(dǎo)航系統(tǒng)連接起來，從而有效提高農(nóng)作物生產(chǎn)效率[2]。

4? ?結(jié)語

農(nóng)業(yè)是我國的第一產(chǎn)業(yè)，農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用也是推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型的第一步。因此，相關(guān)人員要增強(qiáng)機(jī)械自動化水平，提高作物產(chǎn)品的市場輸入率，將自動導(dǎo)航技術(shù)作為科研第一步，突破傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，使操作人員從重復(fù)低效的工作模式中解脫出來，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供廣闊的發(fā)展平臺。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 于小莎，董晨.淺析農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].南方農(nóng)機(jī)，2018（17）.

[ 2 ] 于琦.農(nóng)業(yè)機(jī)械中導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展及價值討論[J].南方農(nóng)機(jī)，2018（04）.

（收稿日期：2018-12-13）