自動導航技術在農(nóng)業(yè)機械中的應用

劉雪麗 周曦文

（江西省農(nóng)業(yè)機械研究所，江西南昌 330044）

隨著科技的不斷發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)機械正朝著自動化方向發(fā)展，為進一步提高農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)質量，最大程度提高生產(chǎn)效率和降低成本，農(nóng)業(yè)機械的智能化作業(yè)將成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。隨著自動導航技術的不斷發(fā)展，自動導航技術已成為農(nóng)業(yè)機械智能化發(fā)展的關鍵技術，將其應用在農(nóng)業(yè)機械中，可以有效優(yōu)化和提升農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)方式與途徑，降低勞動者的勞動強度，促進農(nóng)業(yè)機械向更加精準化、自動化和智能化的方向發(fā)展，從而更好地服務于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展具有積極的促進意義。

1 自動導航技術概述

自動導航技術是計算機技術、電子通信技術、控制技術等多學科的綜合技術，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用越來越廣泛，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)機械中的重要技術支撐。目前，自動導航技術已經(jīng)廣泛應用在土地整備、播種移栽、植保、采摘收割等農(nóng)業(yè)機械方面。在農(nóng)業(yè)機械中應用最廣泛的自動導航技術主要有GPS 技術、機器視覺和多傳感器融合技術。

GPS 技術具有全方位、全天候、高精度的特點，可以不受氣候影響，實時測量農(nóng)機在地理空間中的絕對位置；機器視覺技術具有速度快、信息量大、功能多的特點，可以通過激光發(fā)射器、光波等來收集豐富的環(huán)境信息；而多傳感器融合技術能夠結合GPS技術和機器視覺技術等導航模式的優(yōu)點，用不同的傳感器組合出高精度、高可靠性的導航模式。

2 自動導航技術在農(nóng)業(yè)機械中的應用

2.1 在土地整備機械中的應用 土地是作物生長的根基，土地整備是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的效率和精度直接影響著下一環(huán)節(jié)的進行。機械的使用將會提高工作效率，土地整備機械主要有拖拉機、耕地機、平地機、施肥機等。傳統(tǒng)的土地整備機械需要具有一個較高水平的駕駛員來操作，作業(yè)效率和作業(yè)質量不高。將自動導航技術引入土地整備機械中，可以實現(xiàn)無人駕駛，進行自動導航和測量地形起伏狀況。在實際應用中，GPS 導航技術通過全球定位系統(tǒng)提供實時的農(nóng)機位置信息，引導拖拉機和耕地機按照設置好的優(yōu)化路線安全、準確地進行田間作業(yè)，從而減少重復作業(yè)區(qū)和遺漏作業(yè)區(qū)的面積[1]。衛(wèi)星導航技術引入平地機中，實現(xiàn)了不受天氣和地勢的影響，連續(xù)24 h 作業(yè)，大大提高了作業(yè)效率和作業(yè)質量。在施肥機中的應用，根據(jù)相關傳感器收集的農(nóng)田內(nèi)的土壤墑情，實現(xiàn)肥量動態(tài)調(diào)控，進而實現(xiàn)變量施肥。

自動導航技術在土地整備機械中的應用，實現(xiàn)了無人駕駛拖拉機、變量施肥，提高了工作效率和作業(yè)質量，降低了農(nóng)機操作人員的工作強度，促進了土地整備機械向高效率和高精度方向發(fā)展。

2.2 在播種移栽機械中的應用 播種移栽是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，播種移栽機械普遍應用在農(nóng)業(yè)實際生產(chǎn)中。播種移栽機械主要有播種機、移栽機和插秧機。傳統(tǒng)的播種移栽機械適應性能差，工作效率不高，易錯失最佳播種移栽時機。將自動導航技術應用在播種移栽機械中，可以實現(xiàn)精密播種、變量播種、智能識別移栽。在實際應用中，安裝有自動導航技術的播種機比普通的播種機播種質量高，提高了排種器的檢測精度；將自動導航技術中的機器視覺智能識別系統(tǒng)應用在移栽機中可以實現(xiàn)智能識別健壯苗、空穴，從而進行精準移栽。通過對比分析GPS 采集記錄插秧機自動導航作業(yè)與駕駛員人工作業(yè)時的數(shù)據(jù)，結果表明安裝有自動導航系統(tǒng)的插秧機的作業(yè)精度及穩(wěn)定性比人工駕駛的高[2]。

