英语语言理解的农机自动导航研究

摘要:随着时代的发展，我国农田出现集中连片和规模化经营的趋势，为农业机械的应用提供了空间。自动导航技术可以降低机械操作的人力成本，提高土地利用率，具有重要意义。语言理解是一种主动性的信息处理技术，成为整合农业机械各个系统的有力工具。为此，研究了英语语言理解在农机自动导航中的作用，概括了语言理解的整体过程，并分析了其核心和难点。以拖拉机为例，对相关的单词进行聚类分析，列举了实现3种功能的代表性事件，以提高我国农业机械的自动化水平。

关键词:农机;自动导航;聚类;英语;语言理解

引言

随着时代的发展，我国农业生产模式发生转变，土地逐渐向种植大户和农业科技公司等经营主体集中。在这种形势下，大面积的连片农田数量日益增多，有利于土地的集中管理，也推动了现代农业技术的大规模应用。新的模式需要新的生产方式与之相适应，传统的作业方式导致效率降低和成本升高，无法体现农业现代化的优越性。农业生产机械化是农业现代化的重要内容之一，农田的集中连片和规模化经营为农业机械的应用提供了条件和空间。我国农业机械的起步较晚，但是发展迅速，农业机械化率在近些年得到了迅速提升，水稻、玉米和小麦这3大粮食作物的生产更是实现了全程机械化。目前的问题是机械化程度受自然条件影响较大，部分地区的机械化普及率还不高，机械的性能水平也有待进一步加强。因此，增强农业机械的适应性，提高自动化水平，对我国农业的长远发展具有重要意义。精准农业是当今世界农业发展的新趋势，推动着农业生产向科学化管理转变，对农业机械也提出了新的要求。自动导航是农业机械自动化和智能化的重要体现，可以降低机械操作的人力成本，提高土地利用率。农机自动导航研究始于20世纪80年代，在计算机视觉和卫星导航技术的支撑下，由最初的农机无人驾驶发展到后来的路线精确控制，作业范围也扩大到播种、施肥、喷药、整地和起垄等。当前，部分大型机械实现了计算机视觉和卫星导航，不仅具有更高的作业效率，也使土地得到了充分利用。

卫星导航和计算机视觉导航是农机导航最常用的方式。卫星导航通过电子地图和卫星信号进行定位导航，比较成熟的系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和中国的北斗。我国较早使用的GPS为民用级，定位误差大，使用成本也较高。同时，核心技术由国外开发掌握，对其严重依赖造成了一定的垄断格局，不能作为我国农机自动导航的理想选择。北斗卫星系统由我国自行开发，掌握核心技术和自主产权，经过升级后的定位精度达到1m，已经在我国广袤的土地上体现出巨大的应用价值。计算机视觉是在20世纪80年代诞生的，在农业上最初用于辅助机器人采摘水果，后来发展到农业机械的自动导航方面，利用其视觉功能识别机械的行走路径和检测障碍物。计算机视觉的局限性在于环境光照强度的变化会对图像质量造成干扰，进而影响目标特征的提取分析效果。现阶段的农业机械已经取得了长足的进步，自动化和智能化成为新的发展目标。一般的研究都是针对农机单个性能，若要实现农机整体性能的提升，则必须采用新型技术。语言理解是一种主动性的信息处理技术，可以应用在农业机械的控制方面，成为整合机械各个系统的有力工具。语言能够表达特定的含义，是人类进行学习和交流的载体。语言理解是利用计算机处理语言的音、形和义，对字、词、句和篇章进行输入、输出、识别、分析和理解，最终产生相应的操作指令。语言理解是一门新兴的学科，内容涉及语言学、逻辑学、计算机科学和数学等，因此也是一门交叉学科。语言理解的层次由浅至深依次为词法分析、句法分析、语义分析和篇章分析，最终目的包括理解输入的语言信息及对输入信息的概括复述。目前，语言理解主要应用在机械设计制造方面，是模拟分析和工序建模的基础。

