农业机械导航技术研究

摘要:为加快农业现代化建设，促进农业发展，必须加以创新，改变传统的耕作方式，与现代信息科技相融合。本文围绕农业机械自动导航技术，先对GPS、视觉导航等导航方式以及几种关键技术进行分析，然后对其发展进行展望。

关键词:农业机械化；自动导航技术；GPS技术

将科技合理应用在农业生产中，有利于提高生产效率和作业质量，进一步推动新农村建设。农业机械化改变了传统的耕作方式，随着时代的发展，信息技术也开始融入其中，比如导航定位和农业的融合，就是对一般机械化的升级，可降低驾驶难度，推动精准农业进步。机械自动导航技术在农业中功能多样，可完成田间耕作、播种、施肥、喷药等多项操作，尽可能降低遗漏作业、重复作业等情况的发生率。总之，在推广该技术的同时还应加强研究，树立创新意识，在智能化道路上走得更远。

1农业机械自动导航中的常用方式

1.1GPS定位系统

GPS是具有三维定位、导航功能的全球定位系统，具有全天候、全方位、高精度等特点，在汽车、航空等领域有着广泛应用，使得地球社会的信息化水平得以提升[1]。该系统由空间部分、地面控制系统、用户设备三部分组成，基本原理是根据已知位置的卫星来确定接收机的具体位置。将其安装在农业机具上，在田间耕作时便可按照优化路径快速耕作，大大提高了农业劳动生产效率。该技术在农业中可用于多项操作，比如土质检测和变量施肥，车辆行走在田里可采集不同位置的土壤进行质量检测。往往会结合GIS（地理信息系统）系统使用，记录下精确位置，最终可绘制出一幅不同质量的土壤分布图，方便后续的变量施肥。传统施肥多采用人工方式，这种方式较为粗放，主要是凭借经验。现在开始使用施肥车等机具，但都难以根据各处的土壤性质进行肥量调整，而GPS、GIS技术则可以实现。当前，很多农村地区都进行集约化、规模化耕作，大面积作业时如何准确无误地把握作业轨迹非常关键。GPS系统可保存提前确定的轨迹，实际耕作时会有系统引导和提醒，因为路径最佳，可减少走弯路的可能，从而省油省钱。

1.2视觉导航

现在的汽车上一般都装有GPS、视觉导航系统等。相比于GPS技术，视觉导航更加直观化，可以把周围环境显示在屏幕上，操作者驾驶车辆的速度可快速提升，而且精准度高[2]。在平原地区进行大面积耕作时，田间都会纵横规划非常整齐，视觉导航技术能够搜集每一行的信息，提供准确的位置信息。国外从20世纪80年代就开始着手研究此技术，并取得了一定的成果。比如，英国使用里程计和视觉传感器，对车辆位置进行控制，误差极小。美国则在此领域研究出一套基于立体视觉作物行检测的算法，可以快速精准地获取图像。日本尝试在农机具前方安装立体相机的方式，也取得了相应的成果。直到20实际90年代中期，我国才开始研究此项技术，业内人士给出了不同的建议，随着相关研究的增多，开辟了新的研究方向。虽然该技术能精确地确定目标作物行的位置，但田间的光照等自然条件无法控制，导致该技术的完善和推广受阻，市场上也没有比较可靠的产品。今后要想发展这一技术，必须抓住图像获取、光处理两项关键技术。

2农业机械自动导航关键技术

2.1跟踪控制技术

跟踪指的是定位，控制主要是对速度和转向的控制。在农田耕作，车速一般较低，有时对均匀度要求较高，所以必须严格控制速度，以免因为速度变化过大而引起其他方面的变化[3]。车辆在田间行驶耕作过程中，导航控制器会时刻反馈车辆信息，将之与规划的路径相比，如果出现偏差，可以及时转向调整，以免走到规划线路外的线路上。神经网络控制、模糊控制是此类导航控制的关键，可以省去构建精确模型的步骤，直接模拟人的智能行为，解决遇到的带有不确定性的难题。有业内人士将其用于农耕机动车，系统带有自学功能，很快就能适应环境，并可以进行现场处理。还有一种预瞄控制方法，需要驾驶员对前方路径提前预瞄，如果车辆位置和预瞄点存在误差，也可以及时调整。

2.2环境感知技术

环境感知技术指的是利用传感器搜集周围环境的信息，分析处理后以有效的特征信息为基础，构建环境模型[4]。农业机械自主导航技术要想不断发展，必须先解决这一问题，能够准确地感知环境变化，如此才能作出正确的决策。在网络信息时代，传感器的种类不断增多，质量更高，同时出现了很多先进的传感器信息处理方法，对提高环境感知能力大有裨益。关于该技术应用在农业机械导航中的研究越来越多，比如有业内人士设计了一种除草机器人，感知系统能够对田间杂草进行识别，反馈到总系统中，分析处理后对杂草进行清除。还有人提出一种全视觉运动障碍目标检测法，不管是计算能力、障碍检测功能，还是特征点匹配准确度及整体检测成功率，都比纯粹的单目视觉或双目视觉高。

2.3地图构建技术

这也是一项很关键的技术，环境感知和视觉导航都需要构建环境地图，一般是由传感器搜集所需信息，处理后进行地图绘制。而地图的呈现方式有多种，比如几何地图、用三维坐标表示周围环境信息。栅格地图也较为常用，但主要用于导航，而且是局部的导航。其感知功能需要大量计算，所以在定位方面很少涉及。还有一种拓扑地图，其关键在于如何定义拓扑点和拓扑边。

3农业机械自动导航的未来与展望

我国人口众多，但人均土地很少，提高粮食产量和质量显得无比重要。虽然实现了机械化，作业效率明显提高，但依然要迎接新的挑战，这就必须走智能化道路，大力发展机械自动导航技术，将其积极应用于农业生产中。针对农业环境的多样性、复杂性，应根据具体的环境选择适应的导航策略。比如，GPS的精度高，适用于开阔的田间作业；而在树冠交错的园林间，GPS信号受到遮挡、精度不够时，选择视觉导航或其他导航方法会更有效。另外，还要多研究可靠有效的传感器融合方法，以提高系统的稳定性、鲁棒性。针对国内导航机具的特点，开展配套技术的集成研究，以降低相关成本。

4结语

导航技术与农业机械自动化的融合是农机化发展升级的需要，也是实现农业现代化的重要途径。利用导航系统，可对田间作物行进行定位，对车辆进行导航提示，最终提高劳作效率。我国在此领域已取得初步成果，但相比欧美发达国家，还需深入研究，树立创新意识，争取取得更大的突破。

作者:阿布都艾尼 单位:博乐市乌图布拉格镇农业机械管理站

参考文献

[1]李建平，林妙玲.自动导航技术在农业工程中的应用研究进展[J].农业工程学报，2006（9）：232-236.

[2]钱海峰，郎春玲.农业机械自动导航技术研究进展[J].科研，2015（32）：15.

[3]姬长英，周俊.农业机械导航技术发展分析[J].农业机械学报，2014（9）:44-54.

[4]苗峻齐.基于激光扫描技术的农业机械导航避障系统研究[D].广州：华南农业大学，2012.