導(dǎo)語(yǔ)：智能農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展下，精準(zhǔn)智慧化農(nóng)業(yè)正逐漸替代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，成為未來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展和研究的對(duì)象。在智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，智能農(nóng)業(yè)機(jī)械是目前研究最多的領(lǐng)域之一。農(nóng)機(jī)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)中具有重要地位，智能農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航的開(kāi)發(fā)利用，解放了農(nóng)民雙手，繁重的工作得到精簡(jiǎn)，工作效率得到提升?；诖?，本文詳細(xì)探討了智能農(nóng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，僅供參考。

關(guān)鍵詞：智能農(nóng)機(jī)；自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)；智慧農(nóng)業(yè)

自古以來(lái)，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者具備耐心與細(xì)心，還要付出辛勤的勞動(dòng)。但是，隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式正在發(fā)生翻天覆地的變化，自20世紀(jì)以來(lái)，各種創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)造了一個(gè)科學(xué)和技術(shù)獲得動(dòng)力的時(shí)代，而智能農(nóng)業(yè)已成為未來(lái)發(fā)展的主流。過(guò)去，依靠操作員在非智能農(nóng)業(yè)機(jī)械上的駕駛經(jīng)驗(yàn)很難執(zhí)行準(zhǔn)確的路線，并且難以確保復(fù)雜生產(chǎn)線的準(zhǔn)確性，頻繁的反復(fù)播種以及播種的遺漏增加了農(nóng)業(yè)成本，降低了土地使用率。自動(dòng)化、智能化和信息化是當(dāng)今全球農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展目標(biāo)，無(wú)人駕駛技術(shù)使農(nóng)機(jī)操作員免于繁瑣的工作，極大地提高了農(nóng)機(jī)的作業(yè)效率，減少了人為工作疲勞造成的錯(cuò)誤。

1我國(guó)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國(guó)是一個(gè)人口眾多的農(nóng)業(yè)大國(guó)，與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的可耕地遠(yuǎn)多于其他國(guó)家，但機(jī)械化程度卻遠(yuǎn)低于其他發(fā)達(dá)國(guó)家，消耗的勞動(dòng)力是其他國(guó)家勞動(dòng)力的數(shù)倍，這表明中國(guó)的農(nóng)業(yè)相較于其他國(guó)家處于落后水平，同時(shí)也表明中國(guó)的農(nóng)村農(nóng)機(jī)市場(chǎng)前景廣闊[1]。近年來(lái)，政府加大了對(duì)農(nóng)業(yè)的扶持力度，投資建設(shè)新農(nóng)村，隨著政策的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械化使用率必將大幅度提高。20世紀(jì)90年代在中國(guó)進(jìn)行的農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航與控制技術(shù)研究主要是借鑒了美國(guó)和日本的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，中國(guó)對(duì)使用多傳感器組合定位技術(shù)的研究還很少，但是相關(guān)的研究在工業(yè)、航空和智能交通領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了較高的水平。根據(jù)對(duì)定位相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的分析，組合定位方法可以作為可用于農(nóng)業(yè)研究的參考材料。精確農(nóng)業(yè)依靠國(guó)家的引進(jìn)、消化、吸收和改善。近幾年，大量引入了國(guó)外的GPS自動(dòng)導(dǎo)航和駕駛系統(tǒng)，已在國(guó)內(nèi)智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用中使用。在過(guò)去的十年中，我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平得到了快速發(fā)展，隨著從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械監(jiān)控和調(diào)度技術(shù)的需求已大大增加[2]。

