智能农机自动导航系统应用研究

智能农机自动导航系统应用研究

努尔尼沙

新疆博乐市青得里镇农业发展服务中心

摘要：随着我国总体科技水平的快速提升，传统的机械相关行业正快速向自动化和智能化转型，大量的智能生产加工设备、汽车、医疗器械与现代化的计算机技术实现融合，使机械装备的工作精度、使用便捷性、工作合理性明显提升。相对而言，农业机械的自动化与智能化的发展缓慢，在我国，受到农业机械使用环境和使用群体的限制，农机企业开发的产品更倾向于人工驾驶的机械类产品，农机产品与计算机、数字控制等先进技术结合仍不充分，与智能加工、汽车等行业相比相差甚远。与发达国家的农机技术相比，我国农机技术的现代化程度已明显不足，尽管近年来农业机械的普及率不断上升，但平均技术水平不足成为制约农机化生产的新短板，如何在“增量的同时提质”是农机行业发展必须要思考的问题。

关键词：智能农机;导航系统;自动

引言

党的十九大报告中明确指出，全党应将重心放在“三农”问题的解决上，要实现乡村振兴。做好农机技术推广是振兴农业、振兴农村的重要举措，有助于转变农民思想观念，实现科学种田。我国信息技术得到了高速发展，已然渗透到诸多行业领域，将之应用到农业领域，则能使农机技术推广得以提速。

1 GPS导航技术

该技术最显著的优势是，成本低、精度高、速度快、易操作，在当前农业机械设备得到了广泛应用。例如，美国将GPS导航系统装在农业机械收割设备上，通过自动导航系统的便捷性与高效性，提高了农业生产的智能化、自动化程度。并且，还可与互联网技术结合，对种植区域内的农作物产量与质量等数据信息展开分析、处理，为后续农作物耕作提供指导。又或是日本在GPS导航技术基础上研制的无人驾驶拖拉机，可从农业机械仓库自动驾驶到农场区域，并能做到精准定位。此外，部分用于农业种植、灌溉等工作的小型无人机，也融合了GPS导航技术，通过事先进行飞行路径、速度及高度等设定，就能完成农业大规模、精细化生产。尤其是在喷洒农药时，能实现药剂用量的明显降低（约30%-50%），更能对药剂飘移做良好控制，使药剂穿透性显著提升。

2路径追踪

路径跟踪分为三个步骤:第一，得到拖拉机和预定目标之间相关联的动态参数;第二，确定机动控制的范围;第三，对其做出精确的控制操作。在实际作业过程中，通过位置信息接收器接收到与预定目标之间相关联的动态参数，并以这些参数作为基本信息进行研究分析;设置一个预览点，得到两个参数:横向跟踪的误差和路线的纵向偏差，通过方案算法得出最合适的控制动作，并在指定时间执行该控制动作;机器的运动状态参数在运行中是连续循环传输给系统控制的动态过程。

3智能农机自动导航系统特点

机电一体化技术的广泛应用使得农机装备的信息采集与处理速度得到了很大的提高，同时也为传统农业向现代化农业发展奠定了坚实的基础。机电一体化农机设备对工作效率的提高主要体现在以下几个方面：第一，农业信息化技术实现了农业生产和管理的信息共享。配合卫星导航、计算机控制等机电一体化技术，农机设备管理人员可以实现对农机位置的定位，随时监控机械运行状况，根据农机工作的实际状态，实时分析农业生产状况，制定最佳的耕种、收获路线和方案，从而大大提高农机的工作效率，避免机械窝工或者低效运转，提高农业生产力。第二，农业机械一般需要制定检修计划，在使用一段时间后就要定期对其安全性能进行检查，如果采用人工检查将十分耗费人力，对检验检测人员的技术要求比较高，同时也存在一些不确定性因素，出现误判的概率比较大。应用机电一体化技术后，就可以有效地提高检修工作的效率，与此同时，自动化检测误差少，也能保证检测工作的质量。第三，采用自动化控制和检查方法，通过系统设定，可以对农机进行周期性的自动检查，发现机械故障后在第一时间进行排除，将农业机械中存在安全问题的概率降到最低，防止作业过程中机械出现故障而导致耗时费力，降低农业生产效益。

4智能农机自动导航系统应用

4.1视觉识别及数据获取

在农业机械上安装视觉设备的目的是使农机能够模拟人的双眼，从而提高对环境的认识能力。视觉识别看似是增加了一个或多个摄像头，但摄像头仅为视觉图像的获取装备，要实现视觉识别的功能，必须依靠计算机技术对获取的图像数据进行复杂的处理。在进行视觉识别的过程中，摄像头在获取图像信息后将其传输到计算机系统中进行处理，计算机需要完成以下的工作任务，一是对图片进行色彩处理，根据不同的ＲGB选项生成多个图形;二是去除图形中的非重要元素;三是识别图片中的关键信息;四是确定识别目标并将其定位和凸显;五是验证目标的有效性，并生成空间坐标数据;六是将识别的信息进行输出或存储，用于指导农机作业。基于计算机技术的视觉识别能显著提高农机田间形式的避障能力，并有利于同步获取田间信息。

