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關(guān)于農業(yè)機械工程推廣運用研究論文
摘要:為加快農業(yè)現代化建設，促進(jìn)農業(yè)發(fā)展，必須加以創(chuàng )新，改變傳統的耕作方式，與現代信息科技相融合。本文圍繞農業(yè)機械自動(dòng)導航技術(shù)，先對GPS、視覺(jué)導航等導航方式以及幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，然后對其發(fā)展進(jìn)行展望。
關(guān)鍵詞:農業(yè)機械化；自動(dòng)導航技術(shù)；GPS技術(shù)
將科技合理應用在農業(yè)生產(chǎn)中，有利于提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量，進(jìn)一步推動(dòng)新農村建設。農業(yè)機械化改變了傳統的耕作方式，隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，信息技術(shù)也開(kāi)始融入其中，比如導航定位和農業(yè)的融合，就是對一般機械化的升級，可降低駕駛難度，推動(dòng)精準農業(yè)進(jìn)步。機械自動(dòng)導航技術(shù)在農業(yè)中功能多樣，可完成田間耕作、播種、施肥、噴藥等多項操作，盡可能降低遺漏作業(yè)、重復作業(yè)等情況的發(fā)生率�？傊�，在推廣該技術(shù)的同時(shí)還應加強研究，樹(shù)立創(chuàng )新意識，在智能化道路上走得更遠。
1農業(yè)機械自動(dòng)導航中的常用方式
1.1GPS定位系統
GPS是具有三維定位、導航功能的全球定位系統，具有全天候、全方位、高精度等特點(diǎn)，在汽車(chē)、航空等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛應用，使得地球社會(huì )的信息化水平得以提升[1]。該系統由空間部分、地面控制系統、用戶(hù)設備三部分組成，基本原理是根據已知位置的衛星來(lái)確定接收機的具體位置。將其安裝在農業(yè)機具上，在田間耕作時(shí)便可按照優(yōu)化路徑快速耕作，大大提高了農業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)效率。該技術(shù)在農業(yè)中可用于多項操作，比如土質(zhì)檢測和變量施肥，車(chē)輛行走在田里可采集不同位置的土壤進(jìn)行質(zhì)量檢測。往往會(huì )結合GIS（地理信息系統）系統使用，記錄下精確位置，最終可繪制出一幅不同質(zhì)量的土壤分布圖，方便后續的變量施肥。傳統施肥多采用人工方式，這種方式較為粗放，主要是憑借經(jīng)驗�，F在開(kāi)始使用施肥車(chē)等機具，但都難以根據各處的土壤性質(zhì)進(jìn)行肥量調整，而GPS、GIS技術(shù)則可以實(shí)現。當前，很多農村地區都進(jìn)行集約化、規�；�，大面積作業(yè)時(shí)如何準確無(wú)誤地把握作業(yè)軌跡非常關(guān)鍵。GPS系統可保存提前確定的軌跡，實(shí)際耕作時(shí)會(huì )有系統引導和提醒，因為路徑最佳，可減少走彎路的可能，從而省油省錢(qián)。
1.2視覺(jué)導航
現在的汽車(chē)上一般都裝有GPS、視覺(jué)導航系統等。相比于GPS技術(shù)，視覺(jué)導航更加直觀(guān)化，可以把周?chē)h(huán)境顯示在屏幕上，操作者駕駛車(chē)輛的速度可快速提升，而且精準度高[2]。在平原地區進(jìn)行大面積耕作時(shí)，田間都會(huì )縱橫規劃非常整齊，視覺(jué)導航技術(shù)能夠搜集每一行的信息，提供準確的位置信息。國外從20世紀80年代就開(kāi)始著(zhù)手研究此技術(shù)，并取得了一定的成果。比如，英國使用里程計和視覺(jué)傳感器，對車(chē)輛位置進(jìn)行控制，誤差極小。美國則在此領(lǐng)域研究出一套基于立體視覺(jué)作物行檢測的算法，可以快速精準地獲取圖像。日本嘗試在農機具前方安裝立體相機的方式，也取得了相應的成果。直到20實(shí)際90年代中期，我國才開(kāi)始研究此項技術(shù)，業(yè)內人士給出了不同的建議，隨著(zhù)相關(guān)研究的增多，開(kāi)辟了新的研究方向。雖然該技術(shù)能精確地確定目標作物行的位置，但田間的光照等自然條件無(wú)法控制，導致該技術(shù)的完善和推廣受阻，市場(chǎng)上也沒(méi)有比較可靠的產(chǎn)品。今后要想發(fā)展這一技術(shù)，必須抓住圖像獲取、光處理兩項關(guān)鍵技術(shù)。
2農業(yè)機械自動(dòng)導航關(guān)鍵技術(shù)
2.1跟蹤控制技術(shù)