2農(nóng)機(jī)導(dǎo)航智能控制系統(tǒng)應(yīng)用探討

拖拉機(jī)、插秧機(jī)與開(kāi)溝鋪管機(jī)為我國(guó)農(nóng)業(yè)常用的三種典型農(nóng)機(jī)，不同的農(nóng)業(yè)機(jī)械有著其獨(dú)有的特點(diǎn)，根據(jù)機(jī)械的特點(diǎn)，搭載農(nóng)機(jī)導(dǎo)航智能控制系統(tǒng)，研制出路徑規(guī)劃與跟蹤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制導(dǎo)航系統(tǒng)的搭建[3]。本文通過(guò)對(duì)以上三種常用農(nóng)業(yè)機(jī)械以及當(dāng)代最新進(jìn)的“慧農(nóng)”北斗導(dǎo)航農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行智能農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用探討。2.1拖拉機(jī)智能導(dǎo)航系統(tǒng)。拖拉機(jī)是田間作業(yè)中使用廣泛，且最具代表性，所以對(duì)自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)和設(shè)備的需求也最為迫切。拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航具備自動(dòng)定位和自動(dòng)跟蹤功能，在導(dǎo)航工作中，衛(wèi)星定位系統(tǒng)用于確定其自身的位置，并實(shí)時(shí)控制拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度，以使其按照既定路線進(jìn)行田間作業(yè)[4]。在本節(jié)中研究拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使用光電傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)前輪角度檢測(cè)，設(shè)計(jì)閉環(huán)反饋轉(zhuǎn)向控制器，設(shè)計(jì)路徑規(guī)劃和路徑跟蹤軟件系統(tǒng)，并自動(dòng)搜索拖拉機(jī)。首先，要測(cè)試導(dǎo)航控制系統(tǒng)的實(shí)際車輛性能和控制方法，在測(cè)試車輛上安裝自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。通過(guò)車載監(jiān)控終端的完整功能實(shí)現(xiàn)智能控制，這些功能中包括路線設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、軌跡跟蹤、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。其次，設(shè)計(jì)路徑規(guī)劃與跟蹤軟件系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)實(shí)時(shí)從拖拉機(jī)上安裝的傳感器和定位模塊收集數(shù)據(jù)，例如經(jīng)度、緯度和旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算操作偏差并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)串行總線實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換給顯示終端。將數(shù)據(jù)另存為文本文件，以便在工作質(zhì)量分析期間調(diào)出，導(dǎo)航路線計(jì)劃模塊完成了野外工作路線的設(shè)置，創(chuàng)建預(yù)定路線并保存數(shù)據(jù)。通過(guò)車輛駕駛參數(shù)設(shè)置模塊配置調(diào)整參數(shù)，路徑跟蹤軟件系統(tǒng)界面顯示虛擬軌跡和仿真圖片，具有很好的可視化效果。2.2插秧機(jī)智能導(dǎo)航控制系統(tǒng)。水稻插秧機(jī)是中國(guó)農(nóng)業(yè)的常見(jiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械，主要運(yùn)用在水稻種植方面，是提高中國(guó)水稻產(chǎn)量的重要機(jī)械。由于田間調(diào)查工作的強(qiáng)度大和缺乏農(nóng)村勞動(dòng)力，水稻插秧機(jī)的自動(dòng)搜索功能也引起了大多數(shù)科研人員的關(guān)注[5]。實(shí)現(xiàn)插秧機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，減少駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，延長(zhǎng)工作時(shí)間，提高生產(chǎn)率和大米產(chǎn)量。插秧機(jī)采用Pm控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)反饋轉(zhuǎn)向控制器，并集成開(kāi)發(fā)了自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。插秧機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)具有兩個(gè)功能。一個(gè)是定位，另一個(gè)是控制。定位是為了準(zhǔn)確確定車輛的當(dāng)前路徑，并根據(jù)插秧機(jī)在行駛過(guò)程中的路徑和姿態(tài)確定其相對(duì)于參考點(diǎn)的相對(duì)位置；控制是指確定并執(zhí)行所需的控制量，在不發(fā)生偏差的前提下使插秧機(jī)可以在預(yù)定的路線上行走。作為整個(gè)水稻插秧平臺(tái)的導(dǎo)航控制中心，它使用高性能的車載計(jì)算機(jī)處理GNSS姿態(tài)信息和角度傳感器信息，該信息的高性能傳播速度會(huì)實(shí)現(xiàn)智能的行為決策并輸出導(dǎo)航控制指令。車載計(jì)算機(jī)發(fā)出導(dǎo)航控制指令，指令傳達(dá)到轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器接受命令后作出勻速反應(yīng)，控制駕駛員執(zhí)行準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，這樣在安全范圍內(nèi)控制車速，并控制插秧速度。2.3開(kāi)溝鋪管機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)。隨著國(guó)家鹽堿地開(kāi)發(fā)利用，土地綜合生產(chǎn)能力提高等相關(guān)措施的實(shí)施，隱蔽管式堿排水技術(shù)在我國(guó)北方和沿海地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用[6]。