RTK GPS系統在智能化農業機械裝備中的應用

梁海濱

（茌平縣樂平鋪鎮農機管理服務站，山東 茌平 252126）

智能化農業機械裝備由衛星定位、傳感器、計算機控制以及機電液一體化等技術組成。這種機械裝備能通過對區域圖進行調控，精準調節種子、農藥、灌溉等使用位置以及用量，通過這種方式，不僅能避免施肥、播種、灌溉過程中的資源浪費現象，還能通過減少化肥、農藥的使用，起到減少環境污染的作用，也為實現我國的可持續發展戰略提供堅強的后盾。

1 RTK GPS定位系統的優勢

RTK技術又稱為載波相位差分技術，是一種常用于GPS定位系統測量的方法。其通過實時處理2個測量站載波相位觀測量，對其進行差分處理，再將基準站采集的載波相位信息發送給接收端，從而實現求差解算坐標，達到減少GPS定位誤差的目的。與往常靜態、快速靜態以及動態測量的GPS定位測量方式需要進行事后解算才能達到厘米級別的精度不同，載波相位差分技術能通過差分處理，在野外直接獲取厘米級別定位精準度，也正因為如此，載波相位差分技術的出現提高了野外測量作業的效率。

2 RTK GPS系統在智能化農業機械裝備中的應用

2.1 拖拉機導航應用

全球定位系統的出現是現代導航技術的重大突破，其具有定位精度高、時間精度準確、適用范圍廣以及能全天候使用等優點，非常適合用于經常在野外作業的導航使用。自動駕駛技術是基于自動導航技術的基礎上，對車輛自主沿規劃路線進行行駛反饋的控制，這種方式多用于農業設施中，如翻地等比較繁重且需要進行重復性作業的生產中。

以某種植基地拖拉機導航控制系統為例，其主要包含以下幾個部分：一是基準站，基準站的作用是負責接收RTK GPS定位衛星信號，經過計算得出信號中誤差，然后通過網絡通信方式將正確信號傳達到拖拉機，便能達到提高組件定位精度的目的；二是車載衛星定位組件，安裝與拖拉機機體中的組件，通過結合RTK GPS定位系統，接收定位衛星的信號，并且發布拖拉機實時信息，根據接收改進的差分信號，通過信號改進，從而達到矯正正確位置的目的；三是決策支持組件，決策支持組件對于拖拉機導航來說，是最重要的一個部分，相關人員能通過決策支持組件進行人工規劃拖拉機行駛路線，同時決策支持組件最關鍵的一個功能是根據規劃路線以及衛星定位接收信息，進行計算，然后選擇一個最為合理的路線進行作業工作；四是執行組件，執行組件主要控制拖拉機轉向方面，是自動控制系統的主要執行者［1］。

2.2 聯合收割機應用

以某農場聯合收割機為例，其采取地面的固定式GPS差分糾偏站以及移動RTK GPS接收系統組成。地面GPS差分糾偏站采用AG214（MS750）型的雙頻GPS接收機、接收天線以及功率為35 W的PCC數傳發射電臺、PCC數傳電臺天線和12 V直流電源等機械設備。此設備由美國天寶公司生產，由于其精準動態特點，在定位、導航以及控制等領域受到廣泛應用。此外，該接收機信號強度、精準度較高，其提供的設備能實現最高精度以及最快響應時間功能，進而提供厘米級別的定位，較適合于地面的固定式差分糾偏站接收信號使用。在接收機方面，此設備能通過提供的顯示器以及鍵盤等硬件設施對聯合收割機進行運行設置，并且可以將設計參數按照不同工作情況進行有效分類，同時儲存于接收機內，在需要使用時，可以隨時通過ASCⅡ或者二進制信息的3個雙向串行端口輸出。