4.2农机监控技术

借助信息技术来监管农机等设备，并进行设备各项运行数据的搜集和整理，以保证调控的科学性。借助自动监控系统，能实现农机等设备的远程与自动管理。借助此技术，能便捷传输作业指令，有效开展农业生产活动。

4.3卫星定位与导航

卫星定位与导航是现阶段农机合理化作业以及未来农机发展的必要功能之一，其能够实现对农机位置的高精度定位。在定位功能实现的过程中，需要通过计算机系统统计农机上装备的卫星定位终端与所搜索到的卫星之间的位置数据关系，并利用运算初步定位，再通过与农机附近田地的卫星基站进行位置纠偏运算，能够实现对农机位置的精准定位。在精准定位功能的基础上，为进一步提高农机行驶的合理性，导航技术广泛应用到了农机化生产中，计算机技术能够利用卫星定位数据与农田边界信息进行农田作业路线的规划，可指导驾驶员进行精确的行驶，并根据地理信息系统的数据规避障碍物和不良地形，驾驶员通过导航屏幕的指引能够实现高精度的农机驾驶操作，有效避免行驶路线偏离和行驶路线重复问题。

4.4视频监视技术

通过信息技术进行环境监控，能够及时发现并处理火灾等隐患，或及时接收危险预警，将损失降到最低。如果将监控设备安装在存放农机的地点，借助网络技术完成监控画面的传输，就能够保证农机安全存放与使用。

4.5田间收获类机器人

大田收获类机器人是指通过机器视觉等技术识别与定位、选择作业对象并依据对象特征实现差异化精准收获控制的机器人，它关注无法大规模自动化采收的对象，同时注重收获作业的高效性和适应性，弥补了农机装备在精细选择性收获作业方面装备的不足。其主要技术难点是高效、低损收获末端执行器设计与控制。将无人驾驶技术、机器视觉与甘蓝收获技术结合，研制了大田甘蓝自主收获机器人，通过北斗系统定位种植行后将采收臂与甘蓝对齐、机器视觉微调后完成对行采收作业，同时通过传输通道将甘蓝运至协同运输的自动行驶车辆。美国ＣＲＯＯＲｏｂｏｔｉｃｓ研发了大田高垄草莓收获机器人，利用草莓与茎叶的位置差异，设计了柔性茎叶和草莓果分离末端执行器和开合式硅爪采收轮，通过旋转光学相机识别定位目标草莓，实现了快速采收、输送和集箱。

4.6机器人技术

机器人是人工智能技术快速发展下的产物，在农业生产实际中应用机器人技术，能对农业产品展开智能辨别、精确定位及实时跟踪，智能化管理农业生产。比如美国所研制的新型脉冲激光机器人，能对农业产品的覆盖范围、实际生长情况及产品直径等信息做自动采集，并对收集到的数据信息展开分析处理。具体而言，先是对农作物所处地理环境、土壤环境展开勘查，完成农作物四周地理环境、温湿度环境、气候环境等数据信息的收集，然后将收集的数据传送到中央处理器，展开大数据分析与统计，最后根据数据完成3D模型建立，并对3D模型展开层层筛选分析，旨在更深入地分析与研究农作物的重要信息，如生长情况等。

结束语

综上，农业机器人进入了快速发展期，也是我国追赶国际技术前沿的关键窗口期。立足国内现状紧盯前沿抓住机遇，结合我国农业产业特点，加大农业机器人基础研究投入，鼓励“从０到１”原创性研究，加快创新技术研发、缩短与国外技术水平差距，抢先实现农业机器人技术落地并进入产业化应用，实现与国际先进水平的跟跑和并跑，提高我国农机工业的技术水平和国际竞争力。

参考文献

[1]陈学庚,温浩军,张伟荣,潘佛雏,赵岩.农业机械与信息技术融合发展现状与方向[J].智慧农业(中英文),2020,2(04):1-16.

[2]蔡存成.农业自动导航车多目标最优控制研究[D].浙江农林大学,2020.

[3]饶孟付.阜宁信息化智能化农机装备技术推广的探索实践[J].农机科技推广,2020(12):43-44+47.

[4]刘婞韬,李小龙,徐岚俊,陈华,张传帅,孙梦遥,吴才聪.农机无人驾驶技术现状及发展前景[J].农机科技推广,2020(12):22-24.

[5]吴越.浅析智能化技术在农业机械中的应用与发展[J].南方农机,2020,51(23):78-79.