依靠手工開(kāi)挖和人工管道鋪設(shè)不僅效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)營(yíng)成本高，而且難以確保工程質(zhì)量。開(kāi)溝鋪管機(jī)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行智能行駛系統(tǒng)控制，行駛系統(tǒng)由行駛液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，行駛馬達(dá)的轉(zhuǎn)速由兩個(gè)柱塞泵和兩個(gè)雙齒輪泵控制。開(kāi)溝機(jī)兩側(cè)的履帶獨(dú)立運(yùn)行，均配有液壓馬達(dá)，每個(gè)液壓馬達(dá)都配備有光電傳感器以測(cè)量速度，行走速度和轉(zhuǎn)向控制在液壓馬達(dá)的控制下實(shí)現(xiàn)速度同步，光電傳感器將速度信號(hào)發(fā)送到車載計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)車載計(jì)算機(jī)計(jì)算后，可以在線監(jiān)視工作量，如果凹槽承擔(dān)太多負(fù)荷，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)速降低后車載計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)，依據(jù)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低比例閥液壓泵的輸出流量，進(jìn)而達(dá)到降低行走速度的目的，并形成工作裝置。自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)包括GPS定位模塊、車載計(jì)算機(jī)，步態(tài)控制器、傳感器和各種執(zhí)行器等，傳感器負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)到車載計(jì)算機(jī)上，行走控制器接收計(jì)算機(jī)處理過(guò)的數(shù)據(jù)后，輸出信號(hào)控制電磁閥執(zhí)行操作，GPS定位精確獲得車輛位置信息，執(zhí)行必要的操作控制使車輛能按照指定的路線行走，不發(fā)生偏移。車載計(jì)算機(jī)是為開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)工程智能設(shè)備而開(kāi)發(fā)的多功能PC集成機(jī)，通過(guò)系統(tǒng)的人機(jī)界面，可以設(shè)置操作參數(shù)，顯示農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作軌跡，實(shí)現(xiàn)GPS從左到右的操縱。通過(guò)跟蹤速度傳感器信息，車載計(jì)算機(jī)可以做出行為決策，生成導(dǎo)航信息說(shuō)明并存儲(chǔ)相關(guān)的工作過(guò)程數(shù)據(jù)。車載計(jì)算機(jī)集成了GPS定位模塊和3G無(wú)線通信模塊，可實(shí)現(xiàn)車載數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)定位和遠(yuǎn)程傳輸，同時(shí)配備強(qiáng)大的抗干擾功能，極大地提高了惡劣環(huán)境下的可靠性。它采用壓鑄鋁外殼，具有高導(dǎo)熱性，出色的散熱性和小尺寸，同時(shí)考慮到防磁、防塵和防水來(lái)適應(yīng)惡劣的農(nóng)業(yè)工作環(huán)境。導(dǎo)航控制軟件界面提供實(shí)時(shí)信息，例如導(dǎo)航時(shí)間、定位方法、方位角等，以幫助操作員判斷定位信息的可靠性。數(shù)據(jù)收集模塊是整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集器，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集以及分析，完成傳感器信息收集，并且存儲(chǔ)和回放分析模塊導(dǎo)航信息，以幫助駕駛員回看并分析原因以便于下一次更好的完成工作任務(wù)。控制決策系統(tǒng)根據(jù)車輛的當(dāng)前位置信息計(jì)算預(yù)定的路線偏離，根據(jù)偏離路線測(cè)定相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后創(chuàng)建控制策略，并將當(dāng)前的控制信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)控制器，從而達(dá)到控制溝槽管道工步行系統(tǒng)直線操作的目的。2.4新一代“慧農(nóng)”北斗導(dǎo)航農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)北京合眾思?jí)蜒邪l(fā)的“慧農(nóng)”衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)的基本技術(shù)，導(dǎo)航技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用是發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的前提[7]。經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，中國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械在機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性方面取得了重大進(jìn)展。故障率有所降低，工作效率也得到了極大提高，得到了農(nóng)民廣泛認(rèn)可，隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建成，北斗將在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到更廣泛應(yīng)用。為了加快新型社會(huì)化農(nóng)業(yè)機(jī)械服務(wù)體系的建設(shè)，進(jìn)一步擴(kuò)大農(nóng)村農(nóng)機(jī)合作社的范圍，在全國(guó)開(kāi)展了農(nóng)業(yè)機(jī)械合作社建設(shè)試點(diǎn)。一種稱為“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)營(yíng)”的新型農(nóng)業(yè)機(jī)械服務(wù)模式有效地解決了農(nóng)村工人的短缺問(wèn)題。傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率低、成本高、質(zhì)量差、整體管理困難等問(wèn)題也得到有效解決，通過(guò)在線和離線結(jié)合O2O的新型共享農(nóng)業(yè)機(jī)械模型也正在興起。