傳輸路徑采取差分數據無線傳輸模式，通過高頻無線通訊設備，信號非常強，然而由于控制距離較遠，所以會受電臺發射高度、功率以及移動站與基準站阻攔。此農場PCC數傳電臺天線長度為3 m，高度為14 m，經過實際測量發現，收割機接收信號范圍最遠距離達到35 km，此距離完全能滿足使用需求。此外，PCC數傳接收機通過RS-232串行接口通過與AG132型的GPS接收機進行連接，接口數據差分信號格式參數為：波特率9 600 b/s，數據位8個，起始位1個，停止位1個，校驗位0個。通過這些參數的設置，能讓RTK GPS系統控制的智能化機械設備達到自動工作的目的［2］。

2.3 變量噴霧機

由于我國農田較小，加之丘陵、山地等復雜地形較多，也因此對無人機飛行精準度要求比較高，一旦無法做到精準噴灑農藥、化肥，不僅會達不到防蟲害的目的，還因為一些區域農藥過多，產生藥物侵害現象。傳統無人噴霧機也正是由于GPS定位較差，偶爾會產生飛行線路不準確、重噴或者漏噴等現象，而RTK技術的出現，也讓變量噴霧機走上了精準作業之路。變量噴霧機又叫農業植保噴霧機，是實現農業無人機農藥化肥噴灑作業的飛行器。其通過對原有噴霧機進行改造，在噴霧機上加裝定位模塊，然后通過地面GNSS RTK手持繪測器、GNSS RTK移動基站以及GNSS RTK固定基站等信號連接設備組成，在作業期間，變量噴霧機能根據人工設定的噴霧量、噴霧飛行路線，完成農藥、化肥噴灑任務，并且在飛行過程中，能記錄噴灑數據，以便于人工數據采集。

變量噴霧機的精準作業主要體現在兩方面：一是線路精準，通過RTK系統能獲取精準的預噴灑區域地形以及地形邊界信息，通過差分數據能精確到厘米級別，并且噴灑線路只需要在接收機進行設置便可，全程并不需要人進行遙控，以此實現自主飛行，并且通過RTK系統，變量噴霧機能自行規避房屋、樹木等障礙物，這種技術非常安全；二是藥量精準，可以通過精準變量達到精準噴灑的目的，也能解決傳統噴霧機重噴、漏噴等問題。

2.4 變量施肥播種機

變量施肥播種機是由傳統的條形播種機進行改造的，能達到變量投放種子以及化肥的目的。其改造內容主要為：加裝RTK系統、田間計算機、物料投放變量控制器等。其工作過程是：工作人員通過將設置的播種或者化肥數量信息存入計算機中，通過RTK移動基站以及固定基站，對施肥播種機進行線路設置，在行駛過程中，接收端經過差分分析匹配適合的線路，通過決策組件進行有效決策，將決定的線路通過執行組件，進行線路改進，從而達到自動播種的目的。如某農田采取格蘭RTK-GPS差分智能精準播種機進行棉花種植，其在播種過程中，需要播種2次，由于智能化播種機械存在智能選擇路線的情況，從而導致一次播種存在播種缺漏，而格蘭RTK-GPS差分智能精準播種機在播種過程中，能識別1 m范圍內播種缺漏區域，進而實現播種均勻的目的。

3 結語

RTK GPS系統在智能化農業機械裝備中起到非常重要的作用，其不僅解放了勞動力，還提升了農業作業的效率。根據上述分析可知，RTK GPS系統能使智能農業生產精度達到厘米級別，并且存在自行矯正線路、接收信號范圍廣以及變量控制精準等優點，如果將這項技術廣泛應用于我國農業生產中，將會極大地提升我國農業生產的效率。

［1］劉學，曹衛彬，劉姣娣，等.RTK GPS系統在智能化農業機械裝備中的應用［J］.農機化研究，2007（9）：182-183，186.

［2］王新忠，王熙，王智敏，等.差分GPS定位系統在友誼農場精準農業中的應用［J］.現代化農業，2003（9）：32-33.