英语的语法简单，语感自然，是世界上应用最广泛的语言。英语的基本单元为26个字母，能组成大量的单词。英语单词根据各种语法进一步组合成不同的语句，能表达极为丰富的内容，这些特性赋予了英语在机械设计和控制方面的优越性。因此，研究英语语言理解对农业机械的控制作用，既能吸收国外先进技术改善我国农业机械性能，又能提高我国成熟机械在国际市场的适应性。本文对英语语言理解在农机自动导航中的应用进行研究，分析多种类型单词在农机路线规划、速度控制和方向控制环节中的语义，用以提高我国农业机械的自动化水平。

1硬件设备与语言理解流程

1．1计算机和农机设备.语言理解的计算机为戴尔I4200型台式电脑，配置包括Inteli6处理器、6GB内存和1TB的硬盘。计算机中安装VisualC++软件执行英语语言理解功能，在Windows10系统的环境中运行。农业机械平台为福田雷沃M1200－D型拖拉机，采用七频天线接收北斗信号实现定位导航。卫星信号分析由中海达公司的导航终端完成，可以实现厘米级的导航精度。拖拉机的自动行驶单元包括电子元件、执行部件和测量传感器，可以执行转向、变速、离合和刹车等操作。

1．2语言理解流程.根据结构特点，英语语言理解可以概括为词法分析、句法分析、语义分析和篇章分析。词法分析是在语法的基础上，将输入到系统中的单词按照农机自动导航的各个功能进行分类，选择最合适的词义。经过分类和选择的单词意义之间具有多种组合，只有少数的组合能够正确表达语义，其它的组合则由后续的纠错功能处理。词法分析完成后形成单句，进入句法分析的环节，即确定语句的合理性及单词在农机自动控制中的功能。句法分析之后，正确语句可以产生合适的表示，并经过多类处理和规范化后作为语义分析的基础。语义分析是依次分析语句中的单词、短语和整句的语义，从而获得语句所要表达的内容。语义分析是语言理解的核心和难点，准确的语义分析对获得语句结构意义和结合意义都至关重要。语义分析包含对各种单词的分析和聚类，单词分析聚类成功后便进入篇章分析环节。篇章分析是提升语义分析的层次，结合上下文来获得语义。篇章分析可以细分为篇章分析和语用分析，前者侧重上下文的联系，后者侧重对语境的理解。篇章分析和语用分析相互联系，最终获得用于农机自动导航的信息指令。在语义分析或篇章分析失败的情况下，语言理解过程自动返回句法分析步骤上，按照新的词义组合重新分析.

2单词聚类

语义分析是语言理解的核心和难点，而单词聚类是语义理解的主要内容。本文中的聚类以农机自动导航中相关概念的内涵和外延为依据，将内涵相近或相关的离散概念汇聚起来。聚类的单词类型有名词、动词、介词、副词等，它们都有着各自的功能。例如，名词聚类用以确定语言的主体，动词聚类用于描述主体的活动内容。名词在英语各类单词中的数量最多，还占据了多种句法位置。农机自动导航的名词聚类要先建立相关的名词知识库，如路线规划、速度控制和方向控制的相关主体，如表1所示。知识库中的名词主体属性包含概念和内核格式，用以推导主体的其它属性.

3控制功能

基于英语语言理解的农机自动导航是接收并理解操作者输入的信息，根据单词聚类设置环境条件，推理得到操作指令并进行相应的控制操作。语言理解以动词聚类为基础，针对各个功能依次建立独特的自动导航动词概念从属树、过程树事实和静/动态事件事实。路线规划是在拖拉机作业前采用步长连续寻点法设定行进的具体坐标，并控制拖拉机在到达一个坐标点后继续向下一个坐标点行进，直至完成整个路线。

4结论

研究了英语语言理解在农机自动导航中的作用，将理解的过程概括为词法分析、句法分析、语义分析和篇章分析。语义分析是语言理解的核心和难点，而单词聚类是语义理解的主要内容。以拖拉机的自动导航为例，对相关的名词、动词、介词和副词进行聚类分析，列举了实现路线规划、速度控制和方向控制这3种功能的代表性事件，可以提高我国农业机械的自动化水平。

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作者:杜堃 苏倩 单位:河北能源职业技术学院