3結(jié)語(yǔ)

眾所周知，勞動(dòng)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分。然而，近年來(lái)城市化的發(fā)展導(dǎo)致了農(nóng)村常住人口驟減，其中農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力急劇下降，對(duì)智能農(nóng)業(yè)的需求日益明顯。在20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)率先提出了“精確農(nóng)業(yè)”的概念，這為“智能農(nóng)業(yè)”奠定了良好的基礎(chǔ)[8]。現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“智能農(nóng)業(yè)”生產(chǎn)帶動(dòng)了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的新變化，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下。農(nóng)業(yè)工具需要專業(yè)的操作人員。由于高昂的勞動(dòng)力成本，繁瑣的工作以及繁瑣的體力勞動(dòng)，不利于作物生產(chǎn)和收入增加，從而大大減少了農(nóng)民的收入?？紤]到農(nóng)業(yè)上出現(xiàn)的各種問(wèn)題，將通過(guò)智能技術(shù)解決這些問(wèn)題，農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的硬件和軟件優(yōu)勢(shì)，非常適合于涵蓋“耕種、種植、照料和收獲”的整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊立新.智慧農(nóng)業(yè)驅(qū)動(dòng)湖北農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化創(chuàng)新發(fā)展[J].決策與信息，2020(8)：12-13.

[2]朱登勝，方慧，胡韶明，等.農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程智能管理平臺(tái)研發(fā)及其應(yīng)用[J/OL].智慧農(nóng)業(yè)(中英文)：1-15[2020-08-11].

[3]趙弢.戎美瑞：河北加大農(nóng)機(jī)化投入，形成可推廣可復(fù)制的技術(shù)路線[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2020(7)：68.

[4]冉小琴.中國(guó)田間日：雷沃農(nóng)業(yè)裝備全程智慧解決方案盡顯科技范[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2020(7)：72-73.

[5]于萬(wàn)鵬.計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在拖拉機(jī)行進(jìn)控制上的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2019，41(12)：208-211.

[6]周巖，王雪瑞.基于WSN的智能農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015，23(9)：3038-3041.

[7]宋春月.無(wú)人駕駛拖拉機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].上海：上海工程技術(shù)大學(xué)，2015.

[8]陳康.智能農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航研究[D].上海：上海工程技術(shù)大學(xué)，2015.

作者:楊柏婷 單位:長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院