淺談農業機械導航技術的更新

諶昊堃

（湖南省益陽市箴言中學 413000）

淺談農業機械導航技術的更新

諶昊堃

（湖南省益陽市箴言中學 413000）

農業機械對于農業的發展有著重要的推動作用，農業機械在世界范圍內有著悠久的應用歷史，隨著技術水平的革新，農業機械導航技術開始興起。本文主要針對這一技術的更新與應用進行分析。

農業機械導航技術；應用；更新

農業機械導航的誕生已經有多年的歷史，早在18世紀20年代就發明了一種拖拉機牽引裝置，這種裝置安裝在了拖拉機的前軸上，能夠牽引拖拉機按照施工者預設的路徑行走，這種裝置在美國取得了專利。到了40年代也有人發明了拖拉機自動控制方法，這種方法是在田地的中央放置羅盤，利用羅盤上的線牽引拖拉機進行螺旋線形式運動。到了20世紀80年代，隨著信息技術、計算機技術和農業工程等高科技技術的發展，出現了精準農業技術的概念。精準農業技術有促進了農業機械自動導航技術的發展，這一技術也為獲得高效高產高質量低危害的農田生產做出了重要保障。精準農業技術的發展使得農業資源的利用效率大幅提高，是進入精準農業的里程碑。本文主要介紹了現代農機自動導航系統的結構及其功能，對這一系統的位置測量方法和導航路徑跟蹤控制方法這兩大核心技術進行了綜述。

1 現代農機自動導航系統的組成結構分析

農機自動導航主要功能是對農機的位置進行精準的定位，使農機按照事先規定好的路徑進行作業。這種系統使得農機作業精準度提高，最大限度地滿足農業生產的需要。這一系統大體可以分成檢測、控制、執行和監控四大單元。檢測單元的主要功能是對農機工作位置和姿態的檢測，它主要對農機的位置、姿態、速度進行檢測。控制單元是整套系統的核心，主要是對導航的路徑進行有效規劃和跟蹤。執行單元主要作用把轉向控制器的信號轉換成轉向力矩，推動農機進行轉動操作。這一機構有機械式和液壓式兩種形式。機械式安裝簡單，在普通用戶中應用非常廣。而液壓式主要優點是精度高、執行速度快、可靠性好，有利于大面積批量作業。監控單元是人際機交互的主要界面，對系統的參數、任務、狀態進行實時管理。

2 農業機械位置測量方法的應用

農機的位置和姿態是農機導航系統中最重要的問題，這一測量的準確性對農機農作的效率起著決定作用。位置的測量一般又可以分為相對位置測量和絕對位置測量兩種類型，相對位置測量主要基于機器的視覺位置的測量，而絕對位置測量主要測量的是農機在空間上的絕對位置。

（1）基于機器視覺的位置測量方法：機器視覺是根據人的視覺感知原理，給機器加以視覺效應，有效從實際景物中提取有效信息并加以處理，最終起到一個實際檢測和控制的目的。這一技術的最大特點就是提取的信息量大、速度快。這種自動導航技術在位置測量傳感器上選擇了攝像機，利用攝像機得到的圖像進行導航基準線的確定。目前這種導航檢測方法主要有Hough變換法、垂直投影法和最小二乘法幾種形式。

（2）基于多傳感器數據融合的位置測量方法：一般情況下農機機械自動導航系統的作用環境比較復雜，無論使用哪種監測方法都不可避免的有其局限性。比如上述機器視覺的方法就很容易受到植物的狀態和天氣的影響。因為每一種傳感器都很難做到能夠適應多種條件下的導航要求。而基于多傳感器數據融合這種農機自動導航系統就在這方面有了較為完善的性能，受到相關研究人員的高度重視。一方面如果一種傳感方式失靈，那么它將會自動切換另外一種傳感方式。另一方面，它能夠綜合分析多種傳感方式得到的數據，從而取得一個較為精確的結果。

3 農機模型與導航路徑跟蹤控制方法的應用

3.1 根據動力學原理做出的跟蹤控制方法

農機本身就是一個較為復雜的裝置，加上它的作業環境復雜多變，這些都決定了農機導航控制系統也具有較大的不確定性。而根據力學原理做出的農機導航系統受外界干擾小，也不用考慮負載變化帶來的影響，所以人們都在努力建立起一套基于農機動力學模型的導航控制方法。

3.2 模型無關的導航路徑跟蹤控制方法

由于有模型的導航路徑跟蹤受到模型參數變化的影響非常大，所以人們就希望能夠擺脫模型的限制，建立起一套與模型無關的控制系統。PID方法就是一種不依賴于數學模型的設計，它是根據誤差來生成消除誤差的控制策略，廣泛適用于線性、非線性的控制對象，它在農機導航控制領域發揮出了巨大的作用，也得到了廣泛的應用。

總之，現代農機自動導航系統研制技術已經較為成熟，并且在生產實踐中的應用也十分廣泛。但是其中還存在著諸多的問題需要科研人員繼續研究、改進。地頭自動轉向控制技術、障礙物監測與主動避讓技術都是未來的研究熱點問題。

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1004-7344（2016）35-0199-01

2016-11-26