自動導航技術在播種移栽機械中的應用，實現(xiàn)了精密播種、變量播種、智能識別移栽，提高了機械的工作性能和播種移栽質量，促進了播種移栽機械向高速和精準方向發(fā)展。

2.3 在田間管理機械中的應用 田間管理是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，是保證作物正常生長、確保農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收的重要措施之一。傳統(tǒng)的田間管理主要為人工直接參與管理，大面積的灌溉與施肥施藥困難、勞動強度大，常會出現(xiàn)同一塊區(qū)域施肥時間不一致、不均勻的情況。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要，各類田間管理機械也相繼出現(xiàn)。目前，田間管理機械主要有植保機、除草機、灌溉施肥機、無人機施藥等。自動導航技術與田間管理機械相融合，可以實現(xiàn)智能除草、精準施肥施藥。自動導航技術中的機器視覺技術應用在植保機中可以智能識別農(nóng)田中的病蟲害和雜草，定點對靶施藥，減少農(nóng)藥投放。無人機施藥多機協(xié)同與多目標分配，能夠實現(xiàn)智能導航與避障，24 h 連續(xù)作業(yè)，大大提高了工作效率。在拖拉機上安裝自動導航系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對小麥的精準對行，達到精量控制追肥量的目的[3]。GPS 與智能化的灌溉設備配套，還可實現(xiàn)精準灌溉作業(yè)，節(jié)省水資源，提高灌溉效益。將自動導航技術引入田間管理機械中，明顯提高了生產(chǎn)效率，極大地解放了勞動力，有效地促進了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、農(nóng)機智能化的發(fā)展。

2.4 在采摘收獲機械中的應用 隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，采摘收獲機械相繼出現(xiàn)，根據(jù)作物特點有葉菜收獲機、根莖類果蔬收獲機、球果類收獲機、水生果蔬收獲機等。采摘機械不僅可以提高采摘效率，而且可以降低損傷率，提高經(jīng)濟效益。隨著自動導航技術的快速發(fā)展，其多被應用在果蔬采摘收獲機械中，特別是在采摘機器人中的應用，通過視覺識別系統(tǒng)對目標物進行圈定，從而將目標物從背景圖中分離出來，從而快速、無損和準確地采摘，從而大大提高采摘速度和質量[4]。隨著自動導航技術的不斷成熟，基于機器視覺的自動采摘機，可以智能識別目標物和精準定位，從而實現(xiàn)快速、無損傷采摘，成功率高。

自動導航技術在采摘收獲機械中的應用，使采摘機械提高了采摘效率和采摘質量，降低了損傷率，節(jié)省了人工成本，提高了果農(nóng)的經(jīng)濟效益，促進了采摘收獲機械向高效、低損和智能化方向發(fā)展。

3 結語

自動導航技術與農(nóng)業(yè)機械相結合是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動化、智能化發(fā)展的重要技術支撐。隨著自動導航技術的快速發(fā)展，已廣泛應用在農(nóng)業(yè)機械中。自動導航技術在農(nóng)業(yè)機械中的應用，可以實現(xiàn)農(nóng)機的自動導航和精準定位，以及智能識別與避障，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質量，解放了勞動力，促進了農(nóng)業(yè)機械向自動化、精準化和智能化方向發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。

自動導航技術在農(nóng)業(yè)機械中的應用取得了一定的進展，但仍存在一些需要改進和突破的地方，如多傳感器數(shù)據(jù)融合技術、多機協(xié)同導航技術、智能控制技術與自動導航技術的融合，通過不斷地創(chuàng)新，自動導航技術將會更好地應用于農(nóng)業(yè)機械，從而更好地服務于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。