农业机械导航关键技术及应用分析

随着机械技术和信息技术的不断发展，农业机械也将二者进行了有机的结合，促进了农业机械向精准化方向转变。如今，导航技术已经应用到我们生活的方方面面，其在农业机械上的应用也成为了机械化发展的必然趋势。自动导航技术可有效提升耕整地、植保、播种、收获等田间作业的效率，通过利用 GPS 或北斗的定位技术结合 PID模糊控制等先进算法，能够有效提升农业机械的运行精度。且农业机械未来的发展也要求其必须具备自主农机导航的基础功能，从而实现农业机械对外部环境的准确感知，并通过实时的信息获取与处理，判断自身位置与周围环境的关系，并对工作路径进行规划和导航控制，以保证农业生产任务的顺利完成。

1 农机导航技术

现阶段应用于农业机械的导航技术以视觉导航和卫星导航为主，其适应的场合和优势各异，但多应用于先进机型，且在我国的应用范围较小。

1. 1 视觉识别导航

视觉识别导航主要是通过先进的摄像头和计算机算法相结合，用以模拟人眼功能进行的导航技术。应用于农业机械的视觉导航技术主要是为农机提供路线识别、机械位置测量、航向规划以及躲避障碍物等功能。通过视觉识别能够实现较大范围的环境监测，从而收集足量信息，保证机械的正常行驶。由于现阶段我国的农业生产规模化不强，农田环境较为复杂，导致了视觉导航使用过程精确度的下降，且视觉导航需要在获取信息后通过换算指导农机前进，因此行驶速度较慢，作业效率低下。

1. 2 卫星导航

卫星导航主要是通过围绕地球轨道运转的多颗卫星构成的精确定位系统，该系统能够实时提供农业机械在空间位置上的信息。农机卫星导航功能的实现主要依靠地面基站和移动站两套设备，以地面基站作为地面坐标的基准，当农业机械携带移动站进行作业时，其卫星定位的坐标经过地面基站进行距离修正，使农业机械的作业精度再度提升。目前的农业机械导航为保证精度更多地采用了RTK 差分技术，通过附加的差分修正信号改善卫星定位的精度，从而完成更为精细的导航作业任务。

1. 3 组合导航

由于农业自动化技术的不断发展，先进农机所能完成的工作也越来越精细，传统的导航方式很难完全满足农业机械未来发展的趋势。因此，通过多种导航方式的优势互补能够有效提高定位系统的精确度，通过算法之间的优势互补，能够保证自动导航功能的可靠性。例如在绝大部分场合，卫星导航能够提供精确的定位服务，但也不可避免的存在信号不良区域，这时利用视觉导航进行修正就能够保证导航过程的连续性和稳定性，避免机械作业失误的出现。

2 导航技术的应用情况

2. 1 农作物产量监测

由于导航技术精准定位的特点，能够结合传感器技术对农作物产量的相关信息进行监测和收集。在实际的农业生产中，通过在收获机械上安装卫星定位系统，就能够通过相关的传感器和视觉机构获得收获过程的实时信息，其中卫星导航技术主要应用于定位，同时帮助收获机械实现自主作业，通过传感器测量农作物的产量信息，并将结果与位置信息相结合反馈给计算机端。农作物产量检测常用到的传感器包括压力传感器和湿度传感器，分别用于收集农作物的重量和含水率，以提供农作物生长情况的第一手资料。

2. 2 无人机植保作业

使用多旋翼无人机进行植保作业是近年来兴起的新的植保方式，也是农业自动导航技术的良好应用方向，由于无人机植保去除了很多地面作业的影响因素，因此更适于导航技术的发挥。通过 RTK 差分技术实现高精度的农作物养护作业，需要保证卫星导航系统具备以下功能:一是无人机的控制端能够依靠无线网络向特定的无人机发射植保作业信号，信号内包含预先设定的作业方案和行驶轨迹;二是无人机在接收到控制端信号后，能够按照预先设定好的方案和轨迹实施作业;三是无人机在飞行过程中能够实时检测自身状态，并将相关信息反馈给控制端，例如农药含量、电池电量等; 四是无人机对导航偏差能实现自行修正，能够实现作业完成或电量不足、农药不足情况下的自动返航。

2. 3 耕地土壤信息监测

农业生产的耕地土壤质量是影响农作物产量的重要因素，土壤成分及质量是影响农作物种植的关键因素，传统模式下通常采用大规模的土壤采样方法收集区域内农业土壤信息，该种方法耗时耗力且容易出现误差，存在精准度不足的缺陷。基于农业机械导航技术设计的农作物土壤信息监测系统能够实现对种植区域内土壤成分及质量信息的快速收集监测，具体的技术原理为:将 GPS 导航系统和 GIS 地理信息系统安装在土壤信息监测设备上，GPS 导航系统用来确保设备监测工作的地理位置获取，制定最优行进路线，实现对区域内土壤信息的快速采集和监测，而 GIS 系统则负责接收土壤监测的数据结果，存储并上传到主机端。