跟蹤指的是定位，控制主要是對速度和轉向的控制。在農田耕作，車(chē)速一般較低，有時(shí)對均勻度要求較高，所以必須嚴格控制速度，以免因為速度變化過(guò)大而引起其他方面的變化[3]。車(chē)輛在田間行駛耕作過(guò)程中，導航控制器會(huì )時(shí)刻反饋車(chē)輛信息，將之與規劃的路徑相比，如果出現偏差，可以及時(shí)轉向調整，以免走到規劃線(xiàn)路外的線(xiàn)路上。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制、模糊控制是此類(lèi)導航控制的關(guān)鍵，可以省去構建精確模型的步驟，直接模擬人的智能行為，解決遇到的帶有不確定性的難題。有業(yè)內人士將其用于農耕機動(dòng)車(chē)，系統帶有自學(xué)功能，很快就能適應環(huán)境，并可以進(jìn)行現場(chǎng)處理。還有一種預瞄控制方法，需要駕駛員對前方路徑提前預瞄，如果車(chē)輛位置和預瞄點(diǎn)存在誤差，也可以及時(shí)調整。
2.2環(huán)境感知技術(shù)
環(huán)境感知技術(shù)指的是利用傳感器搜集周?chē)h(huán)境的信息，分析處理后以有效的特征信息為基礎，構建環(huán)境模型[4]。農業(yè)機械自主導航技術(shù)要想不斷發(fā)展，必須先解決這一問(wèn)題，能夠準確地感知環(huán)境變化，如此才能作出正確的決策。在網(wǎng)絡(luò )信息時(shí)代，傳感器的種類(lèi)不斷增多，質(zhì)量更高，同時(shí)出現了很多先進(jìn)的傳感器信息處理方法，對提高環(huán)境感知能力大有裨益。關(guān)于該技術(shù)應用在農業(yè)機械導航中的研究越來(lái)越多，比如有業(yè)內人士設計了一種除草機器人，感知系統能夠對田間雜草進(jìn)行識別，反饋到總系統中，分析處理后對雜草進(jìn)行清除。還有人提出一種全視覺(jué)運動(dòng)障礙目標檢測法，不管是計算能力、障礙檢測功能，還是特征點(diǎn)匹配準確度及整體檢測成功率，都比純粹的單目視覺(jué)或雙目視覺(jué)高。
2.3地圖構建技術(shù)
這也是一項很關(guān)鍵的技術(shù)，環(huán)境感知和視覺(jué)導航都需要構建環(huán)境地圖，一般是由傳感器搜集所需信息，處理后進(jìn)行地圖繪制。而地圖的呈現方式有多種，比如幾何地圖、用三維坐標表示周?chē)h(huán)境信息。柵格地圖也較為常用，但主要用于導航，而且是局部的導航。其感知功能需要大量計算，所以在定位方面很少涉及。還有一種拓撲地圖，其關(guān)鍵在于如何定義拓撲點(diǎn)和拓撲邊。
3農業(yè)機械自動(dòng)導航的未來(lái)與展望
我國人口眾多，但人均土地很少，提高糧食產(chǎn)量和質(zhì)量顯得無(wú)比重要。雖然實(shí)現了機械化，作業(yè)效率明顯提高，但依然要迎接新的挑戰，這就必須走智能化道路，大力發(fā)展機械自動(dòng)導航技術(shù)，將其積極應用于農業(yè)生產(chǎn)中。針對農業(yè)環(huán)境的多樣性、復雜性，應根據具體的環(huán)境選擇適應的導航策略。比如，GPS的精度高，適用于開(kāi)闊的田間作業(yè)；而在樹(shù)冠交錯的園林間，GPS信號受到遮擋、精度不夠時(shí)，選擇視覺(jué)導航或其他導航方法會(huì )更有效。另外，還要多研究可靠有效的傳感器融合方法，以提高系統的穩定性、魯棒性。針對國內導航機具的特點(diǎn)，開(kāi)展配套技術(shù)的集成研究，以降低相關(guān)成本。
4結語(yǔ)
導航技術(shù)與農業(yè)機械自動(dòng)化的融合是農機化發(fā)展升級的需要，也是實(shí)現農業(yè)現代化的重要途徑。利用導航系統，可對田間作物行進(jìn)行定位，對車(chē)輛進(jìn)行導航提示，最終提高勞作效率。我國在此領(lǐng)域已取得初步成果，但相比歐美發(fā)達國家，還需深入研究，樹(shù)立創(chuàng )新意識，爭取取得更大的突破。
作者:阿布都艾尼 單位:博樂(lè )市烏圖布拉格鎮農業(yè)機械管理站
參考文獻
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[2]錢(qián)海峰，郎春玲.農業(yè)機械自動(dòng)導航技術(shù)研究進(jìn)展[J].科研，2015（32）：15.
[3]姬長(cháng)英，周俊.農業(yè)機械導航技術(shù)發(fā)展分析[J].農業(yè)機械學(xué)報，2014（9）:44-54.
[4]苗峻齊.基于激光掃描技術(shù)的農業(yè)機械導航避障系統研究[D].廣州：華南農業(yè)大學(xué)，